现阶段，降低建筑能耗已成为公共建筑设计中重要的技术指标，将建筑遮阳装置与建筑外窗一体化设计、施工，对提升建筑品质、节约建设投资具有积极作用。竖向扭转梭形百叶幕墙体系利用太阳能为竖向梭形扭转百叶在不同光照时段调整旋转角度提供动力，实现可再生能源利用和建筑节能遮阳的目的。该技术符合国家建筑产业技术政策要求，也是建设资源节约型社会、环境友好型社会在建筑施工方面的有效体现。

　　 悬挂式竖向扭转梭形金属百叶幕墙在深化与施工的综合实施中，为更好地兼顾降耗、美观、能源利用、后期运营等方面要求，在技术层面对扭转梭形金属百叶所有配件进行合理分解、太阳能光伏发电能源利用、金属百叶旋转角度控制联动等问题进行研究。在工艺层面对竖向超长百叶骨架的稳定性、百叶在扭转过程中连贯有序及扭转梭形百叶合理排布时的装饰特点进行创新和实施，并对工艺进行总结提炼。

　　 某科技馆地上4层，建筑高度30.2m，主体为框架剪力墙结构。标高0.150m至屋顶结构间采用竖向铝板金属百叶幕墙，金属百叶断面为梭形，竖向长度达30m，建筑立面幕墙设计效果如图1所示。针对大型公共建筑能耗高的情况，采取建筑外遮阳技术，可以提高室内光照舒适度、减少热辐射，同时百叶旋转依靠屋面光伏发电提供能源，在能源利用方面具有积极的作用。

　　 通过对建筑外立面竖向百叶遮阳角度进行模拟分析、梭形百叶构造进行设计分解、百叶扭转角度进行优化、光电技术应用与竖向百叶自动旋转控制系统等技术的综合研究和应用，解决悬挂式竖向扭转梭形金属百叶幕墙存在的技术难题，主要研究内容为以下4个方面。

　　 1) 对竖向超长百叶分段设计，将超长百叶荷载分解，进行分段支撑，并对分段支撑节点进行优化，保证安装后期百叶旋转控制系统的运行和扭转百叶的整体协调。

　　 2) 对梭形金属百叶自扭转角度进行设计，对比优化不同立面百叶排列角度，实现建筑立面光影变化和建筑遮阳的双重技术要求。

　　 3) 将建筑结构实体与建筑模型进行对比，修正模型与结构实体间坐标的偏差，对悬挂式竖向扭转梭形百叶幕墙各构件、半成品进行合理分解，利用信息化模型技术进行数控加工，采用空间定位技术和辅助设备，提升百叶幕墙拼装精度。

　　 4) 采用设计、采购、施工一体化模式，将材料、设备、部件加工、施工工艺研究、三维空间模拟建造技术前置于设计阶段，提前完成技术优化和可行性实施的要求。

　　 建筑立面采用玻璃幕墙时，在靠近幕墙和窗户的室内光照强度过大，而室内偏离幕墙和窗户较远的区域光照强度不足，难以保证室内采光均匀分布，给室内人员工作造成一定程度的不便。在幕墙外侧安装百叶，首先根据建筑物所在地理坐标区域的光照情况进行建筑物的光照分析，统计光照规律，计算不同立面、季节、气象条件下的光照强度，并将其输入计算机系统，进行不同立面的百叶旋转角度、旋转速度、旋转时间的控制，建筑立面遮阳调节分析如图2所示。

　　 竖向百叶幕墙的旋转角度验算通过选取典型日及一天内不同时间段，结合日照角度，在保证室内较舒适的光照强度前提下，对百叶角度进行设定。计算采用Desktop Radiance BETA 2.0软件对特定条件下的室内光照分布进行计算模拟 (本文仅对东立面进行介绍，其余立面计算分析过程类似) 。

