CN101560802B - 幕墙面板的弹性成形方法及曲面建筑幕墙 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种幕墙面板的弹性成形方法，以及一种弹性成型法建造的曲面建筑幕墙，其至少包括面板、骨架、夹持点、支座等四个部分中的两个部分，该面板通过弹性成型法利用材料的弹性，在平板上布置夹持点，通过夹持点的支座对平板施加面外位移，使平板产生弹性变形来形成和保持建筑曲面。本发明也可应用于建筑屋面或天花等领域中。曲面建筑幕墙的现有建造方法主要有浇注成型法、塑性成型法和平面拟合法三种，浇注成型法、塑性成型法是将面板预先通过浇注和塑性方法加工成曲面再安装到骨架和支座上但成本很高，平面拟合法虽然成本不高但建筑效果不理想，本发明提供的曲面建筑幕墙相邻板块间过度自然且建筑整体外形更加流畅美观，外观效果与用浇注成型法、塑性成型法、平面拟合法建造的曲面幕墙相比更好，成本也较低；本发明弹性成型法达到了建筑外观效果与建造成本的完美统一。

Description

幕墙面板的弹性成形方法及曲面建筑幕墙

技术领域

本发明涉及曲面建筑幕墙、屋面或天花领域，特别是涉及一种幕墙面板通过弹性变形形成曲面的曲面建筑幕墙及幕墙面板的弹性成形方法。

背景技术

追求曲线美已成为现代建筑的最大特点之一，选择合适的建造方法来满足曲面建筑幕墙建造的建造成本和建筑效果要求，一直是建筑师和幕墙工程师共同面对的棘手课题。曲面建筑幕墙的现有建造方法主要有浇注成型法、塑性成型法和平面拟合法三种。

浇注成型法一般在模具中浇注成型，对曲面造型的模拟比较好，这种方法的主要代表产品有GRC构件和铸铝构件等。塑性成型法又具体分为雕塑、热塑性和冷塑性三种，雕塑成型法的主要代表产品有石雕构件等；热塑性成型法一般要使用模具，加热平板后依靠重力产生塑性变形，主要代表产品有热弯玻璃等；冷塑性成型法一般也是在模具的衬托下，通过夹持点拉弯产生塑性变形，也常被称为冷弯成型法，主要代表产品有拉弯铝型材、拉弯铝板等。平面拟合法分为折面法和台阶法二种，折面法一般用通过特征点的平板来模拟曲面，用三角形平板来建造球面就是用折面法建造曲面建筑幕墙的代表；台阶法一般用一系列的台阶来模拟曲面，对于本来是斜面的幕墙，采用台阶法时，用通过特征点的垂直面和水平面来代替曲面，将每层的幕墙建成垂直面，并在每层设一个台阶过度。

曲面建筑幕墙的三种现有建造方法，建筑效果较好的浇注成型法和塑性成型法建造成本较高，建造成本较低的平面拟合法建筑效果较差，曲面建筑幕墙的三种现有建造方法都位于建筑效果和建造成本的两个极端，现有技术中缺少一种建造成本较低，建筑效果较好的建造方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有幕墙曲面整体外形流畅美观和节约成本两者不能兼顾的缺陷，提供一种幕墙面板通过弹性变形形成曲面的曲面建筑幕墙及幕墙面板的弹性成形方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：

