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提要：本文以貴州六枝地宗礦洗煤廠的三線建設博物館項目為列，介紹了一種新型裝配式金屬板塊，適用于金屬屋面、鋁板幕墻。其特點是整體板塊即有內(nèi)、外裝飾性，又有高性能的防水、保溫、隔氣、隔聲、防潮等各項外圍護結構所需要的物理性能指標。板塊可在工廠加工制作便于對板塊的加工質(zhì)量和精度的控制。在內(nèi)容中介紹了金屬板塊的關鍵節(jié)點技術，“錯位式兩道防水構造”解決了由于板塊變形所引起的防水難題，并用實際例子進行了解析。
關鍵詞：裝配式金屬板塊， 錯位式兩道防水構造，金屬板屋面。
1、引言
中國貴州六枝特區(qū)，中國的煤都，是當年中國西南大三線的中心，上世紀六十年代伴隨大三線決策開發(fā)貴州六盤水能源鋼鐵，為大三線第一個主要基地!在當年，六枝特區(qū)就是設在貴州郎岱縣。后來六枝特區(qū)、盤縣、水城三地合并而來為現(xiàn)在的六盤水市，是貴州省地級市。沒有大開發(fā)前，這里是少數(shù)民族聚居的高山苦寒之地。
嗚呼，六枝記憶不是空話，確實是大三線人一代代永恒的記憶，包括我個人在內(nèi)當年跟隨父母進入貴州大三線的軍工廠。無意中的巧合與傳承，今天看見六枝初步建設的大三線博物館，新建筑與老礦洗煤廠的天衣無縫巧妙對接，讓歷史告訴未來，總算平和一下已經(jīng)逝去的歲月和難以平息割舍的內(nèi)心…
“這是一個與眾不同的博物館，要用最現(xiàn)代的表現(xiàn)手法展示當年的建設者們在大三線的奮斗精神，展示那塊土地的自然和人文的變遷史”這是惟邦國際建筑設計集團的著
名建筑設計師汪克先生對我說的第一句話,他是這個博物館的創(chuàng)意設計者又是項目的組織實施者。由于我個人的“三線”情節(jié)，能夠全身心的參與到這個項目中來，想想此事都感到熱血沸騰啊!
我是地道的三線子弟，我的父母也和那里的建設者們一樣，是在那個火紅的年代，響應黨和毛主席的號召“好人好馬上三線，備戰(zhàn)備荒為人民”，從東北的大城市帶著我們這些年幼的子女，克服了種種困難，進入了貴州的大山深處。他們風餐露宿，靠肩扛人挑用血汗乃至生命建起了一個又一個的三線工廠;我清楚地記著，在當年的三線建設中常聽到這樣一段話：“為了能建設好大三線我們要貢獻一切力量!獻了青春獻終身，獻了終身獻子孫”多么豪邁的誓言!當年的建設者們硬是在貴州的大山深處，在那個偏僻落后的蠻荒之地用這種精神，靠他們的雙手創(chuàng)造出了一個又一個的奇跡!
