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幾塊鋼板的藝術,淺析單元式鋼結構異形幕墻體系!

瀏覽: 時間:2019-09-23

在世界的幕墻發展史中,中國的幕墻在發展史近30年左右,然而在近30年的發展史上,國內的幕墻始終秉承著幕墻的橫豎框的概念中,即幕墻在設計與計算中應清晰表達橫框與豎框的關系,豎框與主體連接,橫框與豎框連接并保持伸縮量,這樣做有利益幕墻對于外力吸收和釋放。

本次項目是杭州金地自在城的一個售樓處,案例中沒有橫豎框的概念,它是一個沒有規律可言的形體結構,在這里我們無法證明那根是橫框,那根是豎框,所以給他起了個名字叫:單元式鋼結構異形幕墻體系。

幾塊鋼板的藝術,淺析單元式鋼結構異形幕墻體系!

該項目屬于復雜的異性鋼結構系統,是由15毫米的鋼板拼成不規則的形狀(鋼板局部交接節點圖1),與主體連接采用單元式幕墻的掛接方式安裝(鋼構掛接節點圖3)。玻璃安裝采用明框壓板的形式安裝。(鋼構與玻璃安裝節點圖2)

幾塊鋼板的藝術,淺析單元式鋼結構異形幕墻體系!


15毫米厚鋼板局部交接節點圖1

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鋼構與玻璃安裝節點圖2

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鋼構掛接節點圖3

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整體異型鋼結構圖

設計理念

該項目最初的想法,業主的想法是采用類似古民居的窗棱,里面糊的白紙,外面是窗棱的線條感,讓人有一種回老家的親切感。大家也都找了一些參考,但都是一些鏤空沒有安裝玻璃的裝飾構件。對于建筑采用15毫米厚鋼板作為建筑的主體的帷幕結構,當時具有很多的爭議,原因在于15毫米厚鋼板在1米內有一定的強度;但當15毫米厚鋼板長度已經超過20米以上且斜面放置時就像一根面條,沒有任何強度可言。

對于這個問題,業主也是邀請了一些設計師與鋼結構的廠家參與討論方案是否有可行性,然而他們的意見是沒有可實施性,我的想法是鋼板雖然沒有強度,但整體建筑形成N多穩定的三角形,只需要在不透明處給鋼板加T型肋板,達到整體穩定的效果,鋼板可以進深加寬,達到外部抗風壓變形,采用單元幕墻的掛接方式安裝,把整個鋼結構制作成一個整體,這樣可以避免不規則鋼板要采用伸縮的要求,然后我們就用了很牛X的計算軟件證明了我們的設計理念是沒問題的。只有建筑大師們你們敢想,我們就能幫你實現。業主為了化解自己的疑云特意找了5家大型建筑設計院進行圖審,結果是一一通過審查。

施工方法與順序

第一步:首先對圖紙的確定,對于所有掛點的定位和調整,完成后對于所有掛點的模擬驗算,這一點很重要。

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ANSYS整體結構、玻璃的受力模型

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結構受力模型的局部變形

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結構受力模型的局部應力圖

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模型整體變形圖

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模型整體應力圖

第二步:是按圖紙出整個鋼結構的定位圖紙,尋找一個較好的定位點,對所有的交點中心進行X,Y的坐標定位。出好定位圖紙后交與技術人員,然后找一塊50×20米的平整空地進行1:1放樣。

第三步:設計人員做好每一塊鋼板的放樣下料,完成后拼接成N個小單元,然后在放好樣的水泥地面上對接,拼接的同時用水平儀測量鋼結構的平整度。

鋼架吊裝好后準備噴面層漆

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鋼架面層漆完成

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玻璃安裝好后安裝鋁板

第四步:單元拼裝焊接時采用一些鋼板或鋼方管固定裝置控制焊接時對于節點處的鋼板變形。

第五步:單元結構在地面整體焊接完成時進行一次整體吊裝,只需把整體單元鋼結構吊離地面即可,吊離完成后停留1小時后在放回原來的位置上,吊掛的時候一定要采用兩臺吊車,吊掛點與鋼結構的掛點位置相同,并且保持各個掛點的受力平衡。這樣做主要是要鋼結構在自然下垂后產生自然變形。

第六步:開始安裝一些附件后安裝加工好的玻璃和鋁單板,玻璃和鋁單板在第三步時可以和鋼板同時下料,以便加快施工進度。安裝的玻璃和鋁單板都必須在地面安裝完成,待所有玻璃和鋁單板安裝完成后,拆卸一些邊部的鋁板和玻璃主要是怕會有一些地方影響安裝。安裝完成后有拆卸主要是考慮到立面安裝的不方便行,這樣完成后會留下安裝完成的孔位,帶立面安裝時更加方便快捷。

第七步:采用兩臺吊車整體吊裝,安裝完成后只需2個小時。完成后補裝拆下的玻璃和鋁單板,進行邊部玻璃和鋁單板的修正和安裝,最后打密封膠。整個安裝和加工過程互不影響,且雨天沒有影響施工進度。且完全滿足業主與建筑師的要求。起初這個建筑只是金地業主的一個售樓處,使用3年,作為一個臨時建筑,制作完成后業主打算保留這個建筑小品。使這個建筑小品成為此處的休閑會所。

幾塊鋼板的藝術,淺析單元式鋼結構異形幕墻體系!
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完成后的室內室外效果

對于這個項目的心得,我覺得工程的設計與思路很重要。我把這個結構的施工方式稱做單元式鋼結構異形幕墻體系。這個工程里沒有橫框和豎框的概念,它是一個整體,所有我采用ANSYS整體建模的形式模擬計算。建模的時候把鋼結構、鋁單板、玻璃同時建模完成,開啟大變形,加風壓荷載,使之整體變形后有什么變化。整個鋼結構制作工廠化和機械化程度高,整體抗震性能非常好,鋼板展現出整體建筑之美。


金年会