一种幕墙面板的弹性成形方法，其特点在于，利用固定装置使面板形成弹性变形而具有曲面。

较佳地，该面板安装完成后因弹性变形而具有预应力。

较佳地，该幕墙还包括夹持点，该固定装置为夹持点的支座，通过在面板上布置夹持点，通过夹持点的支座对面板施加面外位移，使面板产生弹性变形而形成曲面。

较佳地，该幕墙还包括骨架，面板通过该骨架固定在墙壁上。

较佳地，该固定装置包括若干组紧固件和与该紧固件配合的压板，通过调整该紧固件和面板之间的压板带动面板端部的若干点到达预定位置而形成曲面。

较佳地，该固定装置为若干固接在面板上的挂钩，而在墙壁上固定有若干与该挂钩对应的挂接部件，调整挂接部件的位置，使面板形成弹性变形从而达到预定的曲面。

较佳地，该固定装置为粘胶，预先将骨架拉弯成预定的曲面，之后将面板通过该粘胶粘结在骨架上从而形成预定的曲面。

较佳地，该面板为不带有副框或者带有副框的面板。

较佳地，该面板为无骨架的面板，通过支座固定在墙壁上。

较佳地，该面板通过骨架固定在墙壁上，该骨架为直骨架或者弯骨架。

较佳地，该骨架为钢材、铝材或不锈钢材。

较佳地，该面板为用于幕墙、屋面或天花的面板。

较佳地，该面板为玻璃面板、金属板、人造板或者石材。

本发明的另一技术方案为一种曲面建筑幕墙的建造方法，其特点在于，利用幕墙面板的弹性形变进行幕墙的安装建造。

本发明的另一技术方案为一种弹性成型法建造的曲面建筑幕墙，其包括面板和固定装置，其特点在于，该面板通过该固定装置形成弹性变形而具有曲面。

较佳地，该面板安装完成后具有因弹性变形而形成的预应力。

较佳地，该幕墙还包括夹持点，该固定装置为夹持点的支座，面板的曲面是通过在面板上布置夹持点，通过夹持点的支座对面板施加面外位移，使面板产生弹性变形而形成的。

较佳地，该幕墙还包括骨架，面板通过该骨架固定在墙壁上。

较佳地，该固定装置包括若干组紧固件和与该紧固件配合的压板，面板的曲面是通过调整该紧固件和面板之间的压板带动面板端部的若干点到达预定位置而形成的。

较佳地，该固定装置为若干固接在面板上的挂钩，其与墙壁上对应的挂接部件相挂接，面板的曲面是通过调整挂接部件的位置使面板发生弹性变形而形成的。

较佳地，该固定装置为粘胶，面板的曲面是通过预先将骨架拉弯成预定的曲面，之后将面板通过该粘胶粘结在骨架上而形成的。

较佳地，该面板为玻璃面板、金属板、人造板或者石材。

本发明的积极进步效果在于：本发明提供的曲面建筑幕墙外形流畅美观，外观效果可与在安装前应用浇注成型法、塑性成型法加工成弧形和曲面再按常规方法安装的曲面幕墙相媲美，但成本较低；与平面拟合法构造的曲面建筑幕墙相比，又具有更流畅、美观的曲面效果，从而较好地解决了曲面建筑幕墙外观效果与成本之间的矛盾。另外，本发明也可应用于建筑屋面或天花等领域中。

附图说明

图1为本发明实施例1的曲面建筑幕墙及弹性成形方法的示意图，图中示出了采用压板调节的方法。

图2a、图2b和图2c为本发明的幕墙面板的成形过程图。

图3为本发明实施例2的曲面建筑幕墙及弹性成形方法的示意图，图中示出了采用挂钩的方法。

图4为本发明实施例3的曲面建筑幕墙及弹性成形方法的示意图，图中示出了采用粘胶的方法。

图5为本发明实施例4的曲面建筑幕墙及弹性成形方法的示意图，图中示出了通过夹持点的支座对平板施加面外位移的方法。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。

本发明相对于现有技术的改进在于使幕墙面板形成弹性变形具有一预应力，进而形成施工中所需要的曲面。因现有的工艺都是采用热弯成型或冷弯成型，这两种都属于塑性成形，而本发明中采用的是面板弹性变形的原理。所谓弹性变形，为材料在受到外力作用时产生变形或者尺寸的变化，而且能够恢复的变形叫做弹性变形。即受力物体的全部变形中在除去应力后能迅速回复的那部分变形。而本发明正是将这一性质创造性地应用于曲面建筑幕墙领域中，达到了既曲面流畅、美观又节约成本的效果。而使面板形成弹性变形可以有各种方法，下面给出四个具体的实施例进行说明。

实施例1

如图1所示，本实施例为采用螺栓和压板使面板产生弹性变形的方法，而采用这种方法的幕墙包括面板和固定装置，其固定装置包括若干组螺栓和压板。图1为采用本方法的一个局部图，实际中面板上布置有若干组螺栓，用压板31压在面板1的副框11上，然后通过调节螺栓32，带动幕墙面板端部的几个点到达预定位置，利用幕墙面板本身具备一定弹性可弯曲的特点，使幕墙面板弯折成单曲、双曲等多种造型。对所有面板采取上述措施冷弯，就可形成整幅曲面幕墙。

如图2a-2c所示，下面对面板弹性变形的原理进行描述，该原理同样适用于实施例2和3中。测量面板定位点，在铝合金龙骨框内根据玻璃板块位置通过A、B、C三点确定一个平面，将玻璃板块对应三点约束在A、B、C点，将D点根据放样测量的翘曲度值进行合理压弯到D点后定位。调整幕墙面板上固定点的高度形成曲面是通过调整压板设置来实现的。该玻璃板块的相对变形为均匀变形，其相对变形量在绝对变形量的30％～50％之间。

若有误差，可调节固定于铝合金龙骨上的不锈钢调节螺栓，保证安装。确保面板满足翘曲值，四点定位后最终拟合成曲面幕墙中的板块单元。对所有玻璃采取上述措施变形，就可形成整幅曲面幕墙。在实施过程中，需要通过预先实验计算对幕墙面板的预应力进行控制，进而监测变形并控制幕墙面板的形状。