我的少年時代就是在那里度過的，我對三線工廠有著深厚的情感。能有這樣的一個機會，能為當年的三線建設者，我的父輩們建立一個博物館，讓三線“不怕困難，甘于奉獻”的精神繼續(xù)發(fā)揚和傳承我當然是義不容辭了。看了汪克先生的建筑設計方案，更感到振奮。這是一個超現(xiàn)實主義的設計，在這一片老舊廢棄的洗煤礦廠上，用現(xiàn)代建筑的手法，以幾何形狀抽象的表現(xiàn)了過去和現(xiàn)在。這群有著鮮明個性的建筑在周圍群山的襯托下，為在當年國防建設做出巨大貢獻的老三線工廠增添了新的生命。
2、博物館工程概況
地宗礦洗煤廠、六枝記憶三線建設博物館項目總用地面積：143494m2(合215畝),
總建筑面積24848m2,其中一期總用地面積23342m2(合35畝),總建筑面積8652m2。
一期為主題博物館：包含有碗型影院、接待中心、飛行影院及三線建設博物館。利用原有建筑進行改造。設計理念是修舊如舊，保護工業(yè)遺產(chǎn)。
接待中心：建筑面積1026㎡，位于園區(qū)的入口處，通過接待中心可以問詢了解園區(qū)的情況，有效引導游客進入園區(qū)。
碗型影劇院：建筑面積1800㎡，碗型環(huán)幕投影視覺寬闊，360度空間成像表現(xiàn)，極具立體感，其以高新科技展示投影影像，時尚震撼。
三線建設博物館：建筑面積3230㎡，主要是征集、典藏、陳列和研究三線時期代表人員和建設的工業(yè)遺產(chǎn)的實物場所。
飛行影院：飛行影院建筑面積266㎡，整個畫面布滿球體，六聲道的立體聲效果，影廳內(nèi)的動感平臺，是集液壓、電器自動化控制、計算機動畫為一體的高科技系統(tǒng)工程。
六枝記憶·三線建設產(chǎn)業(yè)園位于六枝特區(qū)地宗礦洗煤廠， 這里貴昆線及株洲至六盤水復線鐵路穿境而過，貴陽至煙堆山公路、水城至黃果樹高等級公路以及六枝至納雍公路貫穿全區(qū);六盤水經(jīng)六枝至鎮(zhèn)寧高速公路已全線開通，將六枝至貴陽的時間縮短為2個半小時;畢節(jié)至興義高速公路納雍經(jīng)六枝至晴隆段也即將建設;六枝主城區(qū)距安順、六盤水機場均為60公里。
2.1接待中心，是一個正在舞動的菱形立方晶體
主體結構采用了型鋼制作，使其形成三個大小不同方向各異，又相互連接相互依附，穩(wěn)定的菱形結構整體。實現(xiàn)了在靜定的支承結構體上表現(xiàn)出極富動感的外觀形態(tài)。(圖2.1~2.2)
當今的建筑造型已經(jīng)呈現(xiàn)多元化的發(fā)展方向，建筑設計已不滿足于中規(guī)中矩的建筑形式，許多大型和超大型的、凸顯個性極富視覺沖擊力的建筑外形越來越多的呈現(xiàn)在我們面前。
建筑的立面、屋面部分也都能利用外飾層作為建筑設計思想的載體，展示著建筑藝術的魅力。該項目就是利用了新型材料發(fā)泡鋁板在屋面上變化的幾何圖案分布來實現(xiàn)夢幻動態(tài)的效果。 (圖2.3)
近年來，由于建筑幕墻和金屬屋面的設計方法和技術手段有了不斷提高，bim和計算機三維設計軟件的應用，已經(jīng)完全可以滿足各種異形金屬屋面的造型設計需要。
如何更好的實現(xiàn)建筑創(chuàng)意，如何在將建筑的語言表達的更加透徹的同時，還能保證屋面的各項物理指標和使用性能，這已經(jīng)是許多幕墻公司和幕墻設計師們必須面臨的問題。
2.1.1 接待中心的外圍護采用了板塊裝配式金屬屋面板
