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摘要：高難度無規律超極限工期異形鋁板幕墻項目，設計施工技術研究課題
關鍵詞：高難度無規律復雜造型鋁板;三角形鋁板;球形玻璃采光頂;三維扭曲拼接桿件;局部連接件有限元仿真計算分析;40天極限工期;施工測量定位
1、工程根況
武當一夢10#樓幕墻工程分為音樂餐廳和多功能廳兩大區域。音樂餐廳為圓形鋁板屋面（詞條“鋁板屋面”由行業大百科提供）和梯形玻璃幕墻組成，多功能廳由陰陽魚曲面造型鋁板、玻璃幕墻和球形玻璃采光頂組成。其中陰陽魚曲面造型鋁板和球形玻璃采光頂的板塊為三角形板塊，采用三角形板塊能使整個曲面看起來非常順滑美觀，非常適合本項目的造型。
2、高難度無規律復雜造型鋁板的技術重難點(鋼片架的設計、加工、安裝)
本工程多功能廳陰陽魚曲面造型鋁板，因其獨特的外觀造型，造型無任何規律，鋁板的主龍骨設計加工和安裝存在極大的困難。經過我們設計團隊對整個造型進行分析，最終決定將主龍骨采用三維扭曲拼接桿件的設計方法，三維扭曲拼接桿件的設計、加工、安裝是本項目的一大難點。我們依照這個思路進行精細實體建模，建成深度LOD 400的施工模型，模型中的桿件可直接提取加工圖。
2.1三維扭曲拼接桿件的設計
為了克服復雜曲面造型鋁板的問題，設計的時候考慮將三維扭曲拼接桿件在地面上先拼接加工成一榀榀的鋼片架，再將鋼片架進行吊裝，鋼片架的長度依據現場的場地和施工機具的要求來劃定。先將施工模型中的桿件提取出來，根據現場的要求劃定片架長度，片架是采用的120*60*4的方鋼管一段段的拼焊出來的，地面加工的時候需要每一段鋼方管的下料長度、角度和加工坐標等數據，而且切割角度是二面角。整個魚形造型鋁板的片架有300多榀，每榀鋼片架的下料長度、角度、加工坐標等數據有200多個，而且每榀鋼片架都不一樣。面對如此巨大的設計工作量，我們采用了犀牛GH參數化、程序化的設計方法，在極段的時間內完成了7萬多個加工數據和300多榀鋼片架的加工圖。
2.2三角形鋁板面板設計
多功能廳鋁板造型為不規則曲面造型，我們經過綜合分析，最終采用了三角形面板，三角形面板能夠很好的適應各種不規則的曲面，而且便于加工和安裝，成形后的曲面效果非常順滑，三角形面板合理的排布，使得整個曲面鋁板造型紋理更加美觀。
2.3三維扭曲拼接桿件的加工
根據鋼片架設計加工圖紙和數據，現場先將6米的120*60*4的鋼方管原材料按加工尺寸和角度切割成一段段的鋼方管，鋼方管的兩端為二面角，每根切割的鋼方管長度角度都不一樣，角度的精度要求高。鋼管切割完畢后，按照鋼片架加工模型中的鋼方管編號將鋼方管在地面擺放好，先將擺放好的鋼方管平面內的角度和坐標定位好，焊接的時候將平面外的坐標通過角鋼支架來定位，定位完畢后，對每段鋼管的拼接部位進行滿焊。焊接完成的鋼片架需要經二次尺寸和坐標的復核，發現偏差較大的鋼片架還需要進行調校，確保最終達到規定的偏差要求方可吊裝。
2.4三維扭曲拼接桿件的吊裝
將加工完成的鋼片架吊裝也是一件比較困難的事情，鋼片架由多段鋼方管拼焊在一起，一榀鋼片架長度有10米左右，在起吊的過程中很容易發生彎曲變形，甚至是撕裂焊縫，吊裝還需要按模型坐標精準定位;為了解決吊裝的時候鋼架變形的問題，我們在吊裝前將鋼片架上加焊了斜撐，斜撐設置在最容易變形的部位，等吊裝完成后再拆除;鋼片架的定位方面我們采用了三點定位，分別是鋼片加的上端點、中間點、下端點，將這三個點按模型中坐標點進行定位，定位完成后焊接鋼片架支撐鋼方管。
3、球形玻璃采光頂鋁合金底座技術重難點(設計、加工、安裝)
球形玻璃采光頂是本項目的一大亮點，支撐鋼結構為三角形焊接拼裝鋼管結構，鋼管結構外部設置一層鋁型材（詞條“鋁型材”由行業大百科提供）龍骨支撐玻璃面板，鋁型材龍骨與鋼結構間采用鋼加工件來連接，鋼加工件可實現橫向和豎向兩個方向的調節，使得能很好的解決主體鋼結構的偏差問題。玻璃面板采用三角形面板，面板與鋁型材支撐桿件的玻璃副框采用了可適應任意角度的鋁型材玻璃副框。節點（詞條“節點”由行業大百科提供）交匯處為六根切割成角度桿件拼接在一起，使得拼角部位從室內看嚴密而美觀。球形玻璃采光頂設計的時候還充分的考慮到室內冷凝水的收集排放問題，支撐面板的鋁型材桿件上設置了排水槽，當玻璃有冷凝水可經過排水槽排出。
