CN109680844B - 现场冷弯双曲面单元式格栅幕墙系统及其施工方法 - Google Patents

Abstract

一种现场冷弯双曲面单元式格栅幕墙系统及其施工方法，格栅幕墙系统包括建筑结构和幕墙系统；该建筑结构外侧面为曲面，设有工型钢梁，该工型钢梁外侧设有转接件；转接件内设有连接板，该连接板内端与转接件固定连接；该幕墙系统包括龙骨结构和格栅结构；该龙骨结构包括若干立柱，该连接板外端插设于该立柱内部；该立柱设有两个竖向凹槽；该格栅结构呈矩形，包括两个竖向的副框，两个副框内侧之间设有若干横向的格栅，该副框截面呈L型，内端向内折弯并与该竖向凹槽通过第三固定螺栓固定连接；该格栅结构的两个副框分别固定在相邻的两个外柱外侧；该格栅结构的四个端点中的三个位于同一平面，另一个端点不在该平面上。

Description

现场冷弯双曲面单元式格栅幕墙系统及其施工方法

技术领域

本发明属于建筑幕墙技术领域，特别是一种现场冷弯双曲面单元式格栅幕墙系统及其施工方法。

背景技术

现有技术中涉及建筑曲面幕墙的施工，一般都会考虑以下方法去实现曲面：即型材拉弯法和折线拟合法。

型材拉弯法，就是把组装单元板块的型材在工厂内通过专用拉弯设备弯折形成曲面幕墙所需的弧形形状，然后将上述部件在工厂加工成弧形的单元板。其优点是幕墙曲面整体外形流畅美观，不足之处是型材弯处理使得造价增加不少，尤其双曲面造型，造价增加较多，如果遇曲面复杂又不规则，更会使得成本和难度以及加工周期大幅增加。对于其复杂而又不规则的曲面使得每一片单元板块弧形板块都需要制作一个胎模模具，模具用量之大，成本之高，是显而易见的。

折线拟合法，就是用平板格栅单元板块来拟合幕墙曲面，成本相对较低，但曲面效果不理想，此方法拼接的曲面幕墙棱角分明，曲面拟合效果较差，不能很好地实现建筑师的曲面意图。当曲线弧度较大时，拼合棱角会更加明显，外饰效果较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种现场冷弯双曲面单元式格栅幕墙系统及其施工方法，其采用平板格栅单元板块通过现场冷弯拟合形成双曲面，构成的曲面格栅幕墙流畅美观，且施工方便、成本低廉。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种现场冷弯双曲面单元式格栅幕墙系统，包括建筑结构和位于该建筑结构外侧的幕墙系统；

该建筑结构外侧面为曲面，设有若干水平的工型钢梁，该工型钢梁外侧设有预埋钢板，该预埋钢板外侧设有转接件；该转接件截面呈“π”型，包括两个平行的转接板，两个转接板顶部固定设有盖板，用于固定上部玻璃栏板的立柱；两个转接板中部开设有对应的横向通槽，用于前后调节，吸收主体结构误差；两个转接板之间设有连接板，该连接板呈T型，内端与两个转接板通过该横向通槽内的第一固定螺栓临时固定连接，外端设有竖向排列的若干固定孔；

该幕墙系统包括龙骨结构和格栅结构；该龙骨结构包括若干与工型钢梁对应的立柱，各立柱的外侧面排列为与该建筑结构外侧面对应的曲面；该立柱截面呈“凸”字型，包括截面呈矩形的内柱和外柱；该连接板外端插设于该内柱内部，并与该内柱两侧面通过该固定孔内的第二固定螺栓固定连接；该外柱设有两个竖向凹槽，该竖向凹槽截面呈T型，开口向外；该格栅结构呈矩形，包括两个竖向的副框，两个副框内侧之间设有若干横向的格栅，该副框截面呈L型，内端向内折弯并与该竖向凹槽通过第三固定螺栓固定连接；该格栅结构的两个副框分别固定在相邻的两个外柱外侧；该格栅结构的四个端点中的三个位于同一平面，另一个端点不在该平面上。

