什么是双曲铝板？为什么让设计师爱不释手，建模师却恨的牙痒？

#冬日生活打卡季#

东方明珠想必大家都不陌生

从1994年建成至今

一直是上海的地标建筑

东方明珠标志性的五个球体

幕墙材料用的就是双曲铝板

今天就带大家深度了解一下

什么是双曲铝板以及其工艺与施工

01.

什么是双曲铝板

双曲铝单板又称曲面铝板

是以铝单板为基材

根据两种不同的弧线曲率

经裁剪、折边、弯弧、焊接

加筋、打磨、喷涂等多道工序

加工而成的拥有两个曲面的铝单板产品

△双曲铝板样品示意

双曲铝单板是铝单板的一种

与之相对的是单曲铝单板

常见的波浪形铝板就是单曲铝单板

△单曲铝板

双曲型是指两种不同的圆弧重叠在同一表面上

形成两个独立的曲面

或者也可以这样理解

双曲铝单板就是水平和垂直方向

都是弯的造型铝单板

根据曲率、形状的不同

常见的有球形、半球形、扭曲

双弯曲、单弯曲等不同双曲率单板

【产品规格】

常规平板规格：600*1200mm，600*1500mm，1000*2000mm等

最大平板规格：1200*2400mm(其他更大规格可焊接加工)

常规厚度：2.0-3.0mm

最大厚度：5.0mm

【材料特性】

1. 性能：具备与铝单板同样的优质性能，质量轻、刚性好、防尘防潮、防火耐磨，使用寿命长；

2. 纹理：表面纹理、色彩可选多样，装饰效果好；

3. 表现：造型多变，展现设计曲线之美；

4. 施工：结构设计人性化，装卸方便，便于安装施工；

5. 维护：维修更换方便，可改造型强；

6. 温度应力小，与其他材料：玻璃、金属、石材等以柔性材料与框体连接，可以减少温度变化对结构产生的温度应力。

02.

双曲铝板加工工艺

双曲铝板是一种预制板材

需要在工厂预制成型后

在现场根据图纸进行拼接

所以双曲铝板对于工厂预制精度要求很高

△工厂预拼装双曲铝板示意图

常见的双曲面铝单板加工成形方式

大致有以下几种：

胎膜拉伸成形

机械金属模一次性冲压成形

利用多点成形压力机成形

柔性辊压三维成形

现场成形等等

接下来就展开说说：

【胎膜拉伸成形】

是最常见的双曲面金属板的加工方式

首先根据设计需求制作胎膜

其次将铝板利用胶皮拉伸固定在胎膜上

工人敲击铝板

使得铝板更加贴合模具

待内应力消除后

裁除残缺边角

即可得到设计所需的曲面板材

△固定胎膜整体拉形示意

固定胎膜通常为木材、塑料、钢材等

胎膜拉伸成形的特点

适用于大批量，同曲率铝板的成形

成形速度快，精度高

缺点是，胎膜制作费用高

不适用于小批量多品种曲率的金属件

△木材胎膜拉型

多点拉型膜的模具由离散的点组成

这些离散点位置可调

能够实现模具重复利用

产品误差小，但成本高

适用于小批量生产

△多点拉型模示意与实机图

【机械金属模一次性冲压成形】

金属模具一般分为上模与下模

利用机床液压一次性压制成型

一次性制作好模具

可以实现大批量生产

但因模具制作周期和费用的限制

不适合于小批量异形件成形

△机床金属模冲压示意图

机床模具还可以采用多点成形模具

能够实现复杂曲面金属板的一次成型

对产品的批量及数量没有很大要求

将模型导入电脑

可以很快地实现全自动化生产

产品精度高

但机床设备昂贵，国内少见

【柔性辊压三维成形】

其特点是工作辊轴线可以弯曲

而且弯曲的形状可以根据需要进行控制和调整

待成形件夹持于工作辊之间

工作辊在驱动机构作用下同步转动

带动工件产生进给运动

使工作辊滚压板料

从而使板料产生纵向与横向塑性变形

可适用于多种复杂曲面造型的铝板成形

但设备价格昂贵，设备维护、调教成本也高

【现场成形】

现场成形适用于半径较大的铝单板

首先利用软件计算背筋数据

对每块铝板挂点进行定位

安装钢筋龙骨支撑背筋

在关键节点安装弧形铝管作为“靠尺”

随后调整、固定铝板贴合“靠尺”

这种方式可以节约大量制作成本

但对现场施工安装质量要求很高

03.