3.1球形玻璃采光頂鋁合金龍骨設計
根據鋼結構公司提供的鋼構（詞條“鋼構”由行業大百科提供）模型，提取出交匯節點的坐標，通過坐標建立玻璃面，劃分玻璃板塊，玻璃板塊的劃分與鋼構幾何尺寸保持一致，從室內看鋁型材龍骨桿件與鋼構桿件重合在一起，不會出現錯開遮擋視線的問題。在犀牛模型中提取玻璃板塊邊線，生成鋁合金龍骨桿件，對生成的鋁型材龍骨桿件根據長度和角度的不同進行歸類編號。桿件交匯處需要進行角度切割，最終將六根桿件拼成六邊形交匯點，拼接處進行打密封膠處理。鋁合金龍骨桿件的設計還充分的考慮到了室內冷凝水排放問題，龍骨桿件開模的時候設置了冷凝水的收集排水槽，可將室內的冷凝水經排水槽排出。
3.2球形玻璃采光頂冷凝水排水、可變角度玻璃副框設計
因項目所在地常年空氣潮濕、溫差大，極易在玻璃球室內的玻璃上形成冷凝水，我們在設計的時候也考慮到了冷凝水的排水問題，當玻璃上凝聚水珠后，水珠受重力影響會沿著玻璃表面流到鋁合金龍骨的排水槽中，排水槽會將收積后的冷凝水順著排水槽排出;球形玻璃采光頂由1300多塊不同尺寸的三角形玻璃組成，相領兩塊玻璃面板處均有一定的角度，不同尺寸的三角形面板夾角均不相同，為了解決這種夾角角度多的問題，我們設計副框的時候采用了旋轉可變化角度的副框，副框由兩部分的鋁型材組成，由半圓形的扣環扣在一起，可旋轉變換角度，采用這種設計，解決了夾角角度多的問題。
3.3球形玻璃采光頂鋁合金龍骨加工
玻璃球為三角形面板，而且尺寸較多，交匯點的6根鋁型材桿件存在多種角度，這樣給加工和安裝都帶來了不小的困難。鋁合金龍骨桿件加工前先在模型中將鋁合金龍骨按實際尺寸和角度建模，對模型中桿件分別編號，從建好的模型中將每個編號提取出來生成二維的加工圖紙，整個玻璃球桿件有400多種尺寸規格，2000多支桿件。
3.4球形玻璃采光頂鋁合金龍骨安裝
球形玻璃采光頂鋁合金龍骨安裝，先從模型中導出龍骨定位坐標，將加工好的鋁型材桿件采用角鋼臨時定位在鋼結構上，將鋼連接件調整準確后與鋼構焊接，鋼件與鋁型材桿件的連接螺栓及時安裝。安裝順序為先橫向一圈圈的從下往上安裝，橫向安裝完畢后，再安裝豎向桿件。整個桿件安裝完成后用全站儀復核桿件的安裝偏差，確定偏差不影響玻璃面板的安裝后方可進行面板玻璃的安裝。
4、犀牛建模和GH參數化、程序化設計在本項目中的應用
本項目在設計上充分的運用了犀牛建模和GH參數化、程序化設計方法，通過犀牛三維建模軟件創建幕墻模型，準確地呈現幕墻的形態和構造。在鋁板龍骨的加工、安裝坐標提取、鋼片架加工圖尺寸及坐標提取采用了GH參數化、程序化技術處理了大量運算數據;在鋁板面材下料方面，采用了GH電池組編寫的程序，進行鋁板的編號、切縫、加工尺寸數據導出、在極短的時間內將9000多塊不同尺寸的鋁板下單，并且沒有一塊鋁板出現錯誤，從而保證了本項目的工期要求。設計工作將本來需要三個月的設計時間壓縮到一個月的時間，這也充分的體現了GH參數化和程序化技術在工作效率和準確率上面的優勢。
5、幕墻節點計算分析
在本項目中除了運用了傳統的公式計算幕墻的結構外，在重要部位的節點上還采用了有限元仿真計算分析，將重要的幕墻連接構件（詞條“構件”由行業大百科提供）進行力學計算分析，保障了幕墻的安全性。
6、創新總結
由于這個項目的工期緊，只有40天的工期，而且外觀造型非常復雜，給項目的設計施工帶來了不小的挑戰，在設計中為了滿足工期要求，只能最大限度壓縮設計圖紙、建模和材料下單的時間。為了保證項目的工期要求，設計上運用了三維扭曲拼接桿件的新思路來設計幕墻的主龍骨，通過本項目運用三維扭曲桿件的思路設計、加工、安裝技術來施工幕墻主龍骨，充分的證明了這個思路的可行性，并且在地面將龍骨加工后進行吊裝，可最大限度的提高施工效率，也可以降低了施工成本，有效的保證了工期。在設計中采用了GH參數化、程序化新技術，提高了設計的工作效率。在結構計算方面還運用了有限元仿真計算分析技術，對復雜的連接部位進行精準的力學計算分析，保障了幕墻連接的安全性。
工作單位：北京凌云宏達幕墻工程有限公司
