超高层异型单元式玻璃幕墙的设计要点

日期:2021-11-04 15:48:45 / 人气:1565

摘要:随着科学技术的发展,具有独特造型幕墙的建筑不断涌现,对于幕墙的设计与施工技术提出了更高的要求。本文结合沈阳盛京金融广场幕墙工程方案设计过程,解析如何根据建筑自身的特点,选择技术先进、性能优异、便于清洗维护的幕墙系统方案,把握超高层建筑幕墙设计的设计要点。

关键词:超高层,单元式幕墙,建筑造型,清洗维护系统,设计要点

1、前言

建筑幕墙是由面板与支承结构体系(支承装置与支承结构)组成的、可相对主体结构有一定位移能力或自身有一定变形能力、不承担主体结构所受作用的建筑外围护墙[[1]]。建筑幕墙除了有技术发展较成熟的玻璃幕墙、金属板幕墙和石材幕墙外,还有人造板材幕墙(如陶板幕墙、千思板幕墙)、点支承玻璃幕墙、双层幕墙及光电幕墙等。建筑幕墙是现代建筑派的主要表现特征,在新世纪的现代化城市建筑中具有不可替代的艺术地位。近几年,随着新技术、新材料的不断应用,建筑幕墙行业发展得比较快,建筑幕墙在城市的现代化建设中发挥着举足轻重的作用。

在建筑幕墙的实际应用中,超高层建筑要承受更大的风力、地震力和温度变化的影响,主体结构会产生更大的竖向变形,这些因素会使幕墙相应要承受更大的内力和位移。超高层建筑施工、现场安装,要求简约化、快速化、文明化。因此设计标准化、构件预制化、安装机械化是一个前提条件。单元式幕墙系统标准化程度可达80-90%;现场人工操作工作量很低,90%以上的工作量可以在工厂内完成;预制品加工质量高、精度高;工厂内和施工现场工人劳动生产率高;施工受气候条件影响小;施工安装不用脚手架,工地文明清洁简约;建造用工少工期短等特点。因此超高层建筑的幕墙都会首先选用单元式幕墙。

超高层建筑的幕墙设计与普通幕墙有一定的差异,往往幕墙方案时设计中不容易引起重视。作者根据多年幕墙设计经验,总结了对超高层建筑幕墙在设计阶段应考虑的几个要点问题,包括建筑几何形态造型对幕墙系统的影响,避难层的的幕墙系统设计,清洗维护系统(擦窗机)的系统选择等方面,均提出了细致而周到的解决方案,希望能对建筑幕墙设计行业起到些许积极的作用。

2、根据建筑几何形态造型设计幕墙系统

2.1工程概述

沈阳盛京金融中心项目区域在沈阳市和平区南京北街西侧,距沈阳机场27.5 公里,距沈阳北站2.8 公里,紧邻沈阳市和平区城市核心区,总规划用地面积约71598.11 平方米。东西走向的丹东路将项目用地划分为A、B 两个地块, A 地块共包含T1\T2\T3三栋塔楼,其中T2塔楼建筑高度最高,如图1-1所示,本文针对T2塔楼的建筑幕墙分析超高层幕墙的设计要点;塔楼建筑总高度319.04m,裙楼建筑总高度约41.7m,幕墙面积约6.5万㎡。地下3层,塔楼地上67层,裙楼地上6层。结构选型为框架核心筒体系,出屋面结构为钢结构。

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塔楼大面位置采用横明竖隐的单元式玻璃幕墙,平面内为圆弧造型,体现建筑物的体量感;横向装饰条内布置灯具。

塔楼角部凹槽侧面采用单元式铝板幕墙,强化体量轮廓,进一步体现塔楼伸展上升的形态。铝板造型与造型内玻璃幕墙形成的凹槽造型,凹槽整体造型先逐渐收分缩小,到达一定高度后逐渐收分缩增大,形成喇叭口形状。

凹槽内玻璃幕墙为竖明横隐的单元式玻璃幕墙,配合凹槽造型收分,先是竖向外倾弧面幕墙,到达一定高度后逐渐调整为内倾弧面幕墙。

塔楼采用的是单元式玻璃幕墙系统和单元式铝板幕墙系统,建筑表皮的多种形态的造型给幕墙设计带来了较大的难度,而水平圆弧面和垂直圆弧面和铝板凹槽的特殊性,对幕墙系统的设计提出了更高的要求。

