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苏州中心内圈及大鸟幕墙设计(上)

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拾荒者 | 2019-10-5 20:59
  苏州中心广场项目(内圈)及大鸟形屋面幕墙系统包括EWS01-EWS12,采光顶,大鸟屋顶,下层广场,连廊,5#6#塔楼裙楼部分,室外吊顶,BMU防坠落系统等等,由于幕墙系统较多,主要幕墙系统有30余个;幕墙体量大,幕墙面积超17万平米,幕墙种类多,相互之间收口多,异形幕墙多,曲面幕墙、双曲面幕墙种类较多,施工工艺复杂。

  作者:苏州金螳螂幕墙有限公司技术中心  严红祥

  苏州中心广场项目(内圈)及大鸟形屋面幕墙工程北临苏秀路、南到苏惠路、西起星阳街、东至星港街,包括:A、B、C和J地块及大鸟形屋面幕墙工程;苏州中心广场位居苏州市CBD核心位置,轨交1号线、6号线贯穿整个项目区域,项目整体占地21.1公顷,净地面积13.9公顷,总建筑面积约182万平方米,其中地上建筑面积130万平方米、地下建筑面积52万平方米幕墙系统包括EWS01-EWS12,采光顶,大鸟屋顶,下层广场,连廊,5#6#塔楼裙楼部分,室外吊顶,BMU防坠落系统等等,由于幕墙系统较多,主要幕墙系统有30余个;幕墙体量大,幕墙面积超17万平米,幕墙种类多,相互之间收口多,异形幕墙多,曲面幕墙、双曲面幕墙种类较多,施工工艺复杂。

一、幕墙设设计构思及原则   

  ◆ 通过幕墙技术与实现建筑效果

  ◆ 充分展现幕墙技术的实用性与艺术性的完美结合

  ◆ 合理的构造措施使幕墙的功能性和经济性有效结合

  ◆ 不同的幕墙系统组合,实现复杂建筑空间效果

  ◆ 通过简单的手段实现复杂体系且满足相关要求

  幕墙设计是在建筑设计及顾问公司的基础上深化与完善,在不对建筑结构造成大的改动的条件下,对幕墙的方案优化和幕墙的可实现性进行了调整。

  优化设计范围覆盖了:框架式玻璃幕墙、全玻幕墙、石材幕墙、金属板幕墙、格栅幕墙、采光顶、GRC吊顶幕墙、蜂窝铝板、铝合金百叶、玻璃栏杆、雨篷、旋转门、平衡门、地弹门、伸缩缝系统、水幕墙系统、防风雨百叶、消防电动排烟窗、大鸟屋顶和BMU防坠落系统等。

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  在深化设计时,以幕墙各项性能及视觉效果为标准。主要包括风压变形性能、空气渗透性能、雨水渗漏性能、保温性能、隔声性能、平面内变形性能、耐冲击性能、防火性能、防雷性能、防腐性能、节能环保性能、经济合理性等;充分考虑了风荷载、地震作用、温度应力等对结构的影响;保证了幕墙结构的安全可靠,同时使构件整体具有良好的吸收应变的能力,幕墙龙骨与主体结构连接我们设计为三维可调节,不仅在安装过程中可以很好的满足结构精度方面的误差,在冲击荷载作用下能吸收大部分能量,在地震作用下,能吸收大部分地震能量,使幕墙相对比较安全。

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  作为幕墙专项设计,我们深入研究建筑设计的总体构思和建筑师的设计意图,在满足外观效果和各项性能指标的前提下,我们最大限度的优化设计方案,合理选用各种材料,对受力构件我们经过精心的结构计算,在保证安全和节能的同时,把成本控制在最低的范围,并且在满足相关标准和规范的同时,最大限度的降低能耗。

  苏州中心广场项目(内圈)及大鸟形屋面幕墙工程包括:A、B、C和J地块及大鸟形屋面幕墙工程。

  A区位于整个建筑群的北面,南面与J区相接,渐渐向东北方向延伸,立面上的上下层之间有较大的进出关系,形成空间上较多的错层关系,加上平面上的圆角及半径不等的弧线较多,分布于不同的位置。

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  A区在平面上呈不规则分布,每层均有相对措层,上下层之间的错动和相对位置的渐进变化,并且幕墙设计立面造型丰富材质种类相对较多,把建筑作品与工艺品之间的距离拉得较近,在立面上同样呈不规则分布,每层上下层之间相对措动,一部分形成吊顶,一部分形成露台,上下层之间的错动和相对位置的渐进变化,立面表现得比较丰富。

  A区立面典型立面效果图如下图所示:

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  在设计过程中充分考虑了与周围环境相协调以及该楼所具有的科技含量及文化沉淀,不仅映像了苏州海纳百川的现代都市气息,亦将苏州是小桥流水等之画面融入建筑设计。设计以流畅舒展的形象展现给苏州市民,为苏州代表性的商业地标。

