內(nèi)蒙古科技館新館——計(jì)算機(jī)輔助軟件在超大異形金屬屋面板設(shè)計(jì)與施工中的應(yīng)用

　　1　引言
　　隨著時(shí)代的進(jìn)步，科技的發(fā)展，新工藝和新材料推陳出新，人機(jī)交互式的計(jì)算軟件更加智能和強(qiáng)大，這就給建筑師提供了廣闊的思維和想象空間，因此，極具刺激眼球的建筑設(shè)計(jì)方案也就層出不窮。外立面幕墻作為最能直接體現(xiàn)和表達(dá)建筑師想法的一種建筑表現(xiàn)手法就顯得格外重要。對于空間異型結(jié)構(gòu)的外幕墻來說，我們采用傳統(tǒng)的CAD軟件來表達(dá)設(shè)計(jì)方案就顯得力不從心，很難將幕墻本身的空間幾何尺寸關(guān)系及幕墻與主體結(jié)構(gòu)之間的幾何尺寸關(guān)系表達(dá)清楚。因此，我們不得不借助別的專業(yè)軟件來實(shí)現(xiàn)。本文以內(nèi)蒙古科技館新館金屬屋面的實(shí)際工程為例，對復(fù)雜異型不規(guī)則曲面的金屬屋面板進(jìn)行分析。

　　1.1工程概況
　　內(nèi)蒙古科技館新館位于呼和浩特市新華東街北側(cè)，北鄰北垣街，東鄰二環(huán)東路，南側(cè)為已建成投入使用的內(nèi)蒙古烏蘭恰特大劇院和內(nèi)蒙古博物院，西側(cè)為建設(shè)中的演藝中心。總建筑高度50.15米，地下1層、地上6層，總建筑面積約48300平米，主要功能區(qū)域有常設(shè)展廳、臨時(shí)展廳、兒童樂園、科普教室、科技實(shí)驗(yàn)室、報(bào)告廳、穹幕、巨幕、4D動感演示廳、辦公會議及配套附屬用房等。內(nèi)蒙古科技館新館項(xiàng)目是由中國航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司完成建筑設(shè)計(jì)和施工圖設(shè)計(jì)。

　　內(nèi)蒙古科技館新館的建筑設(shè)計(jì)，由于使用功能的要求，使得結(jié)構(gòu)的空間跨度很大。建筑結(jié)構(gòu)形式采用了鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)及鋼結(jié)構(gòu)形式的受力體系。建筑造型新穎，像一條白色的哈達(dá)，它代表著內(nèi)蒙人民熱情好客，同時(shí)它又是一座科學(xué)的殿堂，是展示最新科技成果的圣殿。如下圖所示

　　1.2工程特點(diǎn)
　　本工程金屬屋面最外側(cè)部分幾乎全部是由異形鋁合金板拼成的曲面，如何控制好建筑的造型，實(shí)現(xiàn)建筑效果，是工程的關(guān)鍵。該項(xiàng)目的金屬屋面工程包括外層裝飾鋁單板（3mm）和內(nèi)層直立鎖邊、壓型鋼板防水屋面及TPO柔性防水屋面三大系統(tǒng)，其中鋁單板面積約30000平米，包括平板、單曲及雙曲面板；內(nèi)層壓型鋼板及直立鎖邊屋面板約8000平米。

　　2　異形金屬屋面的設(shè)計(jì)
　　2.1分析
　　這是所有工作的基礎(chǔ)，外層金屬板設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是中國航空規(guī)劃建設(shè)發(fā)展有限公司提供的三維模型，用犀牛軟件進(jìn)行曲面的曲率分析，如下圖所示

　　(在黎曼幾何上，根據(jù)曲面在兩個(gè)主曲率方向的乘積，可將曲面分為正高斯曲率、零高斯曲率和負(fù)高斯曲率。正高斯曲面的兩個(gè)主曲率半徑均位于曲面的同側(cè)，如球面；零高斯曲面的兩個(gè)主曲率方向中有一個(gè)方向的曲率為零，如柱面；負(fù)高斯曲面的兩個(gè)主曲率方向位于曲面的兩側(cè)，如馬鞍面)
經(jīng)過這兩項(xiàng)對比分析可以得出結(jié)論：占總面積75%的鋁單板加工平板即可，上圖右側(cè)部分區(qū)域需要做單曲面板和雙曲面板。

　　2.2劃區(qū)
　　按照平板、單曲面板及雙曲面板的位置及比例，并兼顧在藍(lán)圖上能夠清楚表達(dá)，我們將此三維模型劃分為了9個(gè)區(qū)域，如下圖：

這樣分區(qū)，有了統(tǒng)一的對話平臺，方便設(shè)計(jì)師內(nèi)部溝通，也有利于現(xiàn)場施工人員理解。

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