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错位双曲面单元式幕墙的设计与施工

来源:2020论文集  作者:王生 汤荣发  日期:2021-1-27
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    上海黄浦江南延伸段WS5单元188S-M-1地块项目,位于上海市徐汇区,地块北临龙文路、南临规划九路、西临云谣路、东临龙腾大道,幕墙面积约3.4万平方米。项目分为M1、M2、M3、M4共4栋楼。M1为Imax影院,建筑高度29.85米,共4层;M2为办公楼,建筑高度39.85米,共7层;M3为办公楼,建筑高度39.85米,共7层;M4为商业裙楼,建筑高度23.85米,共3层。

  本篇文章内容由[中国幕墙网ALwindoor.com]编辑部整理发布:

  律动的美妙音符|上海国际传媒港项目具有建筑外立面造型复杂、面板种类繁多、外观细节要求严格等特点,项目包含框架玻璃幕墙单元式玻璃幕墙铝板幕墙铝合金吊顶、雨蓬、栏杆、百叶、金属屋面等幕墙系统。项目的重难点在于——错位双曲面单元式幕墙的设计与施工。

  本文将通过介绍工程的错位双曲面单元式幕墙的设计、加工与吊装,特别是错位双曲面单元幕墙构造设计、板块的组装、玻璃面板静压冷弯(词条“冷弯”由行业大百科提供)等技术,对单元式幕墙的设计、加工与施工,提供新的思路及管理办法,也为今后类似工程的实际应用,提供重要参考价值。

  1、工程概况

  上海国际传媒港的工程代号:上海黄浦江南延伸段WS5单元188S-M-1地块项目,位于上海市徐汇区,地块北临龙文路、南临规划九路、西临云谣路、东临龙腾大道,幕墙面积约3.4万平方米。项目分为M1、M2、M3、M4共4栋楼。M1为Imax影院,建筑高度29.85米,共4层;M2为办公楼,建筑高度39.85米,共7层;M3为办公楼,建筑高度39.85米,共7层;M4为商业裙楼,建筑高度23.85米,共3层。(如图1.1、图1.2)

图1.1上海黄浦江南延伸段WS5单元188S-M-1地块幕墙工程效果图

图1.2 项目各栋楼分布平面(词条“平面”由行业大百科提供)示意图

  错位双曲面单元式幕墙分布于M2楼及M3楼,两栋楼的南北立面均呈双曲面造型,其中,M2楼南立面、M3楼北立面在层间位置向内退一段距离,内退的距离从弧形中间向两边逐渐减小,并且每层的完成面向内倾斜,从而形成内倾内退的错位双曲面幕墙造型;类似地,M2楼北立面、M3楼南立面,在层间位置向外凸出一段距离,凸出的距离从弧形中间向两边逐渐减小,并且每层的完成面向外倾斜,从而形成外倾外凸的错位双曲面幕墙造型。(如图1.3、图1.4)

图1.3内倾内退造型的错位双曲面幕墙效果图

图1.4外倾外凸造型的错位双曲面幕墙效果图

  2、错位双曲面单元式幕墙的设计

  2.1、外观设计特点

  M2、M3外立面为带竖向大装饰线条的错位双曲面幕墙,装饰线条表面设置不同颜色且呈一定规律分布,结合层间进退变化的造型,形成优美的曲线效果。(如图2.1)

图2.1M2楼效果图

  M2、M3楼对称分布,幕墙构造形式一致,区别在于两者南北立面错位尺寸的大小,下面以M2楼为例进行介绍。

  M2楼南立面,3层以上为内倾内退的错位双曲面幕墙:采用400mm宽的合金装饰线条,幕墙竖向为往上每层内退一定距离,内退的距离从弧形中间(最大距离927mm)向两边逐渐减小,同时幕墙面向内倾斜,从而形成向内错位的双曲面幕墙。

  M2楼北立面,3层以上为外倾外凸的错位双曲面幕墙:采用400mm宽的铝合金装饰线条,幕墙竖向为往上每层外凸一定距离,外凸的距离从弧形中间(最大距离538mm)向两边逐渐减小,同时幕墙面向外倾斜,从而形成向外错位的双曲面幕墙。

  M2楼东、西立面,3层以上为带400mm宽铝合金装饰条平面幕墙,其与南北立面的错位双曲面幕墙联合成整体,使整个建筑外装饰效果更协调,不同颜色的装饰线条相互辉映、极具动感。

