建筑工程用马塞尔瓷砖构件三维结构

　　做建筑配套构件建模快八年，这类仿陶土质感的马塞尔瓷砖构件，是近年坡屋面、复古外墙项目里提需求频次很高的品类，刚拿到这个结构需求的时候，首先要捋清楚的不是外观曲面，而是现场安装的咬合逻辑——毕竟这类构件不是摆着看的装饰件，是要直接参与屋面防水、荷载传递的功能件。先从安装边界说，这类构件的搭接边做了阶梯式的止口设计，侧边的凸起卡扣不是随便加的造型，现场铺排的时候，相邻两块构件的侧边卡扣要完全嵌合，横向拼缝的间隙要控制在1.5mm以内，不然暴雨天气很容易出现雨水倒灌，之前做过同类型构件的现场测试，要是拼缝超了2mm，斜屋面30度倾角下，雨水顺着瓦面流速快，很容易从拼缝渗进防水层，后期维修要掀掉整排构件，成本极高。然后看构件的主体曲面，

　　不是简单的平面压型，表面做了两道平行的导流凹槽，这个设计是为了把屋面积水快速导向檐口，避免瓦面形成水膜，尤其是北方冬季融雪的时候，导流槽能把融化的雪水及时排走，减少冻胀对构件边缘的破坏，之前接触过的老款平瓦，就是因为没有导流结构，开春融雪的时候水顺着拼缝往下渗，晚上结冰膨胀把瓦边撑裂，两三个冻融循环就出现构件掉角的问题。再看构件两端的搭接结构，上端的内凹卡槽和下端的外凸止口是完全匹配的，纵向铺排的时候，上下两块的搭接长度要卡在70mm的安全值，这个尺寸是结合不同地区的最大降雨量算出来的，搭接太短的话，暴雨时瓦面的水跃现象会让水翻过搭接边渗进下面，太长的话又会浪费材料，增加屋面的整体荷载。建模的时候特意把卡扣的根部做了R2的圆角过渡，之前有同行做同类结构的时候把卡扣根部做成直角，安装的时候工人用橡胶锤敲紧，应力集中在直角位置，很容易把卡扣敲断，现场补件非常麻烦，做圆角过渡之后，卡扣的抗冲击强度能提升40%左右，安装的时候容错率高很多。构件背面的加强筋是顺着长度方向布置的，不是随便加的横竖筋，因为这类构件在屋面上是顺着坡度方向受力，纵向加强筋能提升构件的抗弯强度，人踩在屋面上检修的时候，不会把构件踩断，之前测过，不加加强筋的同厚度构件，中部集中荷载到800N就会出现裂纹，加了三道纵向加强筋之后，集中荷载到1500N才会出现形变，完全满足屋面检修的荷载要求。还有表面的仿陶土质感，不是单纯的外观渲染效果，实际生产的时候这个纹理是和模具一体压出来的，

　　一方面是复古建筑的外观需求，另一方面粗糙的表面能降低雨水在瓦面的流速？不对，其实是能减少紫外线对构件表面的老化影响，光滑表面的塑料或者混凝土构件，长期受紫外线照射容易出现表面粉化，带细微纹理的表面，粉化层不会成片脱落，使用寿命能延长不少。另外要注意的是，构件侧边的定位凸点，安装的时候能直接卡进相邻构件的定位凹坑，工人铺的时候不用反复量拼缝宽度，只要凸点卡到位，拼缝宽度就刚好在设计值范围内，能大幅提升现场的铺装效率，之前老款构件没有定位结构，熟练工人一天铺20平左右，带定位结构的话，一天能铺35平以上，人工成本能降下来。还有构件下端的滴水沿，做了5mm的下折边，这个细节很容易被忽略，瓦面流下来的水到了檐口位置，会顺着滴水沿直接滴下来，不会顺着构件底面往回流，泡坏檐口的封边板，之前做过的项目里就有因为没做滴水沿，水回流把檐口的木板泡发霉，后期返工花了十多万。建模的时候所有的配合面都做了0.3mm的安装间隙，考虑到实际生产的尺寸公差，还有温度变化带来的热胀冷缩，尤其是夏季屋面温度能到60度以上，冬季零下十几度，线性膨胀的尺寸差要是没留够，构件会互相挤压起拱，破坏屋面的整体平整度。这类构件不光能用在坡屋面，现在很多复古风格的外墙裙、景观围墙的压顶也会用，只要调整一下搭接边的角度，就能适配垂直墙面的安装需求，不过墙面安装的时候，卡扣的深度要比屋面款深2mm，因为墙面是垂直受力，构件的自重完全靠卡扣承担，卡扣深度不够的话，时间长了容易出现构件脱落的风险。

　　做这类结构建模的时候，不能只盯着外观好不好看，所有的造型细节都要对应实际安装、使用、维护的需求，每一个凸起、凹槽、圆角，都要有工程上的实际意义，不然建出来的模型看着好看，拿到现场根本装不上，或者用个两三年就出问题，那就完全失去了三维建模指导生产、提前验证结构的意义。之前有刚入行的设计师做这类瓦件，把表面的造型做的很复杂，有很多凹凸的装饰纹，结果生产的时候脱模困难，废品率超过30%，而且凹陷的位置容易积灰长苔藓，时间长了瓦面一块黑一块绿，反而影响外观，所以建模的时候还要兼顾生产工艺的可行性，装饰纹理的脱模斜度不能小于3度，所有的内角都要做圆角，避免模具出现应力集中的位置，延长模具的使用寿命。还有构件的厚度，主体厚度控制在12mm，这个厚度是平衡了重量和强度的结果，太厚的话单块构件重量太大，工人搬运安装费劲，屋面的整体荷载也会超标，太薄的话强度不够，运输过程中就容易碎，损耗率太高。边缘的位置做了2mm的加厚处理，因为搬运和安装的时候，边缘是最容易磕碰的位置，加厚之后能减少运输和安装过程中的损耗，之前测过，边缘不加厚的构件，运输损耗率在8%左右，边缘加厚之后，损耗率能降到2%以内。