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简单分析株洲外墙清洗超高层建筑单元式幕墙的设计特点

发布时间:2015-09-18  阅读:1996次
世茂国际中心项目位于市台江区群众路与广达路交叉口西南角,紧靠市中心五一广场的香格里拉大酒店,下接台江商圈,上连东街商圈,建筑高度为273m,由一个超五星级酒店和5A写字楼组成,并成为省最高的建筑及整个海西经济区的标志。本工程由华东建筑设计院和法国VP建筑设计院共同设计

    下面由株洲外墙清洗公司为大家详细分析一个株洲外墙清洗工程的一个案例,通过这个案例希望可以对相关人士有所帮助!

  1工程简介

  世茂国际中心项目位于市台江区群众路与广达路交叉口西南角,紧靠市中心五一广场的香格里拉大酒店,下接台江商圈,上连东街商圈,建筑高度为273m,由一个超五星级酒店和5A写字楼组成,并成为省最高的建筑及整个海西经济区的标志。本工程由华东建筑设计院和法国VP建筑设计院共同设计,并由HYDER安诚大地公司担任专业幕墙顾问,幕墙工程由公司承建。外立面建筑做法为全玻璃幕墙体系且带有超大型竖向装饰条,风格严谨而丰富,以单元式幕墙为主。幕墙工程总面积约4.5万m2,其中单元式幕墙的面积约4万m2。本工程对以往单元式幕墙设计的不足之处做了很大的改进,并通过精心的细节设计,各项物理性能均满足工程设计要求,性能测试采用实际样本和仿真状态进行检测。幕墙性能测试是幕墙设计的验证,具有工程里程碑的意义。本工程幕墙气密性能达到国标最高等级一4级,幕墙水密性能达到国标最高等级一5级,抗风压性能达到国标7级,平面内变形性能达到国标3级标准。

  2设计条件

  本工程所在地所处的地理位置和自然条件主要如下:

  (1)气候:工程所在地福州市处于我国气候分区的夏热冬暖地区。

  (2)结构形式:钢结构混凝土框架——核心筒结构体系。

  (3)风荷载:基本风压值为0.7OkN/m2。按5O年一遇。

  本工程所在地地面粗糙度按C类设计。

  (4)气温:幕墙设计最大温度变化值△T取80"C考虑计算。(根据福州的气象资料显示,福州的年极端最高气温42.3"C,年极端最低气温一1.2℃。)

  (5)抗震设防:抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.10g。

  (6)外墙清洗

  3主要材料

  (1)铝材:选用国产优质铝材,立柱等主受力构件材质为6063-T6,型材表面室外氟碳喷涂处理,室内粉末喷涂处理。

  (2)玻璃:可视部位10mmLow—E+12A+8mm中空双钢化玻璃,层间部位8mm镀膜钢化玻璃

  (3)结构胶及密封胶:GE—SSG4400硅酮结构胶,SCS2000硅酮耐候胶。有良好的粘着力和延伸率、抗气候变化、抗紫外线破坏、抗撕裂和抗老化等性能。

  (4)密封胶条:胶条选用EPDM胶条。抗老化性能好,生产容易,无污染,造价低廉,是较为理想的密封材料。

  4单元式幕墙设计特点

  单元式幕墙的构造原理是:根据建筑设计效果分格确定单元板块的宽度,根据楼层高度确定单元板块的高度,并在组装厂中制成单元组件,一个单元板块即为一个受力单元。安装时将单元板块固定在结构楼板(梁)上,采用上挂点设计,受力形式比较简洁、合理。相对于以往单元式幕墙,本工程设计具有如下特点:

  4.1立柱设计

  本工程位于福建沿海台风地区,建筑高度273m,属超高层建筑。根据风洞试验报告,大面风荷载标准值按4.19kPa,局部区域风荷载标准值按6.43kPa取值,相对于一般高层建筑而言,本工程风荷载取值较大,板块分格宽度为1500mm,层高主要有5000mm、4275mm、3700mm等,从而使得幕墙主受力立柱型材截面较大,超大铝材模具的生产难度较高。按常规做法,立柱外侧装饰盖板与立柱通常为两个单独型材组成。结合本工程的具体情况,通过对立柱和装饰盖板两者的合并,使其成为一个整体,增大了立柱的轴向尺寸,即有效增大了立柱惯性矩,比未合并时设计的立柱惯性矩增大了约1O左右,从而使得安全和经济性能都得到了充分保证。详见图1。