  2.2、错位双曲面幕墙分析

  M2南北面的错位双曲面幕墙,通过建筑造型分析,幕墙中每个分格的立柱倾斜角度不一样,且弧形退台(凸台)的尺寸从中间向两边逐渐减小,同时还需配合立面不同高度的装饰线条,若采用传统的CAD建模模拟,将耗费大量的人力且不便于模型的检查校核,因此,本项目的错位双曲面幕墙采用BIM技术--犀牛+Grasshopper参数化技术进行应用。

  首先,根据建筑要求建立幕墙表皮,并进行幕墙板块划分(如图2.2)。

图2.2M2南立面错位双曲面幕墙表皮模型

  其次,本项目3层以上采用单元式幕墙进行设计,双曲面幕墙整体由每个倾斜进退造型的单元板块组成,单元板块存在翘曲值。通过编制参数化模块,根据设计要求设定幕墙板块翘曲值的区间,软件将会自动对每个曲面板块进行翘曲值分折,以不同颜色进行区别(如图2.3),红色板块显示的是翘曲值超出设定数值范围的板块,绿色板块为设定数值范围内的板块。

  。

图2.3错位双曲面板块翘曲值分析图

  最后,经分析,若单元板块的翘曲值过大,将使得单元板块难以设计及加工。通过编制参数化模块,使幕墙面整体圆滑过渡,重新生成模型,达到最终能够满足建筑外观要求的效果(如图2.4)。

图2.4 错位双曲面板块拟合图

  2.3、幕墙系统构造

  本项目M2楼南北立面,由于倾斜弧形的双曲外立面造型,且上下单元板块之间存在错位,如果采用传统的平板单元板块拼接弧形幕墙、层间错位部位采用构件式幕墙的形式,将使得幕墙的双曲面效果将变得生硬、不自然,且错位部位的连接复杂、施工工序变得繁琐、安装成本较高、工期较长、幕墙整体精度难以控制。因此,经过反复研究论证,结合幕墙造型及参数化模型分析,我方设计了一种错位双曲面单元式幕墙系统,将错位部位的退台(凸台)与立面单元板块设计为一个整体,玻璃面板通过静压冷弯附在双曲面单元框架上,形成错位双曲面单元式幕墙板块。(如图2.5)

  2.3.1 双曲面单元主框架连接

  通过幕墙造型及参数化模型分析,单元板块的两支立柱倾斜角度不一样,从板块平面投影看,两立柱与顶底横梁(词条“横梁”由行业大百科提供)形成一定的角度(角A、角B、角C、角D),板块顶部玻璃面板线与底部玻璃面板线形成最大距离(L5)(如图2.6);从板块侧面投影看,板块左右侧玻璃面板线之间形成最大翘角尺寸距离(L5)(如图2.7),本项目翘角尺寸(L5)最大值为10mm。单元板块中的主横梁均为直线材料,通过拼接,形成倾斜内退(外凸)的双曲面的单元板块框架。

图2.5 错位双曲面单元板块构造大样示意图

图2.6板块平面投影相关控制尺寸示意图

图2.7板块侧面投影相关控制尺寸示意图

  2.3.2 玻璃面板装配设计

  面板采用HS6+1.14PVB+HS6 Double Low-E+12A+TP8mm 夹胶中空玻璃,由于单元板块的框架为倾斜内退(外凸)的双曲面造型,框架翘角最大10mm,需对玻璃面板进行静压冷弯处理,使玻璃面板适应双曲面框架造型,形成双曲面的玻璃面板。经分析,玻璃面板在静压冷弯荷载(词条“荷载”由行业大百科提供)作用下玻璃最大应力(词条“应力”由行业大百科提供)为0.894MPa(如图2.8),在水平荷载作用下(静压冷弯荷载与水平荷载叠加)玻璃最大应力为13.689MPa,因此玻璃面板满足设计要求(如图2.9)。

图2.8 静压冷弯荷载作用下玻璃应力分析图

图2.9水平荷载作用下玻璃应力分析图

  玻璃面板静压冷弯后,通过单元板块立柱竖向的铝合金扣盖进行扣接压紧,扣盖扣压后,通过有效的螺钉连接,使扣盖与主龙骨连接更加牢固,增强对玻璃面板冷弯的扣压效果。(如图2.10、图2.11)