　　 选取1月1日，7月1日为典型日，并在一天中选择9:00, 11:00, 16:00 3个时段为典型时间段进行分析。

　　 百叶宽900mm，间距900mm，东立面为玻璃幕墙，外设竖向百叶幕墙。根据建筑物所在地的经度和纬度进行计算分析。

　　 1) 典型日1月1日 (多云天气)

　　 查表可知，9:00时，太阳高度角为13°，竖直百叶最大光照强度为3 500lx;11:00时，太阳高度角为25°，竖直百叶最大光照强度为4 000lx;16:00时，太阳位于建筑西侧，东立面没有太阳光直射，室内照度主要由天空散射光决定，竖向百叶旋转至与外立面垂直。

　　 2) 典型日7月1日 (晴天)

　　 查表可知，9:00时，太阳靠近正东位置，太阳高度角为48°，竖直百叶最大光照强度为16 000lx;11:00时，太阳高度角为78°，竖直百叶最大光照强度为8 000lx;16:00时，太阳位于建筑西侧，竖直旋转百叶旋转至90°。

　　 根据光照分析，建筑东立面太阳直射主要出现在9:00～13:00，因此，将百叶旋转角度设定为9:00～13:00完成95°～180°旋转可为室内提供较舒适的光照环境。

　　 该幕墙构造主要由墙面预埋 (预留) 型钢件、竖向圆形型钢主龙骨、水平梭形龙骨盘次龙骨、定型百叶铝板、扭转百叶旋转控制系统组成。

　　 首先进行梭形金属百叶设计，根据梭形金属百叶断面形状，完成梭形龙骨盘设计模型，如图3所示。根据旋转百叶形状，确定出百叶支撑龙骨系统的支点位置及龙骨构造，并对竖向扭转梭形金属百叶龙骨进行设计。百叶龙骨由竖向圆形型钢钢管主龙骨、梭形龙骨盘次龙骨组成，百叶龙骨模型如图4所示。

　　 将图纸尺寸与现场实体结构测量的数据进行对比，提出修正意见，完成梭形金属百叶外形和扭转角度的优化。每根梭形百叶自身均按90°进行扭转，根据分段长度，确定出每段金属百叶的扭转角度，如图5所示。

　　 前期进行光照分析、二次深化对比，最终确定同一立面的百叶在安装时以角部第1根百叶定位角度为准，相邻金属百叶依次旋转5°进行排列安装固定，实现整个立面韵律变化和光影变化的设计意图。

　　 悬挂式竖向扭转梭形金属百叶支撑点 (支撑点的承载力需通过结构计算完成) 包括如下部分。

　　 1) 竖向百叶顶部悬挂点固定于建筑顶部结构悬挑构件上，底部和中间分段百叶节点处设置钢悬挑件，用于固定分段百叶和承受百叶荷载，支撑点设置可旋转的活动铰支座。

　　 2) 竖向百叶随建筑高度设置，存在单根百叶竖向超长、自重大、压缩变形等问题，梭形金属百叶提前进行分段设计，在分段连接处增加转换支撑节点解决该问题。转换支撑节点由2段组成，平直段为型钢材料，与支撑预埋件进行焊接，带有柱状节点的一段为铝合金型材，与平直段通过螺栓连接，百叶分段节点支撑件模型如图6所示。同一竖向分段支撑龙骨主轴采用圆型钢柱通过承插拼装连接与支撑点的铰支座进行固定。

　　 通过分析形成深化设计详图，并完成弧形铝板百叶加工制作图、龙骨盘加工制作图、分段百叶支撑节点制作图等图纸，作为订货依据，复核无误后及时传递给加工厂进行加工生产，所有半成品进入现场后，按设计图纸及编号进行验收。

