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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構件系統的設計中，嘗試通過一體成型鋁殼骨架+蜂窩石材面板+連接鋁鑄件的組合形態，在能夠適應多種石材造型構造需求的同時，并滿足經濟、輕盈、美觀、耐久和結構穩定的需求，在加工組裝和施工安裝方面凸顯優勢。
關鍵詞：遮陽構件，石材，異形，鋁鑄件，加工
1 前言
在建筑形態多元化和綠色節能化發展的今天，伴隨著眾多建筑外裝飾遮陽系統和遮陽材料的應用，其中石材的應用受限于耐久性和安全性，蜂窩石材復合裝飾面板成為兼顧美觀和安全性的主要選擇，但由于現有鋁蜂窩復合材料的復合工藝限制，蜂窩石材面板對于大尺寸和空間異形形態的適應存在局限。
在大尺寸異形石材遮陽構件系統設計中，變換傳統拼接骨架+蜂窩石材面板的設計思路，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 石材遮陽構件系統
作為“深圳市新時代十大文化設施”之一，深圳美術館新館、深圳第二圖書館(簡稱“兩館”)見圖一，外覆魚鱗狀交錯排布梭形蜂窩石材遮陽構件(見圖二、圖三)。主要形態單個3D石材遮陽構件外觀尺寸達到4085x480mm，石材面為鋼刷面石灰巖，兩端連接于間距2800mm鋁合金（詞條“鋁合金”由行業大百科提供）立柱。
3 石材面板與骨架連接
3.1 面板拼接及連接
遮陽構件整體主要由6片蜂窩石材面板組成(見圖四)，異形多角度拼接斷面對于板材切割工藝有較大的挑戰。
面板采用20mm蜂窩芯+5mm厚石材面，2mm縫隙密拼接，采用專用調制石材密封膠填縫，保證外觀一致性;通過25顆M8異形預埋螺母與骨架形成機械連接。如圖3、圖4所示。
蜂窩石材背栓布置間距≤400mm，通過長邊400mm、短邊300mm近似模型計算得出，單顆背栓（詞條“背栓”由行業大百科提供）抗拉承載力設計值為：Nv.b=1.047kN。
3.2 背栓抗拉承載力測試，質量控制
通過多組破壞性抗拉承載測試(圖五所示)，得到荷重-位移曲線關系圖，通過測試結果可以看到背栓最大承載力可以達到5kN以上;在0.6mm變形位移范圍內，即可滿足承載力設計值;測試結果如圖六所示。
實際生產質量控制，每100塊石材隨機抽取5塊試件進行拉力測試。并記錄每一批次生產過程抽檢照片數據形成質量管控二維碼，粘貼至構件上運抵現場。
4 石材骨架連接構造
4.1 骨架構造方案對比
方案一：龍骨采用8~12mm鋁合金板和角碼，全鋁焊接成型(見圖七)。
優缺點：構造清晰，但組裝空間定位和鋁焊接質量要求極高，不易控制石材面拼接平整度，難以實現穩定批量化的組裝生產流程。
方案二：龍骨采用開模（詞條“開模”由行業大百科提供）鋁合金型材，連接件采用鋁合金鑄造件與型材（詞條“型材”由行業大百科提供）腔體連接，從而適應空間連接角度，再通過鋁合金夾板、角碼+螺釘（詞條“螺釘”由行業大百科提供）連接成形(見圖八)。
優缺點：螺釘機械連接，型材加工拼接對空間尺寸定位較為精確，但組裝工藝機械連接螺釘用量巨大，人工成本較高，同時理論計算難以模擬骨架真實的強度;夾板厚度對于蜂窩芯面板有一定侵蝕較，對面板強度有一定程度削弱。
方案三：龍骨及加強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螺栓與鋁殼骨架連接(見圖九)。
優缺點：通過精確裁切鋁板，一體折邊成形空間鋁殼，更易于控制空間尺寸和平整度;鋁肋板加強筋、鋁鑄件連接件與鋁殼采用螺釘、螺栓機械連接，穩定可靠，易于批量化加工組裝生產和精度控制;對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構分析
選用方案三全鋁殼骨架，通過ANSYS有限元分析，選取立面轉角區域標準石材遮陽構件，正、負風壓組合設計值作用下，局部最大應力（詞條“應力”由行業大百科提供）分別為：80.6MPa、95.4MPa，(見圖十)滿足強度設計值：100Mpa;正、負風壓組合標準作用下最大撓度變形分別為：7mm、7.8mm，滿足撓度限值：9.7mm(見圖十一)。
5 遮陽構件加工組裝工藝
遮陽構件加工由深化加工模型為指導，主要由鋁板殼骨架、加強鋁肋板、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、切割以及拼裝過程(見圖十二)，為整個工藝流程中的重難點。
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，攤平展開形成準確的輪廓尺寸，再根據模型角度折彎成殼體;為保證整體強度，折邊不刨槽;成型后的尺寸通過靠模和量角器檢測保證殼體尺寸精度(見圖十三)。
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(見圖十四)。
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，整個切割過程需嚴格控制面板精度，也是面板加工工藝中的重難點(見圖十五)。
5.4 石材構件組裝
蜂窩石材面板與鋁殼復合，主面板通過背栓與鋁殼形成機械連接，背板通過沉頭螺釘/結構膠粘接，拼縫處和周邊采用石材密封膠密封;同時在石材低位角部，鋁殼和背板粘接處，預留35x6mm排水洞口，防止內部積水(見圖十六)。
5.5 現場安裝效果
6、結語
在大尺寸異形石材遮陽或裝飾構件系統設計中，鋁板一體成形骨架+蜂窩石材面板構造思路，能夠有效地提高異形骨架面板拼裝精度和可靠性，并適應多種造型，極大的促進了生產組織和加工效率，同時精確地孔位，對外觀精度質量控制和現場安裝效率有很大的提升，在實際加工組裝過程中對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
[1] 中華人民共和國建筑行業標準.建筑裝飾用石材蜂窩復合板：JG/T 328-2011[S].
[2] 中華人民共和國國家標準.GB/T 15114-2009：鋁合金壓鑄（詞條“鋁合金壓鑄”由行業大百科提供）件[S].
作者單位：深圳市三鑫科技發展有限公司
