超高層異型單元式玻璃幕墻的設計要點(diǎn)

                              日期:2021-11-04 15:48:45 / 人氣:2906

                              摘要:隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,具有獨特造型幕墻的建筑不斷涌現,對于幕墻的設計與施工技術(shù)提出了更高的要求。本文結合沈陽(yáng)盛京金融廣場(chǎng)幕墻工程方案設計過(guò)程,解析如何根據建筑自身的特點(diǎn),選擇技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)異、便于清洗維護的幕墻系統方案,把握超高層建筑幕墻設計的設計要點(diǎn)。

                              關(guān)鍵詞:超高層,單元式幕墻,建筑造型,清洗維護系統,設計要點(diǎn)

                              1、前言

                              建筑幕墻是由面板與支承結構體系(支承裝置與支承結構)組成的、可相對主體結構有一定位移能力或自身有一定變形能力、不承擔主體結構所受作用的建筑外圍護墻[[1]]。建筑幕墻除了有技術(shù)發(fā)展較成熟的玻璃幕墻、金屬板幕墻和石材幕墻外,還有人造板材幕墻(如陶板幕墻、千思板幕墻)、點(diǎn)支承玻璃幕墻、雙層幕墻及光電幕墻等。建筑幕墻是現代建筑派的主要表現特征,在新世紀的現代化城市建筑中具有不可替代的藝術(shù)地位。近幾年,隨著(zhù)新技術(shù)、新材料的不斷應用,建筑幕墻行業(yè)發(fā)展得比較快,建筑幕墻在城市的現代化建設中發(fā)揮著(zhù)舉足輕重的作用。

                              在建筑幕墻的實(shí)際應用中,超高層建筑要承受更大的風(fēng)力、地震力和溫度變化的影響,主體結構會(huì )產(chǎn)生更大的豎向變形,這些因素會(huì )使幕墻相應要承受更大的內力和位移。超高層建筑施工、現場(chǎng)安裝,要求簡(jiǎn)約化、快速化、文明化。因此設計標準化、構件預制化、安裝機械化是一個(gè)前提條件。單元式幕墻系統標準化程度可達80-90%;現場(chǎng)人工操作工作量很低,90%以上的工作量可以在工廠(chǎng)內完成;預制品加工質(zhì)量高、精度高;工廠(chǎng)內和施工現場(chǎng)工人勞動(dòng)生產(chǎn)率高;施工受氣候條件影響小;施工安裝不用腳手架,工地文明清潔簡(jiǎn)約;建造用工少工期短等特點(diǎn)。因此超高層建筑的幕墻都會(huì )首先選用單元式幕墻。

                              超高層建筑的幕墻設計與普通幕墻有一定的差異,往往幕墻方案時(shí)設計中不容易引起重視。作者根據多年幕墻設計經(jīng)驗,總結了對超高層建筑幕墻在設計階段應考慮的幾個(gè)要點(diǎn)問(wèn)題,包括建筑幾何形態(tài)造型對幕墻系統的影響,避難層的的幕墻系統設計,清洗維護系統(擦窗機)的系統選擇等方面,均提出了細致而周到的解決方案,希望能對建筑幕墻設計行業(yè)起到些許積極的作用。

                              2、根據建筑幾何形態(tài)造型設計幕墻系統

                              2.1工程概述

                              沈陽(yáng)盛京金融中心項目區域在沈陽(yáng)市和平區南京北街西側,距沈陽(yáng)機場(chǎng)27.5 公里,距沈陽(yáng)北站2.8 公里,緊鄰沈陽(yáng)市和平區城市核心區,總規劃用地面積約71598.11 平方米。東西走向的丹東路將項目用地劃分為A、B 兩個(gè)地塊, A 地塊共包含T1\T2\T3三棟塔樓,其中T2塔樓建筑高度最高,如圖1-1所示,本文針對T2塔樓的建筑幕墻分析超高層幕墻的設計要點(diǎn);塔樓建筑總高度319.04m,裙樓建筑總高度約41.7m,幕墻面積約6.5萬(wàn)㎡。地下3層,塔樓地上67層,裙樓地上6層。結構選型為框架核心筒體系,出屋面結構為鋼結構。

                              5.7新聞1..jpg

                              塔樓大面位置采用橫明豎隱的單元式玻璃幕墻,平面內為圓弧造型,體現建筑物的體量感;橫向裝飾條內布置燈具。

                              塔樓角部凹槽側面采用單元式鋁板幕墻,強化體量輪廓,進(jìn)一步體現塔樓伸展上升的形態(tài)。鋁板造型與造型內玻璃幕墻形成的凹槽造型,凹槽整體造型先逐漸收分縮小,到達一定高度后逐漸收分縮增大,形成喇叭口形狀。

                              凹槽內玻璃幕墻為豎明橫隱的單元式玻璃幕墻,配合凹槽造型收分,先是豎向外傾弧面幕墻,到達一定高度后逐漸調整為內傾弧面幕墻。

                              塔樓采用的是單元式玻璃幕墻系統和單元式鋁板幕墻系統,建筑表皮的多種形態(tài)的造型給幕墻設計帶來(lái)了較大的難度,而水平圓弧面和垂直圓弧面和鋁板凹槽的特殊性,對幕墻系統的設計提出了更高的要求。