　　 空间定位测量复核→后置埋件定位安装→支撑龙骨系统加工制作→梭形金属百叶分段组装→金属百叶安装→百叶旋转制动系统安装调试→防雷设置→接缝处封闭打胶。

　　 利用测量定位技术复核结构施工阶段的控制点三维坐标，对建筑空间进行偏差测量及数据采集，应用BIM技术进行模型调整，提高构件加工和百叶幕墙的安装精度。根据测量结果和三维模型数据，确定装修基准线，将每层室内标高控制线、竖向分格控制线引测至外墙立面，用0.5～1.0钢丝在外立面进行垂直、水平方向拉线，作为安装的控制线，拉好的钢丝应在两端紧固点做好标记，以便在钢丝出现断裂、移位后快速重新设置，水平钢丝每隔20m设1个支点，防止钢丝下挠，竖向钢丝间隔10～20m拉1根，检查预埋件偏差情况，当偏差较大时，根据检查结果提出相应处理措施。

　　 沿楼板外缘弹墨线定出竖向百叶分段位置的预埋件顶标高线。定位锚板通常采用化学锚栓与膨胀螺栓组合应用固定 (化学锚栓通常在埋件焊接作业完成后进行安装) ，防止出现焊接温度过高造成化学锚栓失效的情况。预埋件安装必须保证位置准确、牢固。钢板、加强件选用热镀锌钢板制作。通过工艺试焊调整焊接顺序，避免因焊接产生变形。焊接完成后及时进行防腐处理。

　　 根据扭转梭形百叶设计详图，确定支撑龙骨系统的支点位置，可以在结构施工阶段设计增加钢筋混凝土悬挑构件，或安装钢制悬挑构件进行施工，在施工完成的结构外立面弹墨线确定出预埋钢板位置 (预埋钢板可采用后锚固、结构预埋的方式) 。支撑埋件选用热镀锌钢板制作，采取焊接方式同预埋钢板。

　　 根据金属百叶的断面造型及百叶扭转设计优化情况，进行百叶分段龙骨的制作，金属百叶每段扭转角度为25°，将每个梭形龙骨盘按照计算角度依次扭转焊接在圆形钢管主轴上，梭形龙骨盘间距一般按1.0～1.5m控制，通过梭形龙骨盘扭转角度约束铝板百叶的扭转角度，实现百叶自身扭转的控制。

　　 为了保证角度准确，现场制作百叶旋转角度定位刻度盘进行扭转角度的控制，如图7所示。

　　 使用时将刻度盘固定于圆形钢管主轴一端，每安装1个梭形龙骨盘，采用拉钢丝直线进行相应扭转角度的控制和复核，依次完成每根百叶梭形龙骨盘的焊接固定。将加工好的百叶龙骨存放于专用支撑架上。

　　 金属百叶采用轻质铝合金板材进行数控加工，并将金属百叶按照分段设计图纸要求安装在加工完成的梭形龙骨上，先将梭形百叶龙骨支于临时三脚支撑上，将弧形百叶铝板扣在梭形龙骨上，安装时，一段先采用绷带将2片弧形百叶临时固定，从一端边扣紧边固定，依次完成每段梭形金属百叶初装固定，初装完成后进行百叶微调，调整做到弧形顺直、过渡自然，最后采用栓钉与主龙骨进行拧紧固定。

　　 根据金属百叶的形状及角度定制加工并进行编号，将金属百叶按编号分类，运至施工作业面附近、摆放可靠。按墙面基准线仔细安装好底层第1段金属百叶，从下到上依次安装。初装完成后进行调整，做到弧形顺直、过渡自然。

　　 将组装好的竖向扭转梭形金属百叶分段吊装至安装位置，将龙骨体系的圆形主轴通过承插拼装连接与支撑点的铰支座进行固定，利用可调节悬挑支撑及时调整百叶空间扭转角度，进行固定，实现整体扭转的装饰效果和遮阳效果。

