某剧院项目幕墙设计概述
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摘 要：本文针对某剧院幕墙的设计思路进行了解析和说明，详述了双曲铝板幕墙和双曲玻璃幕墙的设计流程及注意事项，供同行在今后的设计中参考。
关键词：双曲铝板幕墙;双曲玻璃幕墙
1 引言
若干年前受限于二维图纸的表达，建筑的形体偏简单平面化。随着计算机技术的突飞猛进，设计师对负高斯曲面的表达越来越流畅，建筑的造型也就越来越复杂了。
某剧院项目位于青岛市黄岛区，建筑设计灵感源于海螺，采用横向贝壳带状纹路，是典型的双曲幕墙。外立面由三角形白色铝板和平行四边形橙色夹胶玻璃构成。夜晚在灯光映衬下，更富韵味。
本项目总建筑面积2.4万平方米，设2000座观众席，临海而立，业已成为青岛新地标。工程效果图见图1。
本工程的幕墙系统主要分为以下几个类型：
FS-01-大面双曲3mm白色铝板幕墙。
FS-02-大面双曲橙色中空夹胶玻璃幕墙。
FS-03-入口中空夹胶玻璃幕墙。
FS-04-金属屋面及采光天窗
这些幕墙体系中，尤其以FS-01大面双曲铝板幕墙及FS-02大面双曲玻璃幕墙有特色，设计难度较高。
2 双曲铝板幕墙
土建主体结构在前场区（靠近主入口侧）为钢结构，后场区为混凝土结构。下面以前场区为例详述整体的设计思路。
2.1 构造层次的处理
铝板幕墙的构造自外向内分别为：3mm白色铝板、1.5mm镀锌钢板防水层、100mm憎水岩棉（100kg/m3）、镀锌钢板、玻璃丝棉、无纺布、穿孔内饰面铝单板。荷载的传递路径依次为铝板→铝板边肋→75[×]50[×]6钢板折弯转接件→L75[×]50[×]8角钢挂座→8#普通槽钢横梁→150[×]100[×]6mm钢方通立柱→能够调节角度与长度的连接件→主结构。
由图2节点可见，铝板幕墙构造层次可以分为三层。主龙骨、安装在其上的镀锌钢板和岩棉为第一层，三者实现了结构的完整性，初步完成了防水、保温、隔声的功能。面板、连接件、横梁等为第二层，依附在主龙骨之上，既装饰了建筑外立面，又有效的补充了防水的功能。玻璃丝棉和穿孔板等为第三层，依附在主龙骨上，起到吸音隔声的作用，同时完善了内饰面的效果。
2.2 双道密封的说明
铝板幕墙的接缝采用了双道密封。铝板安装完成后，在铝板接缝位置打胶形成第一道密封，镀锌钢板与龙骨之间打胶形成第二道密封。
第一道密封的意义还在于避免了风荷载的传递。外侧铝板为开缝设计时等效于开孔系统，缝隙的开孔率约为4%。按上海市地方规范（注1）外侧为开孔板时，内侧防水板承担的风荷载占比为90%。按欧洲风荷载规范（注2）侧为开孔板时，内侧防水板承担的风荷载占比为100%。但很多设计方往往忽视开缝系统中防水板承担的巨大风荷载，采用较薄的防水板与较弱的固定方式，使得内侧防水板发生强度破坏，造成防水层的失效。
采用双道密封，内侧防水板仅承担风荷载的内压，所受风荷载相比外侧板开缝的情况减少约82%～90%。
需要强调的，对铝板做打胶闭缝的处理阻断缝隙也是出于减少建筑漏声的考虑。如铝板间缝隙未有效闭合，整体幕墙就无法满足本项目高达40dB的声学隔声要求。
经过闭缝处理后，幕墙系统的最大非连续噪声隔声达到了40dB，最大雨淋噪声隔声达到了45dB，给室内人员提供了极佳的声学体验。
2.3 主龙骨与主钢结构的连接
前场区的主钢结构简述为在竖向钢柱上伸出环向钢梁。幕墙的主龙骨需要与固定在主钢结构上。因加工复杂、施工定位困难、焊接变形等因素的影响，主钢结构的整体偏差较大。本项目主钢结构的变形达到了正负30mm。
基于此，本项目中幕墙主龙骨与主结构的连接方式必须考虑现场誤差的影响。
幕墙主龙骨下口采用可调节式连接组件固定在主钢结构上。幕墙主龙骨上口用连接耳板组件固定在主钢结构上。
连接件一为?95[×]4镀锌圆钢管，连接件二为[Φ]83[×]5镀锌圆钢管，连接件二插入连接件一中形成套管连接。连接件一前端与幕墙主龙骨焊接固定，连接件二后端与主结构焊接固定。连接件二的壁厚略大，这是为了实现结构杆件的等强连接。主龙骨完成定位后，采用搭接角焊缝完成连接组件的连接。连接件二与连接件一的搭接长度按规范（注3）不得小于5倍的管厚之和，为45mm，考虑到主钢结构的误差，实际搭接长度为80mm。