图2.10玻璃面板构造节点图

图2.11玻璃面板静压冷弯后现场安装效果:投影图像均为扭曲效果

  2.3.3 错位双曲面单元板块插接构造

  倾斜的幕墙板块与错位的退台(凸台)组合一起,形成一体化的内倾(外倾)退台(凸台)的错位双曲面单元式幕墙系统。

  (1)内倾退台的错位双曲面单元式幕墙系统:公立柱的插翅与立柱腔体形成整体,与母立柱进行插接。由于板块公立柱带有竖向大装饰线条,插翅与腔体设计成一体,充分利用插翅的功能且形成闭腔型材(词条“型材”由行业大百科提供),增强立柱抗变形能力及稳定性。(如图2.12)

图2.12错位双曲面单元式幕墙横向构造节点

  竖向插接位置,单元板块顶横梁由上横梁、上横梁调节槽、铝扁组成一体。铝扁两端通过螺栓将上横梁与上横梁调节槽连接,调节槽在上横梁后方,每个板块设置三个铝扁连接件;铝扁下方设置保温棉+镀锌钢板,铝扁上方铺设1.2mm厚披水铝板,铝板搭接处设置0.6mm防水雨布(宽度为300mm),上横梁与上横梁调节槽退台表面为3mm厚铝单板。退台截面的宽度通过铝扁的长度进行调整,以适应渐变的弧形退台尺寸。

  上层单元板块的底横梁与下层单元板块的顶横梁进行插接,便完成内倾内退造型的错位双曲面单元板块竖向插接。(如图2.13)

图2.13错位双曲面单元式幕墙竖向构造节点图(内倾内退造型)

  (2)外倾凸台的错位双曲面单元式幕墙系统:公母立柱的插接原理与内倾退台的错位双曲面单元式幕墙一致。

  竖向插接位置,单元板块顶横梁由上横梁、上横梁调节槽、铝扁组成一体。铝扁两端通过螺栓将上横梁与上横梁调节槽连接,调节槽在上横梁前方,每个板块设置三个铝扁连接件;铝扁上方设置保温棉+封口铝板,上横梁与上横梁调节槽凸台表面为3mm厚铝单板+背衬保温棉。凸台截面的宽度通过铝扁的长度进行调整,以适应渐变的弧形凸台尺寸。

  上层单元板块的底横梁与下层单元板块的顶横梁进行插接,便完成外倾外凸造型的错位双曲面单元板块竖向插接。(如图2.14)

  图2.14错位双曲面单元式幕墙竖向插接标准节点图(外倾外凸造型)

  2.3.4 支座设计

  采用挂轴式单元幕墙支座,通过埋件、支座、挂件等挂轴式支座系统部件的配合,可实现单元板块的三维方向及各种角度调整,具体如下:

  (1)支座底板开有竖直方向的螺栓安装长圆孔,槽式埋件与支座底板间通过连接螺栓进行左右、上下位置调节;

  (2)钢支座连接板(词条“连接板”由行业大百科提供)与用作挂轴的不锈钢螺杆的连接处,设有水平方向长圆孔,以此可调整不锈钢螺杆挂轴的进出位置,进而消除土建结构在进出位的误差;

  (3)连接螺栓、螺杆与底座钢板(词条“钢板”由行业大百科提供)之间的钢垫片固定(词条“固定”由行业大百科提供);

  (4)通过预置在单元挂件中的调节螺钉对单元板块高度进行微调。同时,还需要将预置于挂件一侧,调整挂轴螺杆上的定位锁紧螺母,用于定位挂件、防止单元板块在外力作用下沿挂轴螺杆发生大幅度左右位移。(如图2.15)

  图2.15错位双曲面单元式幕墙支座节点图

  2.4、单元系统防排水设计

  本项目单元系统大致的排水路径如下:

  进入第二道等压腔的水通过单元上横梁调节槽的A孔进入前端排水腔,然后顺着横梁前端排水腔先后通过B孔、C孔、D孔(内倾退台)或E孔、F孔(外倾凸台)排到室外。(如图2.16~2.18)

图2.16单元排水线路竖向示意图(内倾退台造型)

图2.17单元排水线路竖向示意图(外倾凸台造型)

图2.18单元排水线路横向示意图

  3、单元板块提料及加工

  3.1、单元板块提料

  完成错位双曲面单元式幕墙系统设计后,利用犀牛+Grasshopper建立的参数化模型,进行下一步的幕墙提料工作。

  (1)直接参数化生成幕墙的构件实体,然后再对主体结构边缘进行建模,进行不同专业的碰撞检测,找到幕墙面板、龙骨与结构干扰的地方,进行幕墙面的调整。(如图3.1)

  图3.1参数化生成实体模型

  (2)单元板块尺寸不一,构件种类规格很多,利用参数化批量地生成了面板、立柱、横梁等的主要构件的详细的加工图(工厂加工级别),大大提高工作效率。(如图3.2~3.5)

