本文作者：王德勤 張 洋 陳啟明 廉洪波
1 引言
現有建筑造型已經呈現多元化的發展方向，一些新派建筑師不滿足于設計中規中矩的建筑形式，許多極富視覺沖擊力的建筑越來越多的呈現在我們面前。幕墻作為建筑的外飾層，如何實現建筑創意甚至如何將建筑的語言表達的更加透徹，已經是許多幕墻公司必須面臨的問題。
曲面建筑，特別是雙曲面的建筑造型越來越多的應用在許多國內外建筑造型中。以往只是作為建筑造型中的個別單體，現在已經大范圍的應用到整個建筑造型中。新型的計算機技術已經完全可以滿足幕墻的造型設計需要。
1.1
鄂爾多斯博物館工程概況：
鄂爾多斯博物館位于鄂爾多斯市康巴什新區，規劃建設用地面積為27760㎡，總建筑面積41227㎡，總高度39.8m，是一座集文物展陳、收藏及博物館文化局辦公室，地下一層、地上四層（辦公區八層）的大型綜合性建筑，使用年限為100年。 鄂爾多斯博物館項目由MAD建筑事務所完成建筑設計，山西建筑設計研究院完成施工圖設計。
鄂爾多斯博物館的建筑設計，展覽陳設和科技項目均定位于國際水準，無論是建筑空間、展區規劃、展覽主題選擇還是對展品、展項的具體設置，都秉承“綠色、科技、人文”的宗旨。建筑造型寓意一塊堅固的石頭，象征永恒，古銅色的金屬外表面記錄著鄂爾多斯悠久的文化，展現著鄂爾多斯開創未來的創新精神。整體建筑效果見下圖示意：（如圖1.1）
整個建筑的外立面是由不規則的雙曲面構成，頂部有四個斜向
玻璃天窗，在辦公區也設置有兩個斜向的采光天窗，主次入口造型的變化十分復雜，觀眾通過逐漸收縮的喇叭口進入建筑，兩側的鎧甲狀
不銹鋼板能給人以穿越時空的感覺。（如圖1.2-4）
1.2 工程基本特點：
本工程幕墻與
金屬屋面部分幾乎全部是雙曲面，而且曲面并無規律。如何控制好建筑的造型，實現建筑師的預想，是工程的關鍵。以往常規的圖紙表述方式：平面圖、立面圖、剖面圖不能準確表達
異型幕墻的要求。
由于外部的建筑造型所致，該項目的金屬屋面部分與
建筑幕墻部分沒有一個明確的分界線。如果標準區分就是與水平面大于75°的為建筑幕墻，小于75°的為屋面。幕墻與屋面從節點設計到
強度計算以及材料的使用，都有著很大的差異。為確保項目的安全性能和使用性能，我們在設計中根據本工程項目的實際情況進行整體設計，不論是幕墻還是屋面、
采光頂將其有機地結合在一起，綜合考慮技術指標。
2 異型金屬屋面的設計
2.1金屬屋面系統的構造
鄂爾多斯博物館建筑的整體外形是由多個不規則的雙曲面體形有機順滑的集合成一個不規則的異型體。主體結構為
鋼結構支撐系統，其表面大部分為金屬屋面和鋁
裝飾板（帶）所覆蓋，整體造型在柔順中能透出剛毅。這種類似的建筑在國內是極為少見的。
由于其體型和功能的要求，對金屬屋面來說，其設計與施工的難度很大，必須結合實際工程情況采取特殊的、能夠適應本項工程的結構，節點設計和施工工藝方案才能順利完成本項工程。本工程屋面系統的構造如下：（自下而上）
主體支撐鋼結構；檁托，可進行雙向調整的連接機構；檁條，Φ121×5的弧形鋼管；硬
防水板，底層硬質防水
鍍鋅鋼板（厚度為1.5mm）；防潮層，聚乙烯防潮隔層；隔聲層，
玻璃纖維增強
硅酸鈣板；防水板T型支座系統；
保溫層，雙層50mm保溫棉；
防水透氣膜；鋁鎂錳金屬屋面板，厚度為0.9mm，高直立鎖邊；
轉接件，
鋁合金材質的連接裝置；弧形鋁支撐管，Φ40×3的弧形
