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摘要：在建筑外裝飾立面，異形大尺寸石材蜂窩板遮陽(yáng)構(gòu)件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，嘗試通過(guò)一體成型鋁殼骨架+蜂窩石材面板+連接鋁鑄件的組合形態(tài)，在能夠適應(yīng)多種石材造型構(gòu)造需求的同時(shí)，并滿足經(jīng)濟(jì)、輕盈、美觀、耐久和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的需求，在加工組裝和施工安裝方面凸顯優(yōu)勢(shì)。
關(guān)鍵詞：遮陽(yáng)構(gòu)件，石材，異形，鋁鑄件，加工
1 前言
在建筑形態(tài)多元化和綠色節(jié)能化發(fā)展的今天，伴隨著眾多建筑外裝飾遮陽(yáng)系統(tǒng)和遮陽(yáng)材料的應(yīng)用，其中石材的應(yīng)用受限于耐久性和安全性，蜂窩石材復(fù)合裝飾面板成為兼顧美觀和安全性的主要選擇，但由于現(xiàn)有鋁蜂窩復(fù)合材料的復(fù)合工藝限制，蜂窩石材面板對(duì)于大尺寸和空間異形形態(tài)的適應(yīng)存在局限。
在大尺寸異形石材遮陽(yáng)構(gòu)件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，變換傳統(tǒng)拼接骨架+蜂窩石材面板的設(shè)計(jì)思路，采用一體折彎成型鋁殼，作為蜂窩石材面板拼接基面和栓接骨架，極大提升了加工組裝效率和整體安全性。
2 石材遮陽(yáng)構(gòu)件系統(tǒng)
作為“深圳市新時(shí)代十大文化設(shè)施”之一，深圳美術(shù)館新館、深圳第二圖書(shū)館(簡(jiǎn)稱“兩館”)見(jiàn)圖一，外覆魚(yú)鱗狀交錯(cuò)排布梭形蜂窩石材遮陽(yáng)構(gòu)件(見(jiàn)圖二、圖三)。主要形態(tài)單個(gè)3D石材遮陽(yáng)構(gòu)件外觀尺寸達(dá)到4085x480mm，石材面為鋼刷面石灰?guī)r，兩端連接于間距2800mm鋁合金（詞條“鋁合金”由行業(yè)大百科提供）立柱。
3 石材面板與骨架連接
3.1 面板拼接及連接
遮陽(yáng)構(gòu)件整體主要由6片蜂窩石材面板組成(見(jiàn)圖四)，異形多角度拼接斷面對(duì)于板材切割工藝有較大的挑戰(zhàn)。
面板采用20mm蜂窩芯+5mm厚石材面，2mm縫隙密拼接，采用專用調(diào)制石材密封膠填縫，保證外觀一致性;通過(guò)25顆M8異形預(yù)埋螺母與骨架形成機(jī)械連接。如圖3、圖4所示。
蜂窩石材背栓布置間距≤400mm，通過(guò)長(zhǎng)邊400mm、短邊300mm近似模型計(jì)算得出，單顆背栓（詞條“背栓”由行業(yè)大百科提供）抗拉承載力設(shè)計(jì)值為：Nv.b=1.047kN。
3.2 背栓抗拉承載力測(cè)試，質(zhì)量控制
通過(guò)多組破壞性抗拉承載測(cè)試(圖五所示)，得到荷重-位移曲線關(guān)系圖，通過(guò)測(cè)試結(jié)果可以看到背栓最大承載力可以達(dá)到5kN以上;在0.6mm變形位移范圍內(nèi)，即可滿足承載力設(shè)計(jì)值;測(cè)試結(jié)果如圖六所示。
實(shí)際生產(chǎn)質(zhì)量控制，每100塊石材隨機(jī)抽取5塊試件進(jìn)行拉力測(cè)試。并記錄每一批次生產(chǎn)過(guò)程抽檢照片數(shù)據(jù)形成質(zhì)量管控二維碼，粘貼至構(gòu)件上運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)。
4 石材骨架連接構(gòu)造
4.1 骨架構(gòu)造方案對(duì)比
方案一：龍骨采用8~12mm鋁合金板和角碼，全鋁焊接成型(見(jiàn)圖七)。
優(yōu)缺點(diǎn)：構(gòu)造清晰，但組裝空間定位和鋁焊接質(zhì)量要求極高，不易控制石材面拼接平整度，難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定批量化的組裝生產(chǎn)流程。
方案二：龍骨采用開(kāi)模（詞條“開(kāi)模”由行業(yè)大百科提供）鋁合金型材，連接件采用鋁合金鑄造件與型材（詞條“型材”由行業(yè)大百科提供）腔體連接，從而適應(yīng)空間連接角度，再通過(guò)鋁合金夾板、角碼+螺釘（詞條“螺釘”由行業(yè)大百科提供）連接成形(見(jiàn)圖八)。