图3.2参数化生成铝龙骨加工图

图3.3参数化生成单元板块的尺寸数据图

图3.4参数化生成面板的加工数据

图3.5参数化生成面板的加工图

  3.2、单元板块加工

  3.2.1错位双曲面单元式幕墙龙骨的拼接

  错位双曲面单元式幕墙,为内倾弧形退台或外倾弧形凸台造型,单元板块的重难点为主横梁框架及退台(凸台)部位的拼装。(如图3.6)

图3.6错位双曲面单元板块

  通过参数化模型分析,并结合加工厂的单元组装要求,我们对板块加工的各个尺寸变量进行严格控制,制定一个板块参数表。板块的加工必须按照表中的参数进行切割拼装。

  退台(凸台)位置,上横梁调节槽与上横梁的连接,各连接板连接螺栓必须做好密封防水处理,保证两者为一个密封完整的整体。退台(凸台)错位部位连接铝扁后,错位上下的保温及防水功能必须按加工图要求进行,板块加工过程中任一环节都必须严格把控。(如图3.7~3.9)

图3.7单元板块组装图

图3.8单元板块面板编号及参数表

图3.9单元板块部分型材加工图

  3.2.2玻璃面板安装

  错位双曲面单元式幕墙板块,根据参数表的控制尺寸,确认板块玻璃进行静压冷弯的翘角值,本项目的错位双曲面单元板块玻璃面板最大翘角为10mm。通过竖向铝合金扣盖扣压对玻璃面板进行静压冷弯,为防止玻璃回弹力使得扣盖扣压力不足,采取扣座与立柱之间穿机制螺钉来增强对玻璃面板的扣压力,保证满足设计要求。玻璃静压冷弯稳定后打注板块横向隐框结构胶,按规范要求对结构胶养护成型,再安装室外侧护边、扣条胶条等小部件,板块发车前应再次检查板块是否有变形松动。(如图3.10)

图3.10玻璃面板组装节点图

  3.2.3 单元板块的密封设置

  (1)单元板块立柱与玻璃面板顶底部打注结构胶,与横向隐框通长的结构胶在角部位置形成一体密封。在立柱前端与玻璃面板之间,隔热条内侧抹密封胶。板块排水孔较多,需逐个进行钻孔并进行复查,避免遗漏开孔导致排水不畅。(如图3.11)

图3.11单元板块局部密封组装节点图

  (2)45度交圈的胶条切45度角,采用烙接或者用专用胶水进行蘸接,同时需保证连接的可靠性;

  (3)胶条长度必须达到设计要求,安装时应拉直,理顺,且不能出现少穿、漏穿、胶条过短的情况;

  (4)胶条安装完成后,需要有固定措施,防止运输或由于热胀冷缩影响,而出现胶条松垮或出现搭接不连续的情况出现;如,在穿有胶条的铝型材(词条“铝型材”由行业大百科提供)上下端胶条槽口处用钳子把钳出印记,固定胶条,或采用万能结构胶水分段涂胶水,将胶条固定在铝型材上。

  4、错位双曲面单元式幕墙的施工

  4.1、单元板吊装系统设置

  (1)板块定点堆放

  M2、M3楼的单元板块运到施工现场后,按要求分区域堆放,然后逐层进行安装。因此,在使用轨道进行施工之前,根据现场实际情况,在M2、M3楼二层平台设置一个堆放点,并进行转运、吊装单元板块。

  (2)板块吊装

  整个外立面幕墙工程的单元板块安装,我司利用轨道施工系统进行单元板块的吊装,在屋顶层设计单轨道吊装系统进行板块的安装。(如图4.1)

图4.1 单轨道吊装单元板块图

  4.2、单元板块吊装

  4.2.1 总体吊装方案

  (1)单元板块安装时,在板块存放区使用液压车将单元板块从板块存放架转运到平板车上,然后将平板车推到吊装位置。

  (2)单元板块室外面向上,室内面向下。由专用卷扬机(悬挑机)放下吊绳,吊装人员将吊绳与单元板块固定好,指挥人员指挥专用卷扬机操作工缓慢起吊提升,严格控制提升速度,防止单元板块与结构发生碰撞,造成表面的损坏。

  (3)垂直吊装时要配合使用导轨线(作为单元板块在吊装过程中防止板块摆动的保险绳索用)拉紧单元板块,吊运到安装单元板块指定层。然后换钩进行水平吊运,水平吊运采用轨道电动葫芦将板块就位安装。单元板块在工厂里预制完成,每件板块上有生产合格证及板块的编号、规格,施工人员按板块编号图进行安装,板块总体吊装按此进行。(如图4.2)

