双曲面铝板造型设计及加工的简化方法与运用.doc

双曲面铝板造型设计及加工的简化方法与运用 【作者】：赵国友 刘招生 【摘要】：本文介绍了铝板装饰幕墙设计、加工中双曲面造型的一些简化方法和运用实例，通过对设计、加工中简化方法的探讨总结，以期对建筑装饰工程中经常遇到的双曲面造型的处理作些有益的贡献。 【关键词】：铝板幕墙 双曲面造型 设计及加工 简化方法与运用 在铝板装饰幕墙设计、加工中，我们经常会碰到一些比较难于处理的双曲面造型，对于这类造型，我们可以利用简化方法来处理。下面结合铝板幕墙设计加工中比较复杂的双曲面造型实例对这类问题的简化方法及运用作一些探讨。 一、以直代曲简化处理双曲面造型 有些时候，建筑设计师为了要体现某种装饰效果，设计了一些圆弧、双曲面、球形的造型。这些形状，在铝板加工中，单一的圆弧形状比较好处理，利用三辊机就能直接实现。而双曲面、球形是二维、三维成弧，由于三辊机只能一维成弧，所以就不能利用三辊机直接加工成形，要加工双曲面、球面形状铝板就只能开模，用模具成形，但模具成形成本较高，周期较长，若无特殊需要，本着降低成本，缩短工期的要求，在不影响装饰效果的基础上，就需要进行简化设计，运用简化方法可以达到这一目的。 对于二维双曲面造型铝板，我们采用以直代曲的简化方法处理，可以将之细分成无数的一维弧形铝板，即在一个方向上保持原来的弧形不变，在另一个方向上用无数的直线代替原来的弧形(见图一)。 有些时候，装饰效果上可以允许大直线段的存在，即在整个双曲面造型上允许一个方向上有很明显的直线段。有些时候，设计双曲面就是为了要达到双曲面二维方向上都是圆弧的效果，在这种情况下，若运用以直代曲的简化方法，就需要考虑用直线所代圆弧的弦高(见图二)，在弦高越小的情况下，直线就越接近弧线，以直代曲加工出来的双曲面铝板就比较浑圆。当然，弦高小到什么程度才不影响整体装饰的浑圆效果？对于这一问题还没有一个确切的定值，因为不同的半径，有着不同的分法。总的来说，根据所需装饰效果的实际情况，在一定的距离、视觉上感觉不到很明显的直线组合就可以了。一般，根据已完成工程的实际经验，可以考虑长弧形方向弦高4mm为界，弦高h小于等于4mm，即可用直线代替弧线以简化双曲面造型的设计加工。 以直代曲的简化方法处理铝板幕墙双曲面造型比较典型的例子有湖北省人民医院铝板幕墙工程和宁波栎社国际机场铝板幕墙工程。 湖北省人民医院铝板幕墙工程铝单板约5000m2,其中就有很大一部分属于双曲面造型。在主体墙面，由于水平投影方向半径很大，分段成1200mm分格的直线弧形铝板后弦高很小，装饰出来的整体效果自然形成了双曲面造型，但顶部和女儿墙双曲面造型由于水平投影方向半径较小，若分格较大，弦高就会很大，就会很明显的显现出一段一段的直线段，因此，处理这类双曲面造型，就是保留原有单元分格，将原有单元分格再细分成几个弦高很小的直线圆弧段，将这些直线圆弧段在工厂焊接成一个单元分格(见图三)，尔后再将这些单元分格安装上墙后自然就形成了双曲面造型。 宁波栎社国际机场内装铝板幕墙工程铝单板1万多平方米，其中也有很大一部分飘蓬铝板属于双曲面造型(见图四)。在设计时，考虑到水平投影方向圆弧半径很大（R=272m）, 1980mm分格其弦高仅1.8mm，完全可以用直线代替曲线。在半径很大，分格相对很小的情况下，弦高变得非常小，直线就趋近于曲线，整体效果就趋近于双曲面。 在用直线代替曲线时应注意，直线圆弧板的水平投影应是梯形（见图五），因投影半径外大内小，相应的分格投影也应是外长内短，否则内外若加工成等长就安装不上墙了。 二、双曲面造型龙骨不规则的简化处理 在有些铝单板幕墙工程中，由于工地现场所焊钢架龙骨不标准，导致现场所量实际尺寸也不规则，从而导致双曲面分格形状无法确定，以致以直代曲后单向圆弧板形状也无法确定，若按每一单元分格现场实际尺寸加工铝板，安装上墙后会出现胶缝不均匀，有的地方胶缝可能很大，有的地方胶缝可能很小，甚至出现扭曲状。在这种情况下，为了保证胶缝的均匀性，运用简化方法就能轻易处理。其中一种方法就是将双曲面总的弧长测量出来再除以分格数将其均分，这种方法在钢架还未焊接之前行之有效。但有些时候钢架已经做好了，并且由于某些原因没按标准分格焊接，这时候若均分分格就需重新调整钢架，但重新调整钢架既费力又费材，很不经济。在无特定要求下，可以不用调整钢架，只需调整所量尺寸即可。具体调整方法是将不规则单向圆弧板简化为等腰梯形单向圆弧板后将长度基本接近的铝板斜率调成一样，经过这样调整后，胶缝宽度就基本变成一样宽了。 对于此种情况比较典型的例子是昆山双鹤药业大厦顶部铝单板双曲面造型的处理。 昆山双鹤药业大厦顶部铝单板双曲面造型俯视图如图六，剖面形状如图六中K-K剖面，由于俯视图半径比较大，因此，可以将双曲面单元分格简化成一维直线弧形铝板如图七，其剖面形状如图七中F-F剖面，经过简化后，双曲面单元分格就简化成一维直线弧形铝板了。在这个工程中，由于事先钢架已经焊接完成，且焊接单元极不标准，根据已焊接好的钢架所测量的每个单元分格如图七中A、B尺寸长度都不相等，由于单元钢架不标准，因此每个单元分格的形状无法确定，只能按等腰梯形一维弧形铝板进一步简化。简化后，由于A、B尺寸已确定，故等腰梯形一维弧形铝板的形状就确定下来了。但等腰梯形一维弧形铝板的形状是简化后的理想模型，A、B尺寸确定后，此单元等腰梯形一维弧形铝板的斜率(A-B)就已确定。由于每个单元分格的A、B值均不相同，因此由此确定的每块铝板斜率也不相同，若按此实际尺寸及斜率加工铝板，当这些铝板安装上墙后，就会出现上述胶缝宽窄不均的现象。为了避免上述现象的产生，若按理想模型简化单元分格，就需调整单元分格的斜率，具体做法是保证A、B尺寸中的其中一个尺寸不变，调整另外一个尺寸。在此工程中，由于如图示的B尺寸要与下面与之相接的墙面铝板对胶缝，所以保证B尺寸不变。此例中，由于每个单元分格的A、B尺寸均不相同且有的相差很大，因此，将尺寸分成几段，A、B尺寸相差不大的铝板归在一段，将其斜率（A-B）调成一样(见附表一)。在调整尺寸的过程中应注意，A、B尺寸比较小的斜率也相应的比较小。 具体调整方法如下： 通过公式调整表一中的70件板，将调整后的值与调整之前的值相比较，可以看出误差不大，再将调整后的值与调整之前的值的总和相比较，可以看出和值基本相等，