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  B、C区之间由一条连廊分隔开,位于整个建筑群的南端,南面向东南延伸,北面与J区连接,B、C区位于整个建筑群的南面,北面与J区相接,立面同样是上下层之间有较大的进出关系,形成空间上较多的错层关系,加上平面上的圆角及半径不等的弧线较多分布, 大鸟屋面对整个建筑裙楼的修饰,与A区形成呼应的效果。

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  B、C区在平面上同样呈不规则分布,每层均有相对措层,上下层之间的错动和相对位置的渐进变化。

  B、C区立面典型立面效果图如下图所示

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  我们在选择幕墙结构时,在满足外视效果的同时也考虑了幕墙的经济性、施工组织的合理性,精选出性价比高的结构用于本工程。幕墙设计构想力求与设计院的建筑立面设计思路及结构特征相吻合,并通过幕墙设计加以完善,力争达到:尊重并完善现有城市结构的同时推动该地块的发展,既要体现庄严、稳重的特色,也要充分体现主体建筑的现代风采,使之成为新的标志性建筑,幕墙外观效果应富有时代气息、庄重而简约,大气而不奢华。

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  J区南北分布,南面与C区连接,北面与A区连接,位于整个建筑群的中轴线位置,J区作为整个商业的中轴线位置,南北分别连接BC区和A区,上空被大鸟部分覆盖,内廷设计了观光电梯,观光电梯外侧设计了观赏性比较高的树结构形状的钢结构。

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  J区处于整个建筑群的中轴线位置,上空被大鸟部分覆盖,内廷设计了观光电梯,观光电梯外侧设计了观赏性比较高的树结构形状的钢结构,钢结构树平面上呈不规则的圆形分布形状,上下层大小不一样,在高度方向呈渐变形态,外层做三角形分格的玻璃幕墙,整体呈现出类似中国花瓶的形状,J区在立面上同样呈不规则分布,从不同的视角均有较大的差异,立面表现得比较丰富,玻璃幕墙的平整加上上下层之间的错层关系及平面的不规则、使玻璃幕墙在空间上有较大的立体感;观光电梯外侧的树结构,及树结构与曲面的玻璃幕墙组合后形成比较新颖的建筑视角, 大鸟部分的整体曲面覆盖整个商业建筑;这样多元素的组合,多种不同建筑风格的建筑有机的组合在一起,在视角上展现出了丰富的视角大餐,给苏州人民乃至给世界人民展现建筑艺术的博大精深。

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  大型建筑的优雅、和谐、流畅是公众和城市的必然要求,而幕墙本身已经具备了非常高的可观赏性,在效果设计上,我们对业主提供的图纸进行了认真的分析,力求采用最合理可行的结构来完成设计师的创意及构思。

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  确保型材的固定件、连接件不外露,具有较高的工艺观赏性。结构稳定可以保证结构的安全,同时也会产生一种结构稳定所特有的美感,失稳的结构会给人带来危机感,造成人的紧张,使人很不愉快。但过于保守、粗放的设计则又显得笨拙、累赘,缺乏灵气,也会使人不愉快;本工程幕墙系统在满足结构强度要求的前提下,采用最合理的断面设计。

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  大鸟部分位于整个内圈商业裙楼的上面,基本覆盖整个内圈商业裙楼是的上空南北分布,南面与C区连接,北面与A区连接。大鸟型幕墙分布如下图所示:

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  幕墙已成为整个建筑的一个有机组成部分,越来越多地参与了整个建筑的功能建设。其对于整个建筑的环保节能性能的影响,已经到了至关重要的地步。在以上原则得到充分保证的基础上,要充分考虑幕墙的经济性、效益性,提高幕墙的性价比,在确保满足国家规范的基础上,合理地使用材料,巧妙地、合理地发挥各种材料的特性,集中优势、精心研究,创造精品。

二、典型幕墙系统说明和介绍   

  EWS-09系统对应的典型效果图如图所示:

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  EWS-09系统对应的典型大样图如下图所示

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  EWS-09幕墙系统节点分析介绍:此系统为树结构幕墙,表面明框玻璃幕墙。 玻璃采用SGP胶片玻璃。

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EWS-09幕墙系统竖向节点

  铝型材及铝板表面处理(室外):最少厚度不小于40微米的最少三涂两烤的氟碳喷涂,氟含量大于70%,需满足AAMA2605中20年性能要求。

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EWS-09幕墙系统三维示意图


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EWS-09幕墙系统三维效果示意图一


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EWS-09幕墙系统三维效果示意图二


  EWS-10:主要位于J区中轴线西立面3-7层。 此系统为竖明横隐玻璃幕墙系统,凸阳台为竖明横隐玻璃栏杆系统,层间为背栓式开放式石材系统,30mm厚花岗岩背附玻璃纤维增强网(铝龙骨)和弧形造型铝板。铝合金扶手表面木纹处理 玻璃采用采用最小8mm半钢化玻+1.52PVB+8mm半钢化玻璃及最小8mm钢化玻璃+1.52SGP+8mm钢化玻璃。石材背栓采用不锈钢316L材质。 石材铝合金背板采用2mm 3003或5005系列铝合金板。 石材防护剂,除了石材背面均进行无色渗透性防护剂处理,六面防护剂处理,防护剂处理不少于4涂。