进一步的，所述格栅截面呈梭形。

进一步的，所述内柱两个外侧面设有水平的锯齿，所述第二固定螺栓套设有带锯齿的垫片。

进一步的，所述内柱两侧设有扣盖，所述外柱两侧设有挡边。

进一步的，所述副框与所述外柱之间设有尼龙垫圈。

一种所述的现场冷弯双曲面单元式格栅幕墙系统的施工方法，包括下列步骤：

根据建筑结构的双曲面外轮廓，在工型钢梁外侧安装“π”型转接件，并连接立柱，并使立柱的外侧面与建筑结构的双曲面外轮廓对应；

根据建筑结构的双曲面轮廓，将对应的格栅幕墙进行分割，形成若干块曲面格栅单元板块，再将该曲面格栅单元板块还原成平板格栅单元板块，在工厂将各平板格栅单元板块利用副框和格栅组装出来；

将该平板格栅单元板块运送到双曲面的预定位置，将该平板格栅单元板块四个端点中下面的两点和上面的一个顶点固定在所述相邻两个立柱位于同一平面的三个端点外侧，并现场将剩余一个端点通过冷扭拧方法形成与建筑结构双曲面对应的曲面并固定在所述相邻两个立柱中的剩余端点外侧。

进一步的，分割格栅幕墙时，按建筑结构的层高和阳台上下封修高度来划分，形成若干曲面格栅单元板块；分割出的曲面格栅单元板块的上下两个边缘与建筑结构层高相对应，左右两个边缘与建筑结构双曲面幕墙相邻板块分格相对应；该曲面格栅单元板块上的上面两个端点在一个水平高度上，下面两个端点在另一个水平高度上，而左右方向上，一侧端点外凸，另一侧端点内凹。

进一步的，将所述曲面格栅单元板块还原成平板格栅单元板块时，该平板格栅单元板块和曲面格栅单元板块的相应关系为：该曲面格栅单元板块在所述格栅幕墙上的四个端点为第一点、第二点、第三点和第四点；该第一点和第二点位于上方，该第三点和第四点位于下方；该第一点和第二点在一个水平高度上，该第三点和第四点在另一个水平高度上；该第二点、第三点和第四点位于同一平面，该第一点不在该平面上；该第一点和第二点的连线为第一线段，该第三点和第四点的连线为第二线段；该第一线段侧方具有翘曲点，通过翘曲点作与第二线段平行且长度相等的第三线段，该第三线段与该第二线段组成一平面单元，依照该平面单元制成具有预定厚度的平板格栅单元板块。

本发明的有益效果是：本发明现场冷弯双曲面单元式格栅幕墙系统及其施工方法，其主要是通过将曲面幕墙分割成若干曲面格栅单元板块，然后对曲面格栅单元板块做平板格栅单元板块的转化，按照转化后的平板格栅单元板块制作格栅结构，再通过冷扭拧方法安装到幕墙龙骨结构中形成曲面。本发明施工方法避免了制作曲面的面板格栅单元板块复杂的工艺过程，在安装中的冷扭拧又使得平板格栅单元板块在结构体系中成型为曲面格栅单元板块，弥补了现有技术中用平板格栅单元板块组成曲面幕墙带来的棱角分明，曲面效果不理想的缺陷，为充分展现建筑师的双曲面单元式建筑幕墙的曲面意图提供了方法上和结构上的保障，具有良好的经济性能。

附图说明

图1是本发明现场冷弯双曲面单元式格栅幕墙系统的纵剖示意图。

图2是本发明现场冷弯双曲面单元式格栅幕墙系统的横剖示意图。

图3是本发明现场冷弯双曲面单元式格栅幕墙系统的转接件的结构示意图。

图4是本发明现场冷弯双曲面单元式格栅幕墙系统的格栅结构的原理示意图一。

图5是本发明现场冷弯双曲面单元式格栅幕墙系统的格栅结构的原理示意图二。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