該項目的金屬屋面、鋁板（詞條“鋁板”由行業(yè)大百科提供）幕墻的金屬板塊，就是由外飾面層為3mm厚鋁單板，表面采用氟碳噴涂（詞條“氟碳噴涂”由行業(yè)大百科提供），內(nèi)裝飾層采用2mm厚穿孔鋁單板，表面采用粉末噴涂。內(nèi)外層之間夾有防水透氣膜、保溫棉、無紡布等，由鋁合金龍骨支承并連接內(nèi)外層鋁板，使其形成即有內(nèi)、外裝飾性，又有防水、保溫、隔氣、隔聲、防潮等各項金屬板幕墻和金屬屋面所需要的物理性能指標，易于裝配的金屬板塊系統(tǒng)。
這種板塊的最大特點是，板塊全部在工廠加工制作，便于對板塊的加工質(zhì)量和精度的控制。特別是對表面圖案拼接精度的控制提供了保障。在施工現(xiàn)場只進行板塊的裝配式吊裝。板塊裝配到位后在完成建筑立面和屋面的使用功能的同時，能一次性完成外飾效果和內(nèi)裝飾效果。不用再對室內(nèi)、外進行面層裝飾就能投入使用，能節(jié)省大量的裝飾費用和施工工期。(圖2.1.1a~2.1.1c)
2.1.2 發(fā)泡金屬鋁板為屋面板的裝飾面層
隨著新材料新工藝的不斷創(chuàng)新，給了建筑幕墻的裝飾面層以更加豐富的選擇空間。本博物館接待中心的菱形立方晶體表面采用了大盲孔發(fā)泡鋁板，在板塊裝配式金屬屋面外層鋁板上拼貼出能充分反映建筑藝術風格的模塊式的圖案。建筑師嫻熟的運用發(fā)泡鋁板表面豐富的機理去表現(xiàn)那充滿歲月滄桑的質(zhì)感。
在發(fā)泡鋁板的安裝節(jié)點設計中考慮到基材為鋁金屬材料，可與硅酮結構膠相容，將其與基層的氟碳噴涂鋁單板進行粘接（詞條“粘接”由行業(yè)大百科提供）定位。但考慮到接觸面以及環(huán)境、耐久性等因素
對粘接可靠度（詞條“可靠度”由行業(yè)大百科提供）的影響，我們在發(fā)泡鋁板與鋁單板之間又增加了不銹鋼種焊螺釘進行可靠的機械連接。(圖2.1.2a~c)
發(fā)泡鋁板產(chǎn)品用在面層的裝飾上也是一種對新材料裝飾應用的嘗試，在安裝完成之后我們發(fā)現(xiàn)屋面發(fā)泡鋁板隨著環(huán)境光線的和色溫的變化，外飾效果有著明顯的變化。亮的部分會更顯亮，暗的部位也更加柔和。這種效果可能是由于發(fā)泡鋁板內(nèi)孔洞光線效應所產(chǎn)生的意外效果吧。(圖2.1.2d~e)
2.1.3 接待中心的內(nèi)裝飾造型采用仿木鋁方通
接待中心的內(nèi)裝飾造型采用仿木鋁方通，將鋁方通的兩端按照一定的排列順序和規(guī)律分別固定，使其多條直線的方通形成了美麗的空間曲面，有效的實現(xiàn)了接待中心內(nèi)部使用功能區(qū)域分割的難題。
特別是由多根仿木紋鋁方通線條組成的空間曲面與通高的落地大玻璃想結合，又有布設在頂部的點光源開啟窗的光線呼應，切合主題簡潔實用為接待中心的內(nèi)部增添了動感。
3、板塊裝配式金屬屋面板的設計
由于建筑效果的要求，使得該項目在中各種角度金屬屋面有明顯的界限。在設計中，為了能很好地實現(xiàn)陰陽角（詞條“陰陽角”由行業(yè)大百科提供）的轉折效果和物理性能的實現(xiàn)。在每塊平板板塊之間采取了特殊的鏈接形式。(圖3a~3b)
3.1 內(nèi)、外裝飾性與建筑物理性能的有機結合
建筑的裝飾面層是一個能夠有效的展示建筑設計思想的載體，裝飾面的本身對于建筑物的各項物理性能沒有直接的要求，面層與功能層可以是各自獨立的兩套系統(tǒng)。也可以是相互有機結合的一個整體。只要能在保證建筑物各項物理性能的基礎上實現(xiàn)了建筑的裝飾效果就視為可行。