连接件3为138[×]88[×]6mm的焊接钢方通，插入主龙骨中。连接耳板下部为两块10mm钢板，焊接在连接件3上。连接耳板上部为一块12mm钢板，焊接在主钢结构上。三块钢板间通过一根[Φ]20销轴连接固定。连接件3与幕墙主龙骨的搭接长度按规范为90mm。
主龙骨样板完成后，业主认为耳板外露时不美观。我们又在耳板外侧焊接了装饰性U型套管，开口朝外侧。该套管的外观尺寸与主龙骨一致，不受力，仅起美观节点的效果。
2.4 面板与边肋的连接
铝板通过电栓钉与钢边肋相连。施工中电栓钉脱落的现象频发。经过分析原因有二：一为钢龙骨边肋的精度过低，与面板的贴合度不高，导致电栓钉的螺帽拧紧时出现了安装应力：二为因电流强度不够、焊接工艺不规范、铝板及电栓钉的表面清洁度不足等因素导致电栓钉与面板的结合强度过低。
采用以下方式调整：提高边肋的加工精度;明确电流强度、规范焊接工艺、提高清洁措施，确保连接强度大于电栓钉本身的强度。调整后，电栓钉脱落的现象就很少了。
此种做法的优势在于：将边肋及中肋焊接为一个整体钢框，将铝板蒙皮到钢框上，只要钢框的平整度高，铝板幕墙的主要弊端-板面不平整就能得到有效改善。 需强调的是，钢框靠近铝板的一边要开平面内的长圆孔，使得铝板与钢框之间可以发生相对水平位移。防止在溫度作用下，铝板产生内应力。
2.5 边肋与横梁的连接
每块铝板左右有两条边肋，各有两个固定挂件。上部两个挂件承重，四个挂件共同抗风。挂座与槽钢间用螺栓连接。
3 双曲玻璃幕墙
双曲玻璃与双曲铝板参差布置，在两者交界处共用主龙骨，其龙骨固定的形式与铝板幕墙主龙骨相同。
3.1 玻璃形式
玻璃采用橙色中空夹胶钢化LOW-E玻璃，采用平行四边形单曲面拟合双曲面，既降低成本，同时效果上也能满足建筑师的要求。
拟合是按照最接近原则来做的。取多个单曲面，分别测量每个单曲面的四个角点与原始曲面的四个角点的距离之和，这些单曲面中距离之和最小的也就是与原始曲面最为接近的单曲面。
拟合后曲面需要沿着玻璃的长对角线起拱，最大的弧长将近6.5m。如此大弧长的建筑玻璃在当时是没有的。市场调研发现绝大多数建筑玻璃的弧长均在3m以内，最大的弯钢设备也只能生产4.3m弧长的玻璃，超过4.3m弧长的玻璃只能通过热弯成型。但，热弯玻璃缺陷较为明显，其强度较低为钢化玻璃的1/3，而且热弯玻璃尚无成熟的离线镀膜玻璃应用。
我们联系到洛阳北方玻璃厂，北玻同意生产新的弯钢设备。我们又将玻璃配置修改为TP8+0.76高强PVB+0.76橙色PVB+TP8LOW-E +12A+TP8。借由高强PVB胶片解决弯钢玻璃变形大、吻合度差的问题，从而实现了超大弧长玻璃的生产。
3.2 玻璃与龙骨的连接形式
玻璃与龙骨的连接采用了点式连接。传统的点式玻璃幕墙采用的驳接爪上四个连接点之间的距离不能调整。因此，玻璃必须根据驳接件的规格确定开孔位置。若采用传统驳接爪，则玻璃开孔精度要求较高。
但因本项目为双曲建筑，钢龙骨加工存在误差，定位又存在误差，焊接固定又存在误差，种种误差的累积带来一个后果--焊好驳接座后发现现场的玻璃孔位间的距离与驳接爪间的距离不相称。这时只能强力扭转驳接头，使玻璃不可预控的带应力安装，极大的增加了玻璃自爆率。
对此，我们设计了一种新型的驳接爪，其优势在于：驳接爪与驳接座间可以相对旋转;驳接爪的长度可调。
驳接座上和驳接爪上均设置锯齿面，锯齿面上又有沿驳接座径向的多个锯齿;两个锯齿面抵接配合。用螺钉将驳接爪固定在驳接座上。锯齿面相互锁死的优势在于，驳接爪仅一侧安装固定玻璃时，玻璃重力产生的弯矩不会使得驳接爪相对驳接座发生扭转。
驳接爪由固定端、悬臂端和锁紧螺母构成。固定端设有外螺纹。悬挑端插入固定端。锁紧螺母设有内螺纹，内螺纹的孔径从自内向外逐渐变小。通过调节悬臂端插入固定端的距离就可以调节驳接爪的长度，最后旋紧锁紧螺母完成固定端与悬臂端的固定。
可调长度的驳接爪能够适应现场误差，玻璃开孔精度要求大大降低。玻璃板块的安装工作更为方便，且玻璃可以实现无应力安装。
4 结语
本项目由珠海市晶艺玻璃工程有限公司设计，由中建二局装饰工程有限有限公司施工。项目完成度较高，得到了业主和建筑师的一致认可。2018年被评为中国建筑装饰奖。
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