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用石头来展现建筑奇特的非线性空间曲面——中央美院美术馆的板岩屋面的工程技术

来源:北京德宏幕墙工程技术有限公司  作者:王德勤  日期:2015-4-13
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  提要:以中央美院美术馆的实际工程为例,首先对该项目所以的板岩石材基本概念作了介绍,并对板岩如何作为非线性双曲面幕墙和屋面外装饰板的设计思路、构造处理方法、施工工艺控制及设计和施工过程中的节点控制方案,通过现场图片、图纸、模型,对工程难点和关键技术进行较全面的分析和介绍。 同时文章还对已经投入使用了七年多的美术馆做回访时的情况介绍。
  关键词:中央美院美术馆,非线性曲面板岩幕墙和屋面,玻璃采光顶,板岩装饰面板。

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  c)由于屋面双向弯曲,在屋面板的中部会出现橘皮效应(中部增宽)。直立锁边的压型板由于带肋,每片板可以在中间拉大5-10mm,可以有效解决此问题。若结合扇形板宽度变化的特点,能更好地解决此问题。

  在板型的分布上,有的分区全部都由扇形弯弧板组成。有的分区是由扇形弯弧板与弧形板组合而成,有的分区是由扇板、弧板、直板相互组合成形的。但在每个分区中只能有一个坡度不同的排水走向。(图2.5.2、2.5. 3)

  技术的突破:三维曲面的圆滑过度,用大角度可调整的节点技术将板块拟合成曲面。使功能层的钢结构,保温防水及底部钢板硬防水层和弧形铝镁锰直立锁边板与面材的石材板块有机的结合,实现了理想的空间曲面。

  2.6板岩石材与金属屋面板的连接系统的设计:

  美术馆建筑外表的幕墙材料和屋面材料为天然板岩石材。全部石材是通过转接系统固定在1mm厚的原色锤纹铝镁锰板上。在这个项目我们采用了无穿透技术将表面的装饰板岩与支撑结构有机的连接成整体。

  天然板岩石材与金属屋面板的连接主要采用了弧形铝支撑管转接技术,用这套转接系统能将各种不同方向的屋面板直立肋边,通过弧形铝支撑圆管转换成板岩石材板布设时所需要的方向和位置。

  转接件在屋面板上安装,起到转接横向铝管的作用。转接件采用铝合金型材加工而成,转接件为两件,满足其转角要求(如图2.6.1~2.6.4)。

  2.7、板岩石材在幕墙和屋面上的排版分布设计

  石材为30mm厚的天然板岩。灰绿色调,表面肌理为鳞片形式,板岩的上下为瓦片式搭接,水平的相邻板块缝隙宽度为3~6mm。板岩表面的不规则的纹路使建筑有浑然天成的风化石的感觉。石材的表面进行了水性养护处理。对板岩的边部切口断面进行了磨光处理。为增加安全度在板岩的底面增加了一层附着纤维丝网,处理的方法是用胶将丝网与板岩粘接成整体。

  由于板岩石材所覆盖的墙面和屋面均为曲面,这就使得在石材板块分割时必须考虑到用平板(词条“平板”由行业大百科提供)来拟合曲面的问题,为了实现建筑设计时的理念板岩之间的整体顺滑拼接是极为重要的。按照建筑设计的要求我们将板岩的分割基本尺寸确定为600mm长,300mm、400mm、600mm三种尺寸的宽度,在下料时板块的长度尺寸变化控制在10mm范围内,宽度尺寸变化控制在50mm范围内(如图2.7.1~2.7.4)。

  在设计过程中我们充分考虑到了整体曲面对单片石材分割的影响,在石材板块下料时每一片石材在保证基本尺寸的同时其形状都有所变化。这样石材板块的互换性就大大的降低了,同时为了能够按设计分布图中的要求顺利的安装,我们对每片石材都对应的进行了编号。我们深知,这时的麻烦是为了更好的实现整体建筑的艺术效果,是值得的。

  3、多功能玻璃采光顶的设计

  这个项目值得一提的还有位于建筑顶部的三块平面多功能玻璃采光顶。 玻璃采光顶采用了半隐框的安装形式,用8+15A+(6+1.14PVB+6)钢化夹层中空Low-e玻璃。玻璃表面进行了磨砂处理,室内加遮阳帘(词条“遮阳帘”由行业大百科提供)(如图3.1~3.4)。

  在一次记者采访时,中央美院院长潘公凯先生赞赏的说“天窗做得很新奇,白天自然光晚上灯光照射,天分成许多层,有钢化玻璃、隔热层、防紫外线玻璃磨砂玻璃等,人还可以爬进去换灯。”

  玻璃采光顶和金属屋面的连接部位是最容易产生漏水的区域,对此部位在设计和施工中作为重点控制的部位。屋面的防水性能经过了淋水试验和当年的雨季渗漏观察,未出现渗漏情况。