優(yōu)缺點(diǎn)：螺釘機(jī)械連接，型材加工拼接對(duì)空間尺寸定位較為精確，但組裝工藝機(jī)械連接螺釘用量巨大，人工成本較高，同時(shí)理論計(jì)算難以模擬骨架真實(shí)的強(qiáng)度;夾板厚度對(duì)于蜂窩芯面板有一定侵蝕較，對(duì)面板強(qiáng)度有一定程度削弱。
方案三：龍骨及加強(qiáng)肋板采用鋁板一體折邊成形，連接件采用鋁合金鑄造件通過(guò)螺栓與鋁殼骨架連接(見(jiàn)圖九)。
優(yōu)缺點(diǎn)：通過(guò)精確裁切鋁板，一體折邊成形空間鋁殼，更易于控制空間尺寸和平整度;鋁肋板加強(qiáng)筋、鋁鑄件連接件與鋁殼采用螺釘、螺栓機(jī)械連接，穩(wěn)定可靠，易于批量化加工組裝生產(chǎn)和精度控制;對(duì)于鋁板多道折邊工藝的控制有一定難度。
4.2 鋁殼連接骨架方案結(jié)構(gòu)分析
選用方案三全鋁殼骨架，通過(guò)ANSYS有限元分析，選取立面轉(zhuǎn)角區(qū)域標(biāo)準(zhǔn)石材遮陽(yáng)構(gòu)件，正、負(fù)風(fēng)壓組合設(shè)計(jì)值作用下，局部最大應(yīng)力（詞條“應(yīng)力”由行業(yè)大百科提供）分別為：80.6MPa、95.4MPa，(見(jiàn)圖十)滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：100Mpa;正、負(fù)風(fēng)壓組合標(biāo)準(zhǔn)作用下最大撓度變形分別為：7mm、7.8mm，滿足撓度限值：9.7mm(見(jiàn)圖十一)。
5 遮陽(yáng)構(gòu)件加工組裝工藝
遮陽(yáng)構(gòu)件加工由深化加工模型為指導(dǎo)，主要由鋁板殼骨架、加強(qiáng)鋁肋板、蜂窩石材面板、鋁鑄件連接件、鋁背板組成，分別在不同廠家加工，在石材加工廠整體組裝成型。其中蜂窩石材面板的合成、切割以及拼裝過(guò)程(見(jiàn)圖十二)，為整個(gè)工藝流程中的重難點(diǎn)。
5.1 鋁殼骨架
由模型Rhino&Grasshopper輔助深化加工形成鋁殼、鋁肋板以及螺栓孔位，攤平展開(kāi)形成準(zhǔn)確的輪廓尺寸，再根據(jù)模型角度折彎成殼體;為保證整體強(qiáng)度，折邊不刨槽;成型后的尺寸通過(guò)靠模和量角器檢測(cè)保證殼體尺寸精度(見(jiàn)圖十三)。
5.2 鋁合金連接鑄件
連接件采用壓鑄（詞條“壓鑄”由行業(yè)大百科提供）鋁合金，易于控制滿足空間角度，適用批量化生產(chǎn)(見(jiàn)圖十四)。
5.3 石材面板加工
由原石面板切割并與蜂窩芯真空復(fù)核形成25mm蜂窩石材面板，晾干后由水刀切割成拼接面板;由于不同面板的尺寸以及拼接斜面角度存在差異，整個(gè)切割過(guò)程需嚴(yán)格控制面板精度，也是面板加工工藝中的重難點(diǎn)(見(jiàn)圖十五)。
5.4 石材構(gòu)件組裝
蜂窩石材面板與鋁殼復(fù)合，主面板通過(guò)背栓與鋁殼形成機(jī)械連接，背板通過(guò)沉頭螺釘/結(jié)構(gòu)膠粘接，拼縫處和周邊采用石材密封膠密封;同時(shí)在石材低位角部，鋁殼和背板粘接處，預(yù)留35x6mm排水洞口，防止內(nèi)部積水(見(jiàn)圖十六)。
5.5 現(xiàn)場(chǎng)安裝效果
6、結(jié)語(yǔ)
在大尺寸異形石材遮陽(yáng)或裝飾構(gòu)件系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，鋁板一體成形骨架+蜂窩石材面板構(gòu)造思路，能夠有效地提高異形骨架面板拼裝精度和可靠性，并適應(yīng)多種造型，極大的促進(jìn)了生產(chǎn)組織和加工效率，同時(shí)精確地孔位，對(duì)外觀精度質(zhì)量控制和現(xiàn)場(chǎng)安裝效率有很大的提升，在實(shí)際加工組裝過(guò)程中對(duì)于蜂窩石材面板的切割和組裝工藝精度控制有一定要求。
參考文獻(xiàn)
[1] 中華人民共和國(guó)建筑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).建筑裝飾用石材蜂窩復(fù)合板：JG/T 328-2011[S].
[2] 中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB/T 15114-2009：鋁合金壓鑄（詞條“鋁合金壓鑄”由行業(yè)大百科提供）件[S].
作者單位：深圳市三鑫科技發(fā)展有限公司