  立柱的设计是幕墙结构设计的重要部分,它与面板和支承结构体系组成完整的幕墙结构系统,它只承受直接作用于其上的荷载和作用,不分担主体结构的荷载和作用。因此,对于幕墙立柱设计,应遵循一定的设计原则,需考虑在重力荷载、风荷载、地震作用、温度作用和主体结构位移影响下的安全性。

  4.2转角板块设计

  在单元式幕墙工程实例中,当遇到幕墙转角时,由于受到超高层建筑现场安装场地条件,加工及安装设备等情况限制,通常每个分格做成独立的单元板块拼接。由于转角板块处加工及安装误差相对标准平面板块控制较难,经常使得幕墙板块在现场安装时无法准确就位或就位后又存在配合不到位的情况,必然导致转角处成为整个幕墙工程漏水的最大隐患。随着现代加工及安装技术的不断发展,加工、测量和安装设备的不断改进,对加工和现场误差控制水平也越来越精确,综合本工程建筑外形特点,设计过程考虑到超高层幕墙安装简便性和可操作性,将29度等转角区域设计成三个分格连成一体的整体板块,一方面提高了板块安装的工作效率,另一方面转角板块合成整体后,幕墙开缝减少,配合严密,消除了薄弱环节漏水的隐患。一体化设计不仅满足建筑的美观造型,同时提高了产品性能。详见图2。

  由于超高层幕墙所受的风荷载值较大,一体化转角板块较大,连接杆较多,受力情况也较为复杂,所以本转角结构使用同济大学3d3s软件进行建模进行全面的结构受力分析,找到铝框架结构受力最不利、最薄弱的环节,分析结果详见图3、4、5。最不利工况的计算分析结果:强度应力/设计强度的最大比值为0.93<1,满足要求;整体稳定性应力/设计强度的最大比值为0.92<1,满足要求;剪应力/设计强度的最大比值为0.08<1,满足要求;最大转角位移为一9.Imm

  4.3转接挂件系统设计

  在超高层建筑大风压的基本前提下,单元式幕墙的上墙挂件常常采用Q235B材质钢材,建筑行业钢材的加工精度相对来说较低,误差一般较大,从而会造成单元式板块现场安装时可能由于误差而无法就位,影响了施工效率;另一方面,由于气候环境的影响,钢材的耐候性能也进一步受到挑战,某些工程因为钢材连接件表面防腐处理不当而生锈,从而导致构件变形,严重的情况将出现腐蚀断裂等引起的安全事故。本工程单元式幕墙转接挂件采用铝合金挂件,材质为6O61一T6高强航空硬铝,其质量轻,强度高,不生锈,防腐性能较钢挂件优越。且在实际生产过程当中铝合金挂件为挤压成形,其加工精度相对钢挂件也较高,可有效控制整体工程的施工质量,提高建筑的安全性能等级。详见图6。

  在超高层幕墙转接挂件系统的设计中,也充分考虑了温度变形、主体位移及施工调整位移量的吸收。具体做法是在单元板块左、右两个铝合金挂钩上进行设计,在其中一边的挂钩上采用螺钉锁入挂座的圆弧导轨进行板块定位,一边挂钩放松可以在挂座的圆弧导轨内进行自由伸缩。幕墙单元板块安装在建筑上,不允许其在各种荷载作用下产生整体板块的位置移动,因而锁定一边的挂件系统。幕墙板块在温度等外部因素作用下产生伸缩、位移等变化时,另一边的挂钩可以沿挂座左右移动,而整体板块的相对位置保持不变。单元式幕墙的安装系统挂座、挂钩,均需在单元板块吊装前调整到位。单元板块吊装后,对通过微调螺栓对之进行上、下方向的微调,不做较大位置尺寸的调整,同时,通过计算层间位移量、风压变形量、温度变形量等引起的幕墙单元板块的变形变位量,使单元板块的上下或左右的打开和闭合移动尺寸量完全符合结构的需要。