图4.2M2单元板块安装顺序示意图

  4.2.2 板块具体吊装方案

  (1)、板块吊装前的准备。

  a、检查准备吊装板块的完好性,核对板块标号;

  b、专用卷扬机、轨道电动葫芦及导轨线就位;

  c、安装单元板块吊装夹具(词条“夹具”由行业大百科提供)(将固定在主立柱或主方管上作为吊点)并经确认其可靠性;

  d、确认对讲机通话的可靠性;

  e、确认所有参与吊装人员已指定位置。

  (2)、板块吊装过程

  a、板块吊装过程由板块吊装上一层的指挥人员负责指挥;

  b、板块在吊装过程应确保所有经过层都有人员监控,防止板块在风力作用下与楼体发生碰撞。

  (3)、板块的插接就位;

  a、板块吊装至单元板块挂点与转接件高度之间相距250mm时,命令板块停止吊装,找准就位点,进行板块的挂接;

  b、板块挂件就位到挂座后,在控制左右接缝尺寸的情况下命令板块继续吊装。此时,由板块安装层人员借助操作平台负责单元体挂件与转接件的对接,板块安装层人员负责上、下两单元板块的横向插接;

  c、在每层板块单元顶横梁和泄水腔外侧安装披水铝板,披水铝板搭接处铺设防水雨布(内倾退台单元板块),披水铝板板必须完整打注胶密封;当胶条有搭接时将增加附加层保证胶条的连续,同时在附加层两侧端部注耐候胶密封;

  d、确认单元板块的挂点,左右插接,上、下插接都已安装到位后,拆除吊具,进行板块调整;

  e、借助水平仪通过调整高度的调节螺栓,实现板块挂件高度方向的微调,从而实现整个板块的标高调整,并且可通过转接件上的长圆孔螺栓实现板块进出位的调整,待调整完毕后进行螺栓的锁紧工作;

  f、本项目设计的单元板块与结构连接节点,可实现三维六个自由度方向的调整。

图4.3 错位双曲面单元式幕墙现场安装图

图4.4 外倾外凸造型单元板块现场安装

图4.5内倾内退造型单元板块现场安装

  5、结束语

  上海黄浦江南延伸段WS5单元188S-M-1地块项目,现已完成所有单元板块的安装,本项目的错位双曲面单元式幕墙系统,获得国家发明专利“一种错位双曲面单元式幕墙”,及实用新型专利“一种阶梯形式的单元幕墙”等多项认可。

第16届AL-Survey门窗幕墙行业大型读者调查活动

  同时,本项目由幕墙承建企业——金刚幕墙集团有限公司,选送入围2020-2021年度“我最喜爱幕墙工程”工程奖评选活动。建筑整体通过立面的内倾斜和外倾斜,从而形成外倾外凸、内倾内退的错位双曲面幕墙造型,配合颜色不同,但又有一定规律的竖向大装饰线条勾勒下,相互辉映、极具动感!光影侓动之间,像一架城市的钢琴,而络绎不绝的人们行走其间,仿似一个个跳动的音符,共同弹奏出一曲曲美妙的乐章。期待项目在工程评选活动中,取得好成绩,再获新殊荣!

项目相关信息:

  所属城市:上海

  幕墙承建:金刚幕墙集团有限公司

  高度:39.85米

  建筑面积:10.04万平方米

  幕墙类型:玻璃幕墙+金属幕墙

  幕墙面积:3.68万平方米

  幕墙造价:8200万元

  型材品牌:兴发

  玻璃品牌:信义

  中国幕墙网工程库gck.alwindoor.com正式收录上海国际传媒港工程,敬请关注对该工程进展、幕墙技术、材料应用等相关资讯的动态更新!
上海国际传媒港
上海国际传媒港M地块幕墙工程,是中央广播电视总台、长三角总部和上海总站所在地。幕墙面积约3.6万平方米。项目分为M1、M2、M3、M4共4栋楼。M1为Imax影院,建筑高度29.85米,共4层;M2为

  密封胶品牌:陶熙

  五金品牌:诺托

  隔热材料品牌:泰诺风(隔热条)

作者单位:金刚幕墙集团有限公司

  如果您知道该工程的更多幕墙(门窗)参建企业、建筑型材、玻璃、胶、五金、隔热材料等材料供应商信息,欢迎提供,经核实后,我们将免费发布。值班邮箱:712050366@qq.com
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