如图1-图3所示，本发明提供一种现场冷弯双曲面单元式格栅幕墙系统，包括建筑结构1和位于该建筑结构1外侧的幕墙系统。

该建筑结构1外侧面为曲面，设有若干水平的工型钢梁11，该工型钢梁11外侧设有预埋钢板12，该预埋钢板12外侧设有转接件13。该转接件13截面呈“π”型，包括两个平行的转接板131，两个转接板131顶部固定设有盖板132。两个转接板131中部开设有对应的横向通槽133。两个转接板131之间设有连接板14，该连接板14呈T型，内端与两个转接板131通过该横向通槽133内的第一固定螺栓15固定连接，外端设有竖向排列的若干固定孔141。

该幕墙系统包括龙骨结构2和格栅结构3。该龙骨结构2包括若干与工型钢梁11对应的立柱21，各立柱21的外侧面排列为与该建筑结构1外侧面对应的曲面。该立柱21截面呈“凸”字型，包括截面呈矩形的内柱211和外柱212。该连接板14外端插设于该内柱211内部，并与该内柱211两侧面通过该固定孔141内的第二固定螺栓22固定连接。该内柱211两个外侧面设有水平的锯齿，该第二固定螺栓22套设有带锯齿的垫片。该外柱212设有两个竖向凹槽213，该竖向凹槽213截面呈T型，开口向外。该格栅结构3呈矩形，包括两个竖向的副框31，两个副框31内侧之间设有若干横向的截面呈梭形的格栅32，该副框31截面呈L型，内端向内折弯并与该竖向凹槽213通过第三固定螺栓33固定连接。该格栅结构3的两个副框31分别固定在相邻的两个外柱212外侧，该副框31与该外柱212之间设有尼龙垫圈，可避免型材之间因摩擦导致的涂层损坏同时可有效降低摩擦噪音。该格栅结构3的四个端点中的三个位于同一平面，另一个端点不在该平面上。为了遮挡连接结构，该内柱211两侧设有扣盖23，该外柱两侧设有挡边24。

通常情况下，平面单元板块的四点共面；而本发明的冷弯处理的格栅结构3单元为三点共面，其中一个点和其他共面的三点有一定的偏移量，如图4所示，A点为和其他三点B、C、D共面点。实际施工时，通过一定的外力使A点偏移至a1点位置，达到双曲面效果。

本发明还提供一种上述的现场冷弯双曲面单元式格栅幕墙系统的施工方法，包括下列步骤：

根据建筑结构1的双曲面外轮廓，在工型钢梁11外侧安装“π”型转接件13，并连接立柱21，并使立柱21的外侧面与建筑结构1的双曲面外轮廓对应；

根据建筑结构1的双曲面轮廓，将对应的格栅幕墙进行分割，形成若干块曲面格栅单元板块，再将该曲面格栅单元板块还原成平板格栅单元板块，在工厂将各平板格栅单元板块利用副框31和格栅32组装出来；

将该平板格栅单元板块运送到双曲面的预定位置，将该平板格栅单元板块四个端点中下面的两点和上面的一个顶点固定在该相邻两个立柱位于同一平面的三个端点外侧，并现场将剩余一个端点通过冷扭拧方法形成与建筑结构双曲面对应的曲面并固定在该相邻两个立柱中的剩余端点外侧。

其中，分割格栅幕墙时，按建筑结构的层高和阳台上下封修高度来划分，形成若干曲面格栅单元板块。分割出的曲面格栅单元板块的上下两个边缘与建筑结构层高相对应，左右两个边缘与建筑结构双曲面幕墙相邻板块分格相对应。该曲面格栅单元板块上的上面两个端点在一个水平高度上，下面两个端点在另一个水平高度上，而左右方向上，一侧端点外凸，另一侧端点内凹。一般情况下格栅单元板块分格是按与层高一致，当翘起距离过大时(＞100mm)若每层按层高高度做一块单元板块时，扭拧距离过大，为减小扭拧距离，方便施工，可以适当增加板块分格，如高度方向上设置两块单元板块。

