本文作者：王德勤 张 洋 陈启明 廉洪波
1 引言
现有建筑造型已经呈现多元化的发展方向，一些新派建筑师不满足于设计中规中矩的建筑形式，许多极富视觉冲击力的建筑越来越多的呈现在我们面前。幕墙作为建筑的外饰层，如何实现建筑创意甚至如何将建筑的语言表达的更加透彻，已经是许多幕墙公司必须面临的问题。
曲面建筑，特别是双曲面的建筑造型越来越多的应用在许多国内外建筑造型中。以往只是作为建筑造型中的个别单体，现在已经大范围的应用到整个建筑造型中。新型的计算机技术已经完全可以满足幕墙的造型设计需要。
1.1
鄂尔多斯博物馆工程概况：
鄂尔多斯博物馆位于鄂尔多斯市康巴什新区，规划建设用地面积为27760㎡，总建筑面积41227㎡，总高度39.8m，是一座集文物展陈、收藏及博物馆文化局办公室，地下一层、地上四层（办公区八层）的大型综合性建筑，使用年限为100年。 鄂尔多斯博物馆项目由MAD建筑事务所完成建筑设计，山西建筑设计研究院完成施工图设计。
鄂尔多斯博物馆的建筑设计，展览陈设和科技项目均定位于国际水准，无论是建筑空间、展区规划、展览主题选择还是对展品、展项的具体设置，都秉承“绿色、科技、人文”的宗旨。建筑造型寓意一块坚固的石头，象征永恒，古铜色的金属外表面记录着鄂尔多斯悠久的文化，展现着鄂尔多斯开创未来的创新精神。整体建筑效果见下图示意：（如图1.1）
整个建筑的外立面是由不规则的双曲面构成，顶部有四个斜向
玻璃天窗，在办公区也设置有两个斜向的采光天窗，主次入口造型的变化十分复杂，观众通过逐渐收缩的喇叭口进入建筑，两侧的铠甲状
不锈钢板能给人以穿越时空的感觉。（如图1.2-4）
1.2 工程基本特点：
本工程幕墙与
金属屋面部分几乎全部是双曲面，而且曲面并无规律。如何控制好建筑的造型，实现建筑师的预想，是工程的关键。以往常规的图纸表述方式：平面图、立面图、剖面图不能准确表达
异型幕墙的要求。
由于外部的建筑造型所致，该项目的金属屋面部分与
建筑幕墙部分没有一个明确的分界线。如果标准区分就是与水平面大于75°的为建筑幕墙，小于75°的为屋面。幕墙与屋面从节点设计到
强度计算以及材料的使用，都有着很大的差异。为确保项目的安全性能和使用性能，我们在设计中根据本工程项目的实际情况进行整体设计，不论是幕墙还是屋面、
采光顶将其有机地结合在一起，综合考虑技术指标。
2 异型金属屋面的设计
2.1金属屋面系统的构造
鄂尔多斯博物馆建筑的整体外形是由多个不规则的双曲面体形有机顺滑的集合成一个不规则的异型体。主体结构为
钢结构支撑系统，其表面大部分为金属屋面和铝
装饰板（带）所覆盖，整体造型在柔顺中能透出刚毅。这种类似的建筑在国内是极为少见的。
由于其体型和功能的要求，对金属屋面来说，其设计与施工的难度很大，必须结合实际工程情况采取特殊的、能够适应本项工程的结构，节点设计和施工工艺方案才能顺利完成本项工程。本工程屋面系统的构造如下：（自下而上）
主体支撑钢结构；檩托，可进行双向调整的连接机构；檩条，Φ121×5的弧形钢管；硬
防水板，底层硬质防水
镀锌钢板（厚度为1.5mm）；防潮层，聚乙烯防潮隔层；隔声层，
玻璃纤维增强
硅酸钙板；防水板T型支座系统；
保温层，双层50mm保温棉；
防水透气膜；铝镁锰金属屋面板，厚度为0.9mm，高直立锁边；
转接件，
铝合金材质的连接装置；弧形铝支撑管，Φ40×3的弧形