  EWS-10系统对应的典型大样图如下图所示

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  EWS-10系统对应的典型效果图如下图所示:

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EWS-10幕墙系统竖向节点


  EWS—10幕墙系统,30mm厚花岗岩背附玻璃纤维增强网(铝龙骨)和弧形造型铝板。铝合金扶手表面木纹处理,三楼有平衡门。

  钢支采用Q235B,热镀锌处理,镀锌层不低于85um。 石材防护处理为:除了石材背面均进行无色渗透性防护剂处理,六面防护剂处理,防护剂处理前必须干燥处理。防护剂处理不少于4涂, 弧形造型铝板:至少3mm’厚度,尺寸渐变,表面氟碳喷涂处理。

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EWS-10幕墙系统三维示意图


  EWS-11AB主要使用于J区1-2层。:全玻幕墙,玻璃肋,局部铝板系统。旋转门,平衡门,夹胶彩釉玻璃雨篷,SGP玻璃栏杆系统(不锈钢球胶夹具),SGP玻璃百叶消防电动窗系统(同步器),横隐竖明框架式玻璃水幕墙。铝合金扶手表面木纹处理,

  EWS-11AB系统对应的典型大样图如下图所示:

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  EWS-11SAB系统对应的典型效果图如下图所示:

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  EWS-11幕墙系统主要有:全玻幕墙,玻璃肋,局部铝板系统。旋转门,平衡门,夹胶彩釉玻璃雨篷,SGP玻璃栏杆系统(不锈钢球胶夹具),SGP玻璃百叶消防电动窗系统(同步器),横隐竖明框架式玻璃水幕墙。铝合金扶手表面木纹处理。

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EWS-11幕墙系统竖向节点


  EWS-11幕墙系统采用:玻璃采用8mm超白半钢化玻璃+1.52PVB+8mm超白半钢化玻璃。(全玻系统,水幕墙) 玻璃采用8mm超白钢化玻璃+1.52SGP+8mm超白钢化玻璃。(玻璃百叶系统)玻璃采用8mm钢化玻璃+1.52SGP+8mm钢化玻璃。(栏杆系统) 玻璃采用8mm半钢化玻璃+1.52PVB+8mm半钢化玻璃。(玻璃雨篷系统,彩釉玻璃) ,铝单板采用3mm,表面氟碳喷涂处理。

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EWS-11幕墙系统三维示意图一

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EWS-11幕墙系统三维效果示意图


  横隐竖明框架式玻璃水幕墙及其支撑钢结构系统,边部折叠式玻璃幕墙。SGP玻璃栏杆系统(不锈钢球胶夹具)。铝合金扶手表面木纹处理(粉末加蒙菲斯木纹膜)。 玻璃采用8mm半钢化玻璃+1.52PVB+8mm半钢化玻璃。(水幕墙,彩釉玻璃) 玻璃采用最小8mm半钢化玻璃+1.52PVB+8mm半钢化玻璃。(三层竖明横隐玻璃幕墙系统) 玻璃采用最小8mm钢化玻璃+1.52SGP+8mm钢化玻璃。(栏杆系统)。铝型材及铝背板表面处理(室内):粉末喷涂,厚度不小于60微米。 铝型材扶手(木纹处理): 不锈钢夹板、不锈钢夹具、不锈钢吊夹等采用316L材质。

  EWS-12系统对应的典型大样图如下图所示:

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  EWS-12系统对应的典型效果图如下图所示:

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EWS-12幕墙系统分析介绍


  EWS-12幕墙系统位于4-7层:横隐竖明框架式玻璃水幕墙及其支撑钢结构系统,边部折叠式玻璃幕墙。SGP玻璃栏杆系统(不锈钢球胶夹具)。铝合金扶手表面木纹处理(粉末加蒙菲斯木纹膜)。

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EWS-12幕墙系统竖向节点


  不锈钢夹板、不锈钢夹具、不锈钢吊夹等采用316L材质。 钢结构:等级Q235B,局部Q345,表面氟碳喷涂处理,最少厚度不小于40微米的最少三涂两烤的氟碳喷涂,氟含量大于70%,需满足AAMA2605中20年性能要求。