再者，将该曲面格栅单元板块还原成平板格栅单元板块时，如图5所示，该平板格栅单元板块和曲面格栅单元板块的相应关系为：在对应该曲面单元板块在幕墙结构体系上的四个端点为第一点E、第二点F、第三点G和第四点H。该第一点E和第二点F位于上方，该第三点G和第四点H位于下方。该第一点E和第二点F在一个水平高度上，该第三点G和第四点H在另一个水平高度上。该第二点F、第三点G和第四点H位于同一平面，该第一点E不在该平面上。该第一点E和第二点F的连线为第一线段EF，该第三点G和第四点H的连线为第二线段GH。该第一线段EF侧方具有翘曲点I，通过翘曲点I作与第二线段GH平行且长度相等的第三线段IF，该第三线段IF与该第二线段GH组成一平面单元，依照该平面单元制成具有预定厚度的平板格栅单元板块。

为了不使平板格栅单元板块在扭拧过程中需要扭拧的变形量过大而产生破裂或产生较大的应力，造成安装后的失效，通常通过犀牛三维放线确定平板格栅单元板块的最大扭拧距离，选取最不利单元板块，采用有限元软件ansys建立模型进行分析，确定格栅结构和龙骨结构扭拧而产生的应力以及加上外部荷载产生的应力，为确定幕墙构件壁厚提供依据。务必计算确认格栅结构和龙骨结构因曲翘而产生的内应力加上外部荷载产生的应力仍在安全允许范围内，确保双曲面幕墙结构的安全性。通常建筑结构外边缘从下往上是从外向里收缩的，即上层的水平长度比下层短，所以，如上述方法还原出来的平板格栅单元板块的上部水平边缘较原曲面单元板块上边缘长度长一些，在安装时，安装单元板块的最后一个端点以及该端点所在的边缘各个连接点到结构体系上时，通过拧扭，使得平板变形为曲面，与原设计的曲面幕墙有很好的吻合性。

为了使格栅板结构安装就位后，整体立面效果更加美观整齐。需保证不同板块间格栅圆管横向通长对齐，不应有出现明显的高低错位现象。通过三维设计软件中进行立面排版放样，并对格栅圆管定位基准标高尺寸赋予相关定位参数。使格栅组框模型中格栅圆管基准定位曲线与定位基准高度对齐，控制不同板块间格栅圆管高度位置保持一致。

为了适应建筑结构外轮廓角度的变化，每块曲面格栅单元板块为一个小曲面，同一块单元四个端点不在同一平面内，对于平板格栅单元板块，需要对其进行扭拧，如果设计的平板格栅单元板块过大，则需要扭拧的变形量就比较大，这样，为了得到扭拧不破裂失效、且产生的内应力与单元板块所用材质相适应的合适的变形量，需要对于单元板块进行这样的设计：采用cad三维放样确定最不利单元板块，建立单元板块的有限元模型，计算确认例如格栅型材的因扭拧而产生的内应力加上外部荷载产生的应力仍在安全允许范围内。采用cad三维放样模拟平板格栅单元板块和立柱与转接件系统的连接、相邻单元板块拼接，使得相邻单元板块通过冷弯插接以及立柱精确安装。通过有限元计算，得到格栅单元板块铝合金格栅和铝制副框的应力及挠度，判断扭拧变形与外部荷载作用下幕墙系统的安全性。在副框上设置的圆形钉孔挂点的数目和间距、立柱上设置螺栓挂点用于格栅单元板块连接挂点，挂点间距根据计算确定。计算中主要考虑所述单元板块的重量、所受外荷载和连接螺栓的承载能力，同时兼顾在安装时将平板格栅单元板块扭拧成曲面板的变形量。为了使得各个钉孔处安装时的扭拧变形产生应力都不至于过大，则相应地增加钉孔的数目、从而减小钉孔的间距。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明进行详细说明，本领域技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (3)