铝管；转接件，铝合金材质的连接装置；面层
铝合金装饰板，厚度为3mm
铝板，表面按建筑要求的颜色进行
氟碳喷涂。（如图2.1-2.1.2）
从节点图中可以看出，本项目的金属屋面部分的
支承结构为分三层——主体支撑异型钢网壳结构，在此之外为钢檩条，作为主结构的次龙骨，屋面板等功能材料是依附在次龙骨之上的，第三层支承结构是直立锁边金属屋面板外部的弧形铝管檩条，是最外层铝板装饰带的支撑结构。
依附在支撑结构上，能起到各项功能作用的
板材、膜材共有七层---最外层为铝合金装饰层、铝镁锰金属面板层、防水透气膜层、保温棉层、硅酸钙板隔声层，聚乙烯防潮层、底层为镀锌钢板硬防水层。每一层都有着相应的功能，同时每一层也都有它特殊的工艺特点，这就需要整体设计中全面综合的考虑每一部分设计方案。
2.2檩条与主体钢结构的连接设计
鄂尔多斯博物馆的主体支撑钢结构，是一个由异型钢管网壳和异型钢管桁架共同组成的空间网壳结构。（如图2.2.1）其外形及为复杂，这就造成在空间网壳施工中很难控制其安装精度，出现外形尺寸偏差较大的现象。
为能保证屋面安装后的外形尺寸，必须在安装次檩条时将主体结构偏差调整到外形尺寸允许的范围之内。在设计时我们根据现场的实际情况采取了按
实际尺寸调整檩托母座的张度，使檩条在安装后的空间位置保持在设计范围内。为了实现这一目的，我们对现场的 万个檩托支点采用全站仪进行了空间位置测量。共得到空间三维数据 个。用这些数据重新建立了三维模型，并与原三维模型进行对照。用此办法来确定了每一个檩托母座的长度。
檩托是一个连接屋面檩条的
连接件，由
钢材机械加工制成，在主体钢结构上焊接母座后，檩托旋入母座。檩托的高低尺寸可以通过旋入母座的多少进行适量调节，这可以吸收由于主体钢结构引起的部分偏差。檩托安装（如图2.2.5）
檩条为Φ121×5的钢管，安装在檩托上，并且通过U型抱箍
紧固件连接固定。在檩条接口位置，檩托上两个U型抱箍分别固定两支檩条。檩条的安装示意（如图2.2.4）
由于本项目的特殊性，所决定每一根檩条都是弧形的，而且弧形半径的无规律的变化，半径的大小是根据空间模型的尺寸确定的，必须在工厂加工成形后运入现场进行安装 。由于在安装过程中如果按焊接节点将会出现很大焊接应力，使檩条的形状改变，无法顺滑的拟合外形，为避免上述的问题我们采取了无焊接的节点设计，用机械联接的办法解决实际问题。
2.3 底层硬质防水板、防潮、隔声、
保温层的设计：
2.3.1 屋面底板的做法有很多 ，可以用软防水、用
压型钢板以及聚安脂硬泡等。但由于本工程的金属屋面为不规则的双曲面，这些做法都无法解决双曲扇形面伸缩变形的问题。采用1.5mm厚的镀锌钢板不但解决了扇形排版问题，同时也为安装过程中施工人员提供了可靠的安全踏板，避免在施工时损坏下层底板。
根据我们的多年生产异型双曲金属屋面的经验，结合本项目的特点，我们在金属屋面系统的外层，选用高直立锁边铝镁锰金属面层防水板，在底层采用1.5mm厚的镀锌钢板做底层的防水层，用双层防水的方案来确保屋面系统的防水性能。
为了保证二次防水和提高钢板的平面外刚度，在节点设计时确定了在左右两块钢板之间折直角边，并加盖“Ω”型钢槽（如图2.3.1）。上下两块钢板在安装时上板压下板边180mm，来保证其防水性能。（如图2.3.3）
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