实施例2

如图3所示，本实施例为采用挂钩使面板产生弹性变形的方法，而采用这种方法的幕墙的固定装置为挂钩。图2为采用本方法的一个局部图，实际中面板1上布置有若干组挂钩12，墙壁4上也固定有对应的若干组挂接件41，通过调整这些挂接件的位置和突出的高度，使挂钩12挂接在挂接件上之后会随着挂接件的位置，带动面板1发生弹性变形，从而达到预定的曲面。对所有面板采取上述措施冷弯，就可形成整幅曲面幕墙。本实施例中，挂钩相当于夹持点，而挂接件相当于夹持点的支座，此类幕墙至少包括面板、夹持点和支座三要素，可以是直接将面板固定在墙壁上，也可以包括骨架，面板通过骨架固定在墙壁上。

实施例3

如图4所示，本实施例为采用粘胶使面板产生弹性变形的方法，而采用这种方法的幕墙的固定装置为粘胶。图3为采用本方法的一个局部图，本方法中预先将骨架2拉弯成预定的曲面，之后在骨架2上粘上粘胶5，最后将面板1粘上，面板1就会随着骨架2预先拉弯好的曲面发生弹性变形，从而达到预定的曲面。对所有面板采取上述措施冷弯，就可形成整幅曲面幕墙。

实施例4

本实施例中的幕墙包括面板、骨架、夹持点、支座等四个部分，该面板通过弹性成型法利用材料的弹性，在平板上布置夹持点，通过夹持点的支座对平板施加面外位移，使平板产生弹性变形来形成和保持建筑曲面。如图5所示，本实施例为通过夹持点的支座对平板施加面外位移，使面板产生弹性变形的方法，而采用这种方法的幕墙的固定装置为支座。应用于建筑幕墙的大部分结构材料，在一定条件下都满足虎克定律，应力与应变成线性关系。根据试验和理论分析，不仅是单个构件，还是面板和附件组合在一起的组件，面板和骨架组合在一起的单元，也都具有这样的特性。理论上，一个平面板块，只要夹持点的位置和数量控制得当，通过夹持点施加面外位移，可以形成任何曲面，关键是控制曲面板块中的预应力和变形。对于曲面建筑幕墙的大部分区域，曲率较小，曲面精度要求不高，利用弹性成型法，只要幕墙构件因弹性变形产生的预应力不超过材料设计强度的30％，都可以很好的满足工程要求，同时，通过控制板块接缝部位的夹持点，接缝的高低差和宽度差都较小，具有很好的建筑效果和较低的建造成本。

弹性成型法的主要工艺分为三部分：一是准备按设计要求设有夹持点的平板，并把与夹持点相连接的支座调节到设计位置；二是根据设计的安装顺序先连接三个夹持点，形成一个基准平面；三是给平板施加一定的外力，根据设计的安装顺序连接其它的夹持点。夹持点对平板施加的面外位移一般是通过调节与夹持点相连接的支座来实现的，支座应具有很好的三维调节功能和刚度，实际上，支座的位置和刚度决定了曲面的精度。图5中，利用固定在钢支架上的螺栓(夹持点的支座)，对面板一侧的铝框b、d、f点施加平面外的线位移，达到建筑所需外形，面板另一侧边框a、c、e点竖直固定在钢支架上，无指定位移。

夹持点的面外位置是否准确，决定了曲面幕墙的精度，因此，夹持点的支座应具有较好的调节能力，一般应采用粗调与精调相结合的二级调节方案。同时，夹持点还要具有较大的刚度和满足板块变形的需要，特别是热胀冷缩。弹性成型法不产生塑形变形，基本上没有过度的扭曲，畸变，起皱，开裂等变形缺陷，成品率较高；基本上一次成型，不采用试错法多次反复，人工消耗较低；主要对夹持点施加面外位移成型，不需要模具和能耗；只要合理布置夹持点，不仅能形成满意的曲面，还能控制板块的接缝偏差。

以上四个实施例中，面板可以为不带有副框或者带有副框的面板，面板可以为无骨架的面板，通过支座固定在墙壁上；也可以为带有骨架的面板，通过骨架固定在墙壁上，如果带有骨架，则骨架可以为直骨架或者弯骨架。面板的材料可以为玻璃面板、金属板、人造板或者石材。并且，本发明的这种面板弹性成形方法也同样适用于屋面或天花的安装施工中。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (2)

1.一种幕墙面板的弹性成形方法，其特征在于，利用固定装置使面板形成弹性变形而具有双曲面；该面板安装完成后因弹性变形而具有预应力；该幕墙还包括骨架，面板通过该骨架固定在墙壁上，该骨架为直骨架；该固定装置为若干固接在面板上的挂钩，而在墙壁上固定有若干与该挂钩对应的挂接部件，调整挂接部件的位置，使面板形成弹性变形从而达到预定的曲面；所述调整采用粗调与精调相结合的二级调节方案；该骨架为钢材、铝材或不锈钢材；该面板为玻璃面板、金属板、人造板或者石材。

2.如权利要求1所述的幕墙面板的弹性成形方法，其特征在于，该面板为不带有副框或者带有副框的面板。

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