鋁管；轉接件，鋁合金材質的連接裝置；面層
鋁合金裝飾板，厚度為3mm
鋁板，表面按建筑要求的顏色進行
氟碳噴涂。（如圖2.1-2.1.2）
從節點圖中可以看出，本項目的金屬屋面部分的
支承結構為分三層——主體支撐異型鋼網殼結構，在此之外為鋼檁條，作為主結構的次龍骨，屋面板等功能材料是依附在次龍骨之上的，第三層支承結構是直立鎖邊金屬屋面板外部的弧形鋁管檁條，是最外層鋁板裝飾帶的支撐結構。
依附在支撐結構上，能起到各項功能作用的
板材、膜材共有七層---最外層為鋁合金裝飾層、鋁鎂錳金屬面板層、防水透氣膜層、保溫棉層、硅酸鈣板隔聲層，聚乙烯防潮層、底層為鍍鋅鋼板硬防水層。每一層都有著相應的功能，同時每一層也都有它特殊的工藝特點，這就需要整體設計中全面綜合的考慮每一部分設計方案。
2.2檁條與主體鋼結構的連接設計
鄂爾多斯博物館的主體支撐鋼結構，是一個由異型鋼管網殼和異型鋼管桁架共同組成的空間網殼結構。（如圖2.2.1）其外形及為復雜，這就造成在空間網殼施工中很難控制其安裝精度，出現外形尺寸偏差較大的現象。
為能保證屋面安裝后的外形尺寸，必須在安裝次檁條時將主體結構偏差調整到外形尺寸允許的范圍之內。在設計時我們根據現場的實際情況采取了按
實際尺寸調整檁托母座的張度，使檁條在安裝后的空間位置保持在設計范圍內。為了實現這一目的，我們對現場的 萬個檁托支點采用全站儀進行了空間位置測量。共得到空間三維數據 個。用這些數據重新建立了三維模型，并與原三維模型進行對照。用此辦法來確定了每一個檁托母座的長度。
檁托是一個連接屋面檁條的
連接件，由
鋼材機械加工制成，在主體鋼結構上焊接母座后，檁托旋入母座。檁托的高低尺寸可以通過旋入母座的多少進行適量調節，這可以吸收由于主體鋼結構引起的部分偏差。檁托安裝（如圖2.2.5）
檁條為Φ121×5的鋼管，安裝在檁托上，并且通過U型抱箍
緊固件連接固定。在檁條接口位置，檁托上兩個U型抱箍分別固定兩支檁條。檁條的安裝示意（如圖2.2.4）
由于本項目的特殊性，所決定每一根檁條都是弧形的，而且弧形半徑的無規律的變化，半徑的大小是根據空間模型的尺寸確定的，必須在工廠加工成形后運入現場進行安裝 。由于在安裝過程中如果按焊接節點將會出現很大焊接應力，使檁條的形狀改變，無法順滑的擬合外形，為避免上述的問題我們采取了無焊接的節點設計，用機械聯接的辦法解決實際問題。
2.3 底層硬質防水板、防潮、隔聲、
保溫層的設計：
2.3.1 屋面底板的做法有很多 ，可以用軟防水、用
壓型鋼板以及聚安脂硬泡等。但由于本工程的金屬屋面為不規則的雙曲面，這些做法都無法解決雙曲扇形面伸縮變形的問題。采用1.5mm厚的鍍鋅鋼板不但解決了扇形排版問題，同時也為安裝過程中施工人員提供了可靠的安全踏板，避免在施工時損壞下層底板。
根據我們的多年生產異型雙曲金屬屋面的經驗，結合本項目的特點，我們在金屬屋面系統的外層，選用高直立鎖邊鋁鎂錳金屬面層防水板，在底層采用1.5mm厚的鍍鋅鋼板做底層的防水層，用雙層防水的方案來確保屋面系統的防水性能。
為了保證二次防水和提高鋼板的平面外剛度，在節點設計時確定了在左右兩塊鋼板之間折直角邊，并加蓋“Ω”型鋼槽（如圖2.3.1）。上下兩塊鋼板在安裝時上板壓下板邊180mm，來保證其防水性能。（如圖2.3.3）
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