1.一种现场冷弯双曲面单元式格栅幕墙系统的施工方法，所述现场冷弯双曲面单元式格栅幕墙系统包括建筑结构和位于该建筑结构外侧的幕墙系统；

该建筑结构外侧面为曲面，设有若干水平的工型钢梁，该工型钢梁外侧设有预埋钢板，该预埋钢板外侧设有转接件；该转接件截面呈“π”型，包括两个平行的转接板，两个转接板顶部固定设有盖板；两个转接板中部开设有对应的横向通槽；两个转接板之间设有连接板，该连接板呈T型，内端与两个转接板通过该横向通槽内的第一固定螺栓固定连接，外端设有竖向排列的若干固定孔；

该幕墙系统包括龙骨结构和格栅结构；该龙骨结构包括若干与工型钢梁对应的立柱，各立柱的外侧面排列为与该建筑结构外侧面对应的曲面；该立柱截面呈“凸”字型，包括截面呈矩形的内柱和外柱；该连接板外端插设于该内柱内部，并与该内柱两侧面通过该固定孔内的第二固定螺栓固定连接；该外柱设有两个竖向凹槽，该竖向凹槽截面呈T型，开口向外；该格栅结构呈矩形，包括两个竖向的副框，两个副框内侧之间设有若干横向的格栅，该副框截面呈L型，内端向内折弯并与该竖向凹槽通过第三固定螺栓固定连接；该格栅结构的两个副框分别固定在相邻的两个外柱外侧；该格栅结构的四个端点中的三个位于同一平面，另一个端点不在该平面上；所述内柱两个外侧面设有水平的锯齿，所述第二固定螺栓套设有带锯齿的垫片；所述内柱两侧设有扣盖，所述外柱两侧设有挡边；

其特征在于：所述现场冷弯双曲面单元式格栅幕墙系统的施工方法包括下列步骤：

根据建筑结构的双曲面外轮廓，在工型钢梁外侧安装“π”型转接件，并连接立柱，并使立柱的外侧面与建筑结构的双曲面外轮廓对应；

根据建筑结构的双曲面轮廓，将对应的格栅幕墙进行分割，形成若干块曲面格栅单元板块，再将该曲面格栅单元板块还原成平板格栅单元板块，在工厂将各平板格栅单元板块利用副框和格栅组装出来；

将该平板格栅单元板块运送到双曲面的预定位置，将该平板格栅单元板块四个端点中下面的两点和上面的一个顶点固定在所述相邻两个立柱位于同一平面的三个端点外侧，并现场将剩余一个端点通过冷扭拧方法形成与建筑结构双曲面对应的曲面并固定在所述相邻两个立柱中的剩余端点外侧。

2.根据权利要求1所述的现场冷弯双曲面单元式格栅幕墙系统的施工方法，其特征在于：分割格栅幕墙时，按建筑结构的层高和阳台上下封修高度来划分，形成若干曲面格栅单元板块；分割出的曲面格栅单元板块的上下两个边缘与建筑结构层高相对应，左右两个边缘与建筑结构双曲面幕墙相邻板块分格相对应；该曲面格栅单元板块上的上面两个端点在一个水平高度上，下面两个端点在另一个水平高度上，而左右方向上，一侧端点外凸，另一侧端点内凹。

3.根据权利要求1或2所述的现场冷弯双曲面单元式格栅幕墙系统的施工方法，其特征在于：将所述曲面格栅单元板块还原成平板格栅单元板块时，该平板格栅单元板块和曲面格栅单元板块的相应关系为：该曲面格栅单元板块在所述格栅幕墙上的四个端点为第一点、第二点、第三点和第四点；该第一点和第二点位于上方，该第三点和第四点位于下方；该第一点和第二点在一个水平高度上，该第三点和第四点在另一个水平高度上；该第二点、第三点和第四点位于同一平面，该第一点不在该平面上；该第一点和第二点的连线为第一线段，该第三点和第四点的连线为第二线段；该第一线段侧方具有翘曲点，通过翘曲点作与第二线段平行且长度相等的第三线段，该第三线段与该第二线段组成一平面单元，依照该平面单元制成具有预定厚度的平板格栅单元板块。

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