  4.4超大竖向装饰条设计

  按建筑设计师要求,本工程建筑大面竖向分布有400x200mm大型铝装饰条,伸出玻璃面长度方向为400mm。装饰条的固定方式和截面形状设计是关键。设计采用与立柱多点固定和隐藏式螺钉固定的方式,满足结构受力需要,同时通过分段设计,将装饰条分成两部分开模,减少了超大模具的生产难度,顶底处采用螺栓固定防止竖向脱落,满足了建筑效果。此外,此装饰条与单元板块独成体系,可与单元板块同时吊装。详见图7

  为方便单元板块的运输,分开运输单元板和装饰条,吊装前在现场将装饰线条与单元板块组装完成,之后随单元板块直接进行吊装,安装方便快捷。而且在设计时,充分考虑了其便于维护性,在对玻璃板块或装饰线条进行维护更换时可以顺利地实施。

  板块竖向装饰线条设计需考虑到装饰线条与竖料的整体效果,将装饰线外凹槽的效果统一设计,装饰条凹槽深度尺寸统一为20mm,使建筑效果更加美观。

  4.5其他重要的部分设计要点

  (1)高度大于200M或体形、风荷载环境比较复杂的超高层建筑,会引起建筑周围局部地区的风速的增加和紊乱,进行风洞试验可以对每个独立项目的风荷载提供较为准确的评估,荷载取值能够较准确反映项目的实际情况。另一方面,通过测试得出的大面风荷载测试值常常比国家规范计算出的建筑部分小一些,将更具工程的经济性;而不利工况部分一局部测试值高于国家规范的计算结果,在设计时又将能够保证特殊位置幕墙的安全性。对于幕墙分包工程而言,除预埋件外的幕墙构件的安全等级一般不超过二级,尽管建筑主体的结构安全等级为一级。

  (2)单元式幕墙在风压和地震作用下,必须有适应建筑主体结构的位移能力。只有幕墙本身的平面内变形能力大于主体结构的变形,才能保障幕墙不会被破坏。因而,在水平、垂直方向的可调位移设计中,单元式幕墙应综合考虑温度变化、施工误差和主体结构位移的影响,本工程设计的水平伸缩缝为13mm,竖向伸缩为25mm,满足了工程设计的要求。

  (3)本工程大装饰条对幕墙遮阳系数的综合影响取决于遮阳板的外挑长度,在有外遮阳的楼层部位处,幕墙遮阳系数=玻璃的遮阳系数×外遮阳的遮阳系数;在无外遮阳楼层部位,幕墙遮阳系数即为玻璃的遮阳系数。

  (4)在大空腔的装饰型材及连接处,系统设计采用了柔性材料及多孔隔声材料填充避免风啸和降低噪音。其他幕墙构件的连接部位,为避免刚性接触,设置柔性垫片或预留1~2mm的间隙内填胶,从而防止产生摩擦噪声。

  (5)单元式幕墙系统中四个相邻板块的十字缝处设置了插接水槽与铝披水板,并保证横竖胶条在此处的整体密封,实际操作过程中详细注明了施工打胶密封做法,从而有效的保证了系统的防水性能。

  (6)本工程的开口型材在计算时,考虑了型材的侧向失稳及根部应力。另因水槽底部插接部位需承受较大弯矩,通过结构计算,对水槽型材的截面也做了合理设计。在支座反力计算过程当中,因存在施工误差,水平荷载偏心距离考虑了放置的最大允许误差,取最不利的工况计算。

  5结束语

 

  单元式幕墙技术也日益成熟,物理性能要求也越来越高,等其应用也将越来越广泛。随着海西建设的如火如荼,超高层建筑已成城市的主角,单元式幕墙凭着其加工精度高和施工快捷的优势,成为了超高层建筑的首选。为了规范福建省的建筑幕墙设计,福建省图审中心对单元式幕墙设计说明提出了文本规范性的编写要求,对本工程单元式幕墙设计具有指导的意义。超高层建筑群将推近城市都市化的进程,同时行业标准也在不断的提高,在抗震、风压、消防、人防等方面提出了新要求,单元式幕墙在建筑的应用也将带来更高的城市标准。本文针对超高层建筑单元式幕墙设计特点和要点,以及一些新的结构造型做了初步探讨,不足之处,敬请指正。株洲外墙清洗编辑。来源: 株洲外墙清洗公司  http://www.dulougs.net/


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