  为了防止采光顶出现漏水的现象,在采光顶玻璃面板施工安装完成之后进行了淋水试验和超规范的蓄水试验。试验的方法是在玻璃采光顶的区域,在边缘立起400mm高的阻水档板,使得玻璃采光顶的玻璃面与档板之间形成一个水池,并在水池中注入平均水深150mm的水。放置72小时后,在室内观察采光顶和采光顶的边部有无渗水、漏水现象的试验方法。美术馆的采光顶顺利的通过了这项试验。

  在实际工程中,人们对大型的采光顶和金属屋面在雨季的渗水、漏水现象已经习以为常了,这种现象实际是在设计和施工过程中“不到位”和“不重视”再加上“抢工期”等多种因素造成的。如果每个项目都能象中央美院美术馆项目的采光顶和金属屋面这样,通过严格检查和试验程序后进行验收。把漏水现象消灭在设计和施工过程中,就会大大的减少屋面渗水现象的发生。

  我在近期去美术馆回访时,了解美术馆的玻璃采光顶和金属、石材屋面在使用过程中的防水性能。项目的物业管理人员对采光顶和屋面的防水、保温、采光、隔声等性能给予充分的肯定。特别是对防水性能。在七年多的使用过程中未发生过渗水、漏水的现象,对馆内艺术品的保护起到重要的作用。

  在回访过程中我们时刻能感觉到美术馆这片板岩石材幕墙能用她特有的建筑艺术语言与老校长徐悲鸿先生的铜像对话;她与“外星飞船”在一起能让人感觉到那么自然……(图3.5~3.6)

  4、后记

  美术馆建成后我很少去过了,有时偶尔路过会在外面看看,不过每次看到都会想起当年抢工期时的场景。

  近日,我去了一趟久别了的中央美院美术馆。我到了中央美院的校时以为门卫会不让进,我就先在围墙处拍了几张照片之后向大门走了过去。心里已经想好了该怎么说。到了大门,我没有看门卫就一直向校园内走,我在等门卫喊我,可人家没有拦我,我又观察了一下才知道大门是随便进的。紧张的心情总算放下了。因为,当年在美术馆施工的时候美院的大门管理很严格不能随便进出的。

  到了美术馆的墙下,看到一块块的长满锈斑的石板。第一感觉是整体外墙面和竣工时一样的沉稳,质朴,敦厚。在上下板岩之间有规律的水平搭接线上还可以看到在八年前安装时为校准精度用的基准点(词条“基准点”由行业大百科提供),在板岩石材一层压一层的叠压水平线上未出现任何由于板块或节点变形而引起的板块错位。每一层的叠压线还是那么的整齐充满了韵律。(图4.1~4.2)

  令我感到惊讶的是在外墙面的各别板岩表面出现了铁锈斑,在建成初期由于板岩的外表面是作了门面防护液处理的,是对石材表面作了严格的防护的,经过七八年的雨水和气候的侵蚀,在石材的表面有含铁的包裹体出现了氧化现象,并经过雨水的冲刷在这一区域的石材表面出现条形的铁绣斑。

  由于铁锈斑痕是天然形成的,在墙面的分布非常自然,没有任何人为的造作感,整体外墙在它的点缀下,显得更加质朴,沉稳而且还增加了许多岁月的沧桑感。可以联想到美术馆内艺术的沉淀(图4.1~4.4)。我想这个效果在当年建筑大师矶崎新先生在设计时是没有想到的。随着时间的增长在美术馆外墙面这块硕大的青石表面会出现更加丰富的纹理变化。我觉得这是美术馆项目外墙板岩(水沉岩)选用的最大意外收获。他给今后追求这种沧桑感效果的设计师们提供了样板。

  最近,我看了中国美术馆副馆长谢小凡先生关于中央美术馆在建设过程中的回忆《参悟细节,沉淀精髓——谢小凡之展览美术馆小记》一文。文章中介绍了他和美术馆的故事,也把我带回了和他一起奋战在施工一线现场的回忆中。当时他是业主、是甲方,我们是外墙的设计施工方。工程竣工已多年了,由谢小凡先生的启发我在近日又一次的回到了中央美院美术馆,再激动了一下。真的应该将这个项目中的很多关键环节介绍给大家,给幕墙工程师们以启发和借鉴,为异形石材幕墙、屋面的建设作出贡献。将项目建设过程中的体会与大家共同分享。

  参 考 文 献

  [1] 《建筑幕墙》,中华人民共和国家标准, GB/T 21086-2007

  [2] 《外围护幕墙设计说明书》,中央美院美术馆项目,2007.04

  [3] 谢小凡,《参悟细节,沉淀精髓——谢小凡之展览美术馆小记》,《城市.环境.设计》 2014

  [4] 王德勤 ,异型金属屋面和幕墙的设计,《中国建筑防水》, 2012 第7期,总241期,07-11页

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专家介绍

 王德勤

铝门窗幕墙委员会专家组

工作单位:北京德宏工程技术科研中心

技术职称:教授级高工

专业:门窗幕墙标准编制、建筑玻璃与金属结构设计与研究

专长:大型金属屋面、双曲面索结构点支承玻璃幕墙的产品开发、节点设计、施工技术研究与应用。在国内是最早进行点支式玻璃幕墙研发、推广人之一。

原文地址:http://www.52mqw.com/info/2015-4-13/39004-1.htm
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