裝配式金屬板塊，是指由3mm厚鋁單板作為外飾面層，表面采用氟碳噴涂，內(nèi)裝飾層采用2mm厚穿孔鋁單板，表面采用粉末噴涂。內(nèi)外層之間夾有防水透氣膜、保溫棉、無紡布等，由鋁合金龍骨支承并連接內(nèi)外層鋁板，使其形成即有內(nèi)、外裝飾性，又有防水、保溫、隔氣、隔聲、防潮等各項金屬板幕墻和金屬屋面所需要的物理性能指標，易于裝配的金屬板塊系統(tǒng)。(圖3.1a~3.1b,圖2.1.1c)
3.2 雙層防水構造外圍護的設計方案
為了確保板塊之間的縫隙(膠縫)，能在各種工況的狀態(tài)下實時保證其在設計時要求的氣密、水密等各項物理性能，要對支承體系和裝配式金屬板塊進行相對位移的分析以及結構與結構之間的溫度變形情況的分析:
主體結構支承的球形網(wǎng)架結構與屋面的支撐龍骨均為鋼結構材料，并在一個溫度場內(nèi)。所以，在溫度荷載的作用下其相對變形量很小，可視為不產(chǎn)生相對位移量。
板塊與結構之間是在兩個不同的溫度場內(nèi)，又是不同的結構體系，不同線膨脹系數(shù)的材料。其相互之間會出現(xiàn)多種情況下的位移。在節(jié)點設計時要充分考慮到，連接節(jié)點在有連接固定作用的同時，還要能夠適應其相互之間在三維方向上的變形位移量。
板塊與板塊之間由于是分別固定在各自的支承龍骨上，每個板塊自身在外部條件的作用下會出現(xiàn)尺寸上的變化。最終將會反映在板塊之間縫隙的尺寸變化。
3.2.1 以實際工程為例，對面板材料的溫度變形進行分析：
博物館接待中心項目的金屬屋面?zhèn)�別板塊分割尺寸較大,在不考慮其它因素，只考慮溫度變化對其影響，進行分析計算如下：
對受陽光直射的外層鋁合金屋面板，取100℃為最大溫度差值;標準板塊尺寸為 2000mmX3000mm ;最大菱形板塊的對角線尺寸為4100mmX2000mm ; 按照《鋁及鋁合金軋制（詞條“軋制”由行業(yè)大百科提供）板材》(GB/T 3880)
常用建筑材料的熱膨脹系數(shù)（單位X10-6/℃）表
計算：工程項目在貴州，屬夏熱冬冷地區(qū)。鋁板長度取值為3000mm。假設屋面鋁板外表面最大溫度差為100℃，則室外鋁板
假設屋面室內(nèi)、外鋁板尺寸參數(shù)相同;由于室內(nèi)側鋁板與室外側鋁板之間增加保溫層，按保溫能效計算得知內(nèi)側表面最高溫度為30℃，冬季室內(nèi)不采暖，室內(nèi)最低溫度為2℃，則室內(nèi)鋁板最大溫差為28℃.
這也就是說在一塊板塊內(nèi)，由于溫度變化所引起的外層板和內(nèi)層板的最大尺寸變形差為5.15MM，板塊的尺寸越大變形差也就越大。這就要求在板塊的構造設計時要充分考慮到這方面的影響。要在內(nèi)、外板塊連接部位有允許其平面內(nèi)變形的構造。這才能保證屋面系統(tǒng)在工作狀態(tài)時保證其各項物理性能。
3.2.2、雙層防水構造溝節(jié)點設計方案
從以上的計算中可以看出，在金屬屋面板塊受到溫度變化的影響時，在板塊與板塊之間的接縫處會出現(xiàn)較大的尺寸變化。通常我們在接縫處是采用硅酮密封膠來保證氣密、水密性能的實現(xiàn)。如果按照常規(guī)的鋁板幕墻的構造形式已經(jīng)無法滿足接縫處密封的要求。為了能很好地適應其尺寸變化，在采用了大變位硅酮密封膠的同時，在外層板塊接縫處采用雙膠縫來增大其變位能力。(如圖2.3.a~b