安装施工要点

双曲铝板的安装施工

说起来非常简单

首先三维建模

计算好铝板的规格与位置

在工厂预制好铝板

然后现场施工匹配龙骨与模型坐标点

把预制好的板材安装固定到金属龙骨上

△双曲率单板固定龙骨

但有时候建成效果为什么会一言难尽呢？

MAD设计的哈尔滨根雕博物馆

就是典型的双曲面翻车案例

效果图无限美

然而建成实景却……

△哈尔滨根雕博物馆效果图

△建成后实景照片

看了实景照之后

用翻车来形容一点都不过分

翻车原因就是建模不精确

双曲铝板在计算阶段就出了差错

建成效果怎么可能完美呢

更常见的“翻车”案例则是下图这种

铝板在拼接时出现了明显的凹凸不平

它翻车的原因就不能怪建模了

现场龙骨的搭建和

实际建模龙骨的坐标位置有偏差

铝板安装上去的时候

只能通过敲打变形来匹配龙骨

所以出现了凹凸不平的情况

所以双曲铝板施工工艺说起来不复杂

但每个环节都需要非常专业的人员支持

才能够实现高还原度的建成效果

04.

材料案例

【东方明珠电视塔】

东方明珠代表性的标志

五个金属球的表面材料

就是典型的球形双曲铝板

【国家速滑馆“冰丝带”】

场馆造型灵感来自于圆润的冰壶

与运动员在冰面训练的冰痕

如同“冰痕”一般的外幕墙像一条条丝带

由金属铝板、玻璃幕墙组成

整个幕墙包含3800余块玻璃

6500块铝板

其中异形铝板达到了铝板总量的1/3

双曲铝板和双曲玻璃也达到1400余块

△施工过程

【呼伦贝尔海拉尔机场】

设计引入独特的结构形式

框架柱在二层呈双V形斜撑支撑屋面

柱、吊顶、屋面结构有机结合

消融垂直界面与水平界面的界限

主体结构、屋面、内装整合成两跨的基本单元

以屋面网架结构的尺寸作为基本模数

对铝板的曲率、曲面进行分析和归类

△施工过程

△屋面单元模块拆解

【济青高铁红岛站】

屋顶浪花双曲面铝板幕墙系统

其双曲面铝板幕墙板块有3万余块

面积达80000㎡

浪花铝板幕墙采用全BIM建模

前期对整个铝板幕墙

进行了虚拟化建造和预拼装

施工难度和工艺要求极高

△“浪花”屋面手绘设计图

△双曲面铝板龙骨构造系统BIM模型

△双曲面铝板连接构造BIM模型

△双曲铝板安装施工现场

【望京soho】

望京soho是扎哈·哈迪德在中国的重要代表作

贯彻了扎哈的一贯风格

整体建筑以曲线编织成三座“山”

立面铝板幕墙大部分采用平面铝板

仅在端头转角的地方运用双曲铝板

雨棚则由弧型铝板和平面铝板拼接

降低了施工难度和用料成本

【中国黄海湿地博物馆】

项目由旧的火车站改造而成

改造设计保留下部混凝土结构

拆除现有网架

新增钢结构桁架屋面满足使用需求

采用大跨度桁架加强网壳结构

在不动原有结构及基础的条件下实现屋顶造型

△幕墙系统拆解

△节点大样示意

【其他小型建筑】

除了机场火车站等大型公建

双曲铝板在很多小型建筑的曲面幕墙中

也有出彩的表现

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