幕墙设计必须正确理解建筑几何形态的成型理念,并以此为基础作为建筑幕墙的设计基础,才能正确深化出超高层建筑的幕墙体系。[2]

2.3塔楼大面圆弧幕墙的系统设计要点

大面圆弧幕墙的幕墙板块宽度1.4m,幕墙板块间的折线水平夹角179.5度;因为角度较小,实际放样横梁端部切斜角距离仅为1.02mm,如图1-4所示;

过小的距离车间加工很难实现,横梁端部仍按照90°切角,平面角度安装时,通过接缝调整适应角度变化;最终确定采用板块折线拟合的方式完成圆弧造型,但是本方案一定要合理设置注意前端竖向胶条的截面设计,保证防水性能。

其他建筑幕墙项目,如果幕墙板块水平夹角较大时,一般横梁端部切角≥5mm,横梁端部必须按照实际角度加工,角度通过横梁切角度解决,单元板块角度为实际;由于幕墙水平分格与幕墙板块水平夹角影响较大,所以设计初期应与建筑师充分沟通,做到有的放矢。

单元体幕墙通过幕墙板块上的挂件和与预先设置在结构上的单元体挂座挂接,实现单元体幕墙的的安装;挂件和挂座安装过程中具备三维可调能力;单元体挂座初步选择顶面挂接(槽式埋件+铝合金挂座)和侧面挂接(钢制转接件连接+钢质挂轴)两种方案,如图1-5所示。对于两种挂接方案进行了分析后,确定合理的挂接方式。

工程用于幕墙连接的钢结构环型边梁考虑到工程造价等因素,未考虑弯弧处理,均为直线段;这样就造成了选择侧面连接方案中,转接件长度规格较多,现场焊接量大等不足之处。

本工程用于楼板做法采用成品钢楼承板的楼板型式,标准混凝土板厚为120mm,很难满足槽式埋件的埋设需要;经过与建筑结构院的多次沟通,最终选择楼板外轮廓向内500范围内局部加厚到200mm的做法;满足槽式埋件的埋设需要,需要了解决槽式埋件对于混凝土厚度的问题。

大面位置单元体玻璃幕墙选择顶面挂接(槽式埋件+铝合金挂座)的方案。

2.4凹槽内单元式玻璃幕墙的系统设计要点

凹槽内单元式玻璃幕墙的幕墙板块宽度1,4m,层高为4.2m和5.4m;通过对于幕墙犀牛模型的分析,立面幕墙在14层标高69m的位置为分界线,分界线以下幕墙板块向外倾斜,

由于单元体板块之间的竖向夹角接近180度,采用单元体板块折线拟合的方式实现;尤其应当注意的是分界线以上的幕墙单元体板块(内倾斜),需要关注单元体幕墙的上横梁截面设计。

凹槽侧面转角单元式铝板幕墙的幕墙板块宽度1.7m,出挑龙骨面1.5m,层高为4.2m和5.4m;通过对于幕墙犀牛模型的分析,转角单元式铝板幕墙为规则扭转单元;每层扭转角度小于0.05度,整体幕墙向内侧倾斜2.11度。

由于单元体铝板幕墙的板块扭转造型,通过犀牛软件逐层对板块间翘曲值进行分析;通过得到的数据,按照层数对单元板块进行归集,确定合理的区段划分;选择每5层的单元体铝板幕墙板块进行归类时,翘曲值不大于2mm,满足设计要求;整个建筑立面分为10种铝板单元体幕墙板块。

铝板单元板块造型复杂,出挑距离较多;设计原则考虑功能性与装饰性分离,更好的实现建筑功能和外立面效果;铝板单元体龙骨选择钢铝结合方式;受力杆件为钢材,满足强度刚度要求;铝型材主要解决单元板块插接和排水连续的功能性要求;装饰造型铝板内侧设置铝单板防水板,与钢龙骨挑出的干涉位置采用铝板开洞上下搭接,打胶密封的方式,保证防水性能。

铝板单元板块出挑结构较多,埋件位置受力较大,采用常规的槽式幕墙埋件无法满足要求;经过与建筑结构院的沟通,最终选择采用板槽式埋件,此种埋件采用钢槽与钢板加工制作而成,功能上满足槽式埋件的功能;连接方式为埋件肋板与主体结构钢梁直接焊接,埋件受力能力大大增加。




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