在保證其防水性能方面，設計了“錯位式兩道防水構造”。也就是在安裝過程中，在板塊定位好之后在板塊厚度方向的中部先打一道防水密封膠。并在進行閉水試驗合格后再打外層的雙膠縫。(圖2.3.2c~d)徹底解決由于板塊變形所引起的防水問題。
4、碗型影院：
碗型影劇院：建筑面積1800㎡，碗型環(huán)幕投影視覺寬闊，360度空間成像表現(xiàn)，極具立體感，其以高新科技展示投影影像，時尚震撼。碗型影劇院的外形是一個標準的橢球形狀水平分析為長軸，垂直方向為短軸。表面用異形鋁單板裝飾，有著很強現(xiàn)代感。
整個橢球體置于有著老舊滄桑感的原“地宗礦洗煤廠”內(nèi)長滿青草和各式野花的坡地上。它與老水塔、舊廠房、廢棄的傳送架等當年的工業(yè)建筑融在了一起。這充滿現(xiàn)代感的橢球與動感十足的一群幾何菱形體相互呼應，更顯博物館的神秘。
碗型影劇院橢球體是由金屬結構為主體結構支撐，通過檁托、二次弧形鋼管檁條來支承硬防水板，底層的硬質(zhì)防水鍍鋅鋼板(厚度為1.5mm)塊之間使用了鋁箔防水膠帶作為板塊之間搭接縫的防水連接層。代替了以前在硬防水防板塊之間采用“Ω”型鋼槽的做法。用聚乙烯（詞條“聚乙烯”由行業(yè)大百科提供）為防潮隔層;保溫層為80mm保溫棉;外層防水采用了厚度為0.9mm的扇形彎弧板直立鎖邊鋁鎂錳金屬屋面板和防水透氣膜;在高直立鎖邊上部安裝了Φ40×3的弧形鋁支撐管。弧形鋁管作為最外層彩色立體造型裝飾板塊的支承構件 。
我們在該項目的橢球形雙曲面金屬屋面的設計與施工中采用了多項新技術和新工藝。比如采用鋁箔防水膠帶作為二次防水層(鍍鋅鋼板（詞條“鋼板”由行業(yè)大百科提供）硬防水層)的連接密封材料;全部采用了高立邊鋁鎂錳弧形扇板作為屋面外圍護材料;采用了全溢流式環(huán)形不銹鋼排水天溝;對外裝飾板塊采用了對口插槽式節(jié)點定位安裝等等。用新的設計和工藝方法來確保建筑的使用功能。(有關該項目的球形雙曲面金屬屋面的設計與施工有單獨的文章介紹)
5、 結束語
近年來，由于建筑技術的發(fā)展和建筑形式的多樣化，各種新技術、新工藝、新材料在建筑外圍護上得到廣泛的應用。本文中所介紹的內(nèi)容和設計方案都是我在方案設計和工程實踐中的一點經(jīng)驗總結，如果能給金屬屋面和建筑幕墻系統(tǒng)設計師們提供一些有益的啟發(fā)也就深感欣慰了。
六枝記憶·三線建設產(chǎn)業(yè)園位于貴州六枝特區(qū)地宗礦洗煤廠， 在這里貴昆線及株洲至六盤水復線鐵路穿境而過，貴陽至六枝的時間只有2個半左右;六枝記憶·三線建設產(chǎn)業(yè)園距安順、黃果樹機場均為60公里。現(xiàn)在交通極為便利，
多么希望大家在看了這篇文章之后能打起行裝，到貴州的大山深處，到那個有著一絲神秘色彩的山谷里。親臨現(xiàn)場體會一下只有在那里才能感受到的神秘氣息。(圖5)我相信“三線建設博物館”一定會使您心靈震撼!讓你的思想穿梭于過去與現(xiàn)在之間，讓你與以往有著不一樣的感受!
參考文獻
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[4] 王德勤，板塊裝配式金屬屋面雙層防水構造技術解析，《中國門窗（詞條“門窗”由行業(yè)大百科提供）幕墻行業(yè)技術與市場分析報告》 ,2018—2019年度
作者單位：北京德宏幕墻工程技術科研中心
