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摘要：在建筑外装饰立面，异形大尺寸石材蜂窝板遮阳构件系统的设计中，尝试通过一体成型铝壳骨架+蜂窝石材面板+连接铝铸件的组合形态，在能够适应多种石材造型构造需求的同时，并满足经济、轻盈、美观、耐久和结构稳定的需求，在加工组装和施工安装方面凸显优势。
关键词：遮阳构件，石材，异形，铝铸件，加工
1 前言
在建筑形态多元化和绿色节能化发展的今天，伴随着众多建筑外装饰遮阳系统和遮阳材料的应用，其中石材的应用受限于耐久性和安全性，蜂窝石材复合装饰面板成为兼顾美观和安全性的主要选择，但由于现有铝蜂窝复合材料的复合工艺限制，蜂窝石材面板对于大尺寸和空间异形形态的适应存在局限。
在大尺寸异形石材遮阳构件系统设计中，变换传统拼接骨架+蜂窝石材面板的设计思路，采用一体折弯成型铝壳，作为蜂窝石材面板拼接基面和栓接骨架，极大提升了加工组装效率和整体安全性。
2 石材遮阳构件系统
作为“深圳市新时代十大文化设施”之一，深圳美术馆新馆、深圳第二图书馆(简称“两馆”)见图一，外覆鱼鳞状交错排布梭形蜂窝石材遮阳构件(见图二、图三)。主要形态单个3D石材遮阳构件外观尺寸达到4085x480mm，石材面为钢刷面石灰岩，两端连接于间距2800mm铝合金（词条“铝合金”由行业大百科提供）立柱。
3 石材面板与骨架连接
3.1 面板拼接及连接
遮阳构件整体主要由6片蜂窝石材面板组成(见图四)，异形多角度拼接断面对于板材切割工艺有较大的挑战。
面板采用20mm蜂窝芯+5mm厚石材面，2mm缝隙密拼接，采用专用调制石材密封胶填缝，保证外观一致性;通过25颗M8异形预埋螺母与骨架形成机械连接。如图3、图4所示。
蜂窝石材背栓布置间距≤400mm，通过长边400mm、短边300mm近似模型计算得出，单颗背栓（词条“背栓”由行业大百科提供）抗拉承载力设计值为：Nv.b=1.047kN。
3.2 背栓抗拉承载力测试，质量控制
通过多组破坏性抗拉承载测试(图五所示)，得到荷重-位移曲线关系图，通过测试结果可以看到背栓最大承载力可以达到5kN以上;在0.6mm变形位移范围内，即可满足承载力设计值;测试结果如图六所示。
实际生产质量控制，每100块石材随机抽取5块试件进行拉力测试。并记录每一批次生产过程抽检照片数据形成质量管控二维码，粘贴至构件上运抵现场。
4 石材骨架连接构造
4.1 骨架构造方案对比
方案一：龙骨采用8~12mm铝合金板和角码，全铝焊接成型(见图七)。
优缺点：构造清晰，但组装空间定位和铝焊接质量要求极高，不易控制石材面拼接平整度，难以实现稳定批量化的组装生产流程。
方案二：龙骨采用开模（词条“开模”由行业大百科提供）铝合金型材，连接件采用铝合金铸造件与型材（词条“型材”由行业大百科提供）腔体连接，从而适应空间连接角度，再通过铝合金夹板、角码+螺钉（词条“螺钉”由行业大百科提供）连接成形(见图八)。
优缺点：螺钉机械连接，型材加工拼接对空间尺寸定位较为精确，但组装工艺机械连接螺钉用量巨大，人工成本较高，同时理论计算难以模拟骨架真实的强度;夹板厚度对于蜂窝芯面板有一定侵蚀较，对面板强度有一定程度削弱。
方案三：龙骨及加强肋板采用铝板一体折边成形，连接件采用铝合金铸造件通过螺栓与铝壳骨架连接(见图九)。
优缺点：通过精确裁切铝板，一体折边成形空间铝壳，更易于控制空间尺寸和平整度;铝肋板加强筋、铝铸件连接件与铝壳采用螺钉、螺栓机械连接，稳定可靠，易于批量化加工组装生产和精度控制;对于铝板多道折边工艺的控制有一定难度。
4.2 铝壳连接骨架方案结构分析
选用方案三全铝壳骨架，通过ANSYS有限元分析，选取立面转角区域标准石材遮阳构件，正、负风压组合设计值作用下，局部最大应力（词条“应力”由行业大百科提供）分别为：80.6MPa、95.4MPa，(见图十)满足强度设计值：100Mpa;正、负风压组合标准作用下最大挠度变形分别为：7mm、7.8mm，满足挠度限值：9.7mm(见图十一)。
5 遮阳构件加工组装工艺
遮阳构件加工由深化加工模型为指导，主要由铝板壳骨架、加强铝肋板、蜂窝石材面板、铝铸件连接件、铝背板组成，分别在不同厂家加工，在石材加工厂整体组装成型。其中蜂窝石材面板的合成、切割以及拼装过程(见图十二)，为整个工艺流程中的重难点。
5.1 铝壳骨架
由模型Rhino&Grasshopper辅助深化加工形成铝壳、铝肋板以及螺栓孔位，摊平展开形成准确的轮廓尺寸，再根据模型角度折弯成壳体;为保证整体强度，折边不刨槽;成型后的尺寸通过靠模和量角器检测保证壳体尺寸精度(见图十三)。
5.2 铝合金连接铸件
连接件采用压铸（词条“压铸”由行业大百科提供）铝合金，易于控制满足空间角度，适用批量化生产(见图十四)。
5.3 石材面板加工
由原石面板切割并与蜂窝芯真空复核形成25mm蜂窝石材面板，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异，整个切割过程需严格控制面板精度，也是面板加工工艺中的重难点(见图十五)。
5.4 石材构件组装
蜂窝石材面板与铝壳复合，主面板通过背栓与铝壳形成机械连接，背板通过沉头螺钉/结构胶粘接，拼缝处和周边采用石材密封胶密封;同时在石材低位角部，铝壳和背板粘接处，预留35x6mm排水洞口，防止内部积水(见图十六)。
5.5 现场安装效果
6、结语
在大尺寸异形石材遮阳或装饰构件系统设计中，铝板一体成形骨架+蜂窝石材面板构造思路，能够有效地提高异形骨架面板拼装精度和可靠性，并适应多种造型，极大的促进了生产组织和加工效率，同时精确地孔位，对外观精度质量控制和现场安装效率有很大的提升，在实际加工组装过程中对于蜂窝石材面板的切割和组装工艺精度控制有一定要求。
参考文献
[1] 中华人民共和国建筑行业标准.建筑装饰用石材蜂窝复合板：JG/T 328-2011[S].
[2] 中华人民共和国国家标准.GB/T 15114-2009：铝合金压铸（词条“铝合金压铸”由行业大百科提供）件[S].
作者单位：深圳市三鑫科技发展有限公司