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EWS-12幕墙系统三维示意图


  铝型材:结构构件采用6063-T6,最小原厚度3mm及非结构构件采用6063-T5。 铝型材及铝板表面处理(室外):最少厚度不小于40微米的最少三涂两烤的氟碳喷涂, 铝型材及铝背板表面处理(室内):粉末喷涂,厚度不小于60微米。

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EWS-12幕墙系统三维效果示意图

  采光顶类型一(SL-01)系统对应的典型效果图如下图所示:

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光顶类型幕墙系统分析介绍


  采光顶顶面夹胶中空彩釉玻璃,铝合金框架式系统。侧面横明竖隐框架式玻璃幕墙;链式消防电动开启窗,下悬开启70度,配多点锁驱动器。 玻璃采用8mm钢化玻璃+12A暖边间隔条+8mm钢化玻璃+1.9PVB+8mm钢化玻璃(双银Low-E膜在2#面上),局部弯弧玻璃(侧面) 附加钢结构:表面处理同采光顶钢结构,顶面做防坠落系统。

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采光顶类型幕墙系统竖向节点

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采光顶类型幕墙系统三维示意图


  大鸟形屋面:大鸟形屋面系统。玻璃和格栅系统,采用不锈钢球胶夹具,不锈钢挡堰。与主体钢结构焊接由幕墙单位提供材料,主体钢结构单位焊接,详见图纸。玻璃多种彩釉处理,部分玻璃采用彩色胶片,详见图纸,由建筑师确定。格栅表面氟碳喷涂处理,多种颜色,边部铝板系统。 玻璃采用最小10mm半钢化玻璃+2.28PVB+10mm半钢化玻璃。(彩釉玻璃,局部彩色pvb胶片) 铝单板采用少3mm,表面氟碳喷涂处理。铝型材采用结构构件采用6063-T6,最小原厚度3mm及非结构构件采用6063-T5。 大鸟形屋面已经做防坠落系统。  

  大鸟形屋面对应的典型效果图如下图所示

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  另外:还有连廊幕墙系统,吊顶幕墙系统、 5#裙楼入口幕墙系统、6#裙楼入口幕墙系统等。

三、幕墙工程重点难点位置分析及解决方案   
  
  树结构玻璃幕墙体系

  位置:J区中轴线西立面3-7层,幕墙结构:全明框夹胶玻璃幕墙系统,幕墙玻璃形式——6mm(HS)半钢化玻璃+1.52SGP+6mm(HS)超白半钢化夹胶彩釉玻璃。

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典型部位三维效果图


  为确保该项目独特的建筑造型和建筑设计理念的完美实现和全新展示,我司技术团队针对树结构进行了系统化的分析和设计。运用BIM技术对树结构进行建模成型设计。是以三维数字技术为基础,集成了建筑工程项目中设计、建造、管理、运营等各种相关信息的工程数据模型。建筑信息模型是数字技术在建筑工程中的直接应用,以解决建筑工程在软件中的描述问题。

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树BIM模型图


  针对树形结构模型进行玻璃板块数据链分析;并进行数据统计,北树有22%的玻璃板块面积超过2.5平米,南树有25.5%的玻璃板块面积超过2.5平米,据规范《采光顶与金属屋面技术规程 JGJ_255-2012》 3.4.6条文可知:玻璃面板面积不宜大于2.5平米,长边长不宜大于2米,为提高安全性,将树结构玻璃板块面积超过3平米的板块中间附加一个分格,分成2个板块,减小面积,控制玻璃挠度,从而提高安全性,据此对BIM模型进行修整如下:

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树修正BIM模型图


  根据BIM模型数据针对建筑造型进行分析:由于密 封胶的变位极限为-50%~100%,对应原胶缝距离大小10~40mm,原胶缝宽20mm,进行±5°建筑变位设计后胶14.9~25.2mm,满足胶变位要求;根据BIM模型分析可知,板块夹角变化范围在-22°~+23°范围之间,所以附框需按照10°为间隔单位开模,依上图可知±5° 建筑变位满足胶变位要求;

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±5°建筑变位分析


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适应各角度型材模图


  根据BIM模型数据针对建筑造型进行:结构平面外变形幕墙适应性分析:先求解节点相对位移最大极值对应相邻板块夹角角度变化,将板块平面外变形转化到板块间空间夹角的变形研究上,合页式附框多点压固系统完全可适应结构平面内变形幕墙适应性分析:据结构计算可知,平面内变形造成的胶缝最大拉伸量为11.25mm,最大压缩量为8.51mm;平面内胶缝变位计算:

  20mm-10mm-8.51mm=1.49mm

  (其中10mm为胶变位极限后值,8.51mm为平面内变形最大压缩量)。

  综合考虑以上因素,另需考虑施工误差±2mm,为提高玻璃板块的安全性,将胶缝由20mm改为25mm,以适应建筑造型设计、平面内及平面外变形设计。

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