                              幕墻設計必須正確理解建筑幾何形態(tài)的成型理念,并以此為基礎作為建筑幕墻的設計基礎,才能正確深化出超高層建筑的幕墻體系。[2]

                              2.3塔樓大面圓弧幕墻的系統設計要點(diǎn)

                              大面圓弧幕墻的幕墻板塊寬度1.4m,幕墻板塊間的折線(xiàn)水平夾角179.5度;因為角度較小,實(shí)際放樣橫梁端部切斜角距離僅為1.02mm,如圖1-4所示;

                              過(guò)小的距離車(chē)間加工很難實(shí)現,橫梁端部仍按照90°切角,平面角度安裝時(shí),通過(guò)接縫調整適應角度變化;最終確定采用板塊折線(xiàn)擬合的方式完成圓弧造型,但是本方案一定要合理設置注意前端豎向膠條的截面設計,保證防水性能。

                              其他建筑幕墻項目,如果幕墻板塊水平夾角較大時(shí),一般橫梁端部切角≥5mm,橫梁端部必須按照實(shí)際角度加工,角度通過(guò)橫梁切角度解決,單元板塊角度為實(shí)際;由于幕墻水平分格與幕墻板塊水平夾角影響較大,所以設計初期應與建筑師充分溝通,做到有的放矢。

                              單元體幕墻通過(guò)幕墻板塊上的掛件和與預先設置在結構上的單元體掛座掛接,實(shí)現單元體幕墻的的安裝;掛件和掛座安裝過(guò)程中具備三維可調能力;單元體掛座初步選擇頂面掛接(槽式埋件+鋁合金掛座)和側面掛接(鋼制轉接件連接+鋼質(zhì)掛軸)兩種方案,如圖1-5所示。對于兩種掛接方案進(jìn)行了分析后,確定合理的掛接方式。

                              工程用于幕墻連接的鋼結構環(huán)型邊梁考慮到工程造價(jià)等因素,未考慮彎弧處理,均為直線(xiàn)段;這樣就造成了選擇側面連接方案中,轉接件長(cháng)度規格較多,現場(chǎng)焊接量大等不足之處。

                              本工程用于樓板做法采用成品鋼樓承板的樓板型式,標準混凝土板厚為120mm,很難滿(mǎn)足槽式埋件的埋設需要;經(jīng)過(guò)與建筑結構院的多次溝通,最終選擇樓板外輪廓向內500范圍內局部加厚到200mm的做法;滿(mǎn)足槽式埋件的埋設需要,需要了解決槽式埋件對于混凝土厚度的問(wèn)題。

                              大面位置單元體玻璃幕墻選擇頂面掛接(槽式埋件+鋁合金掛座)的方案。

                              2.4凹槽內單元式玻璃幕墻的系統設計要點(diǎn)

                              凹槽內單元式玻璃幕墻的幕墻板塊寬度1,4m,層高為4.2m和5.4m;通過(guò)對于幕墻犀牛模型的分析,立面幕墻在14層標高69m的位置為分界線(xiàn),分界線(xiàn)以下幕墻板塊向外傾斜,

                              由于單元體板塊之間的豎向夾角接近180度,采用單元體板塊折線(xiàn)擬合的方式實(shí)現;尤其應當注意的是分界線(xiàn)以上的幕墻單元體板塊(內傾斜),需要關(guān)注單元體幕墻的上橫梁截面設計。

                              凹槽側面轉角單元式鋁板幕墻的幕墻板塊寬度1.7m,出挑龍骨面1.5m,層高為4.2m和5.4m;通過(guò)對于幕墻犀牛模型的分析,轉角單元式鋁板幕墻為規則扭轉單元;每層扭轉角度小于0.05度,整體幕墻向內側傾斜2.11度。

                              由于單元體鋁板幕墻的板塊扭轉造型,通過(guò)犀牛軟件逐層對板塊間翹曲值進(jìn)行分析;通過(guò)得到的數據,按照層數對單元板塊進(jìn)行歸集,確定合理的區段劃分;選擇每5層的單元體鋁板幕墻板塊進(jìn)行歸類(lèi)時(shí),翹曲值不大于2mm,滿(mǎn)足設計要求;整個(gè)建筑立面分為10種鋁板單元體幕墻板塊。

                              鋁板單元板塊造型復雜,出挑距離較多;設計原則考慮功能性與裝飾性分離,更好的實(shí)現建筑功能和外立面效果;鋁板單元體龍骨選擇鋼鋁結合方式;受力桿件為鋼材,滿(mǎn)足強度剛度要求;鋁型材主要解決單元板塊插接和排水連續的功能性要求;裝飾造型鋁板內側設置鋁單板防水板,與鋼龍骨挑出的干涉位置采用鋁板開(kāi)洞上下搭接,打膠密封的方式,保證防水性能。

                              鋁板單元板塊出挑結構較多,埋件位置受力較大,采用常規的槽式幕墻埋件無(wú)法滿(mǎn)足要求;經(jīng)過(guò)與建筑結構院的溝通,最終選擇采用板槽式埋件,此種埋件采用鋼槽與鋼板加工制作而成,功能上滿(mǎn)足槽式埋件的功能;連接方式為埋件肋板與主體結構鋼梁直接焊接,埋件受力能力大大增加。




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