　　 根据建筑物所在地不同季节光照情况进行建筑物的光照分析，统计出光照规律，计算确定不同季节、不同立面、不同时间区间内的旋转角度，并将数据输入旋转系统的计算机系统进行梭形金属百叶的旋转控制，建筑物每个立面均独立形成1套控制系统，当出现围护或百叶旋转出现故障时，便于缩小故障范围，快速维护，程序设计中，确保位于同一立面的旋转速度保证同步进行。

　　 在位于每段竖向百叶上、下端的旋转铰支座处进行制动旋转系统的安装，实现金属旋转百叶幕墙的旋转速度和不同季节旋转角度的控制。

　　 旋转系统动力采用设置于屋面的光伏板发电提供，将收集到的电能储存于太阳能电池组中，为旋转制动系统提供电能，同时另接一路电源补偿系统进行电力补偿，确保在特殊天气情况下，光伏发电不足时，旋转系统仍能持续工作。

　　 竖向扭转梭形金属百叶幕墙防雷装置的引下线是利用幕墙竖向主龙骨作为引下线，与主体结构底层的防雷系统引下线有效连接。竖向主龙骨在伸缩缝的连接处采用25mm²铜扁线上下连接，在楼层连接点与结构间设置均压环。将幕墙防雷系统与主体结构的防雷系统可靠连接，防雷系统施工完成后及时测试电阻，形成记录，确保电阻值满足规范规定。

　　 充分清洁铝合金弧形百叶接缝缝隙，打胶前不应有水渍、油渍、涂料、铁锈、水泥砂浆、灰尘等。待干燥后，即可进行打胶施工。在打胶的缝隙两侧贴保护胶纸保护百叶在打胶过程中不被污染。注胶后将胶缝表面抹平。注胶完毕，将保护纸撕掉，必要时用溶剂擦拭百叶表面沾污的胶痕，并避免在胶未完全硬化前沾染灰尘和划伤。

　　 竖向金属旋转百叶幕墙由支撑龙骨系统、金属百叶、旋转制动系统组成，支撑龙骨系统的主轴为型钢体系，通过幕墙底部和顶部预留的结构构件或型钢悬挑梁作为固定支撑点，进行安装固定后，将支撑百叶的龙骨安装在支撑系统的主轴上。金属百叶通常采用铝镁合金板材根据设计造型进行定制加工，安装在龙骨上。通过前期进行光照分析、二次深化对比，最终确定每根金属百叶均自身扭转角度，在安装时相邻金属百叶依次按旋转偏移5°进行排列固定，使百叶立面呈现出韵律变化和光影变化的装饰特性。

　　 实施中通过建立模型，完善细化三维节点，完成幕墙断面构造的深化设计及模拟预拼装，实施中，将扭转百叶的梭形龙骨盘与竖向圆形钢管龙骨进行焊接，精确固定相邻梭形龙骨盘的扭转角度，按照百叶角度变化进行金属百叶现场组装固定，组装完成后，根据每根百叶整体扭转角度进行层间分段安装，连接处设置可调节固定装置，通过调节每一节的安装角度，实现整体扭转的装饰效果和遮阳效果。避免室外强光的直射而出现室内眩光，同时提高室内光照环境的舒适度。

　　 竖向超长金属旋转百叶，主要材料均由工厂定制加工，现场组装快捷，机械化程度提高，构件加工精度得到有效提升，对保证工程质量及安装精度具有显著的促进作用。

　　 通过对建筑外立面设置悬挂式竖向扭转梭形金属百叶幕墙，为建筑提供舒适的室内光照环境，降低建筑运营后期的资源消耗。

　　 悬挂式竖向扭转梭形百叶幕墙深化设计、细部节点优化、施工工艺比传统幕墙更复杂，在保证建筑遮阳和建筑立面独特的饰面效果的前提下，立足于大型场馆进行悬挂式竖向扭转梭形金属百叶幕墙工艺研究，从理论和实践的角度为大型公共建筑的建设提供示范作用和思维方法，为该领域的发展提供值得借鉴的技术和工艺研发方式。