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全球首个自由形态外骨骼网架结构幕墙是怎样设计的?
来源: 时间:2019-07-09 10:28:05


慕墙效果图-W.jpg


   01 
项目概况

该工程位于澳门氹仔岛,是一座由扎哈建筑事务所设计,意在打造澳门新地标的高档综合酒店。该工程楼高154.8m,共43 层,幕墙面积约4.5万㎡。其外视效果为:铝板包覆的渐变受力网架骨骼在外,玻璃幕墙在内,楼体中间以流畅的曲面过渡出三个如宝石般的空洞(图1)。这是全球首个采用自由形态外骨骼网架结构的摩天大楼,气势雄伟、坚如磐石地耸立于路氹城心脏地带,其镂空设计与屋顶、墙壁和天花板相融合,突破传统也为城市建筑形象进行了一次饶有趣味的探索。其外观造型如一件雕塑作品,大楼中央的镂空部分以“8”字为设计概念,突显结构的复杂性,以及复杂结构在流线下的优美。左右两栋大楼的平台和顶层相连,中心位置亦有两道桥连接,即便身处室内也能感受到镂空设计的特色。其外骨骼网状钢结构包围着混凝土核心,突显出该楼的独特形态,另有五种不同玻璃面板以及双曲铝板来强化视觉效果,不仅赏心悦目,更减少了内部所需的结构物。

02 幕墙设计特点


(1) 渐变网架骨骼位于最外层,玻璃幕墙在网架骨骼内。 

(2)层间与可视区采取分离安装模式,做成不同的单元板块。层间板块与结构四点支撑, 可视板块从室内安装,卡入两个层间板块之间,坐立在下一层的层间板块上。

(3)钢结构牛腿处的层间单元板块,设计成切分的半个板块,在工地现场组合、固定、密封,并进行可靠的防水处理。

(4)转角的小半径弯弧板块,首先控制好面板的精度,保证外观可靠,不能出现任何波纹, 控制好拉弯型材和加工组装的精度,确保其性能。

(5)中心曲面位置,全部属于异形单元板块,其中存在许多扭转的单元板块, 其所有面板需要做成扭转弯曲的,其型材框为不共面的直线拼接。

03 大面单元幕墙技术分析

该工程结构网架在幕墙之外,主体钢结构距离幕墙玻璃面仅400mm,单元体不能整体安装,需要把单元体在高度方向上拆解为可视部位和层间部位两块单元,先安装层间板块,后安装可视板块,如图2所示。


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▲ 图2 单元安装流程示意


层间单元板块设计

该设计采用四个挂点,确保其结构稳定可行,上横梁与普通横滑式单元幕墙一致,下横梁设计两道完整的密封线,如图3所示。

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▲ 图3 层间剖面

针对层间单元体标准位上节点,其设计特点是:可视板块落在层间板块上,注意左右限位,限位方式为立柱壁卡入横梁上预设的缺口,左右预留2mm活动范围,可视板块能够绕着支撑点活动,如图4所示。

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▲ 图4 层间标准位上节点

针对层间单元体标准位下节点,其设计特点是:可视板块的安装在不需要安装L码的位置切除一段略大于L码件的缺口,即图中蓝色标注部位;L码塞入并滑移到所需要的位置(两端+中间),两端L码起结构支撑,中间L码为了防止密封片翘曲;卡入带胶条的通长密封片,密封片之间打密封胶,形成连续的密封带。如图5所示。


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 ▲ 图5 层间标准位下节点

层间板块设计中,牛腿处的板块方案尤其重要。因为结构牛腿的预先存在,该板块只能拆分成横梁现场对接单元,且单元体与牛腿之间的防水现场安装,注意确保可视板块立柱位置有挂件,避免横梁承受集中力,如图6所示。

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▲ 图6 牛腿处节点及三维示意图


可视单元体板块设计

可视板块下端坐立在层间板块上,上端卡入层间板块,自身无挂接点。因为室外有结构网架,所以只能室内更换玻璃,如图7所示。该设计需要注意几个重点:1)板块通过卡槽左右限位;2)对于垂直于幕墙的扣板,一定需要机械防脱,避免台风下扣板脱落。


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▲ 图7 可视板块节点及三维示意图


04 不规则单元系统技术解析


本项目中的不规则单元体,没有一块是相同的,故每一块单元体都要放样。为此,我们设计中运用了BIM模型来提高正确率和效率(图8)。由于该项目角度太多,需要大量开模,为了减少开模数量,我们采取区域分段开模的方式:1)层间立柱和可视区立柱的夹角范围为161°~180°的区域,每3°开一套系列模具;2)横梁与室内地面的夹角范围为82°~105°的区域,采用同一系列模具,在最小角度82°的位置,保证至少1°的向外倾斜以保证排水的有限性;3)横梁与室内地面的夹角范围为67°~82°及105°~110°的区域(图9),每3°开一套系列模具,以保证横梁之间的平稳过渡及其性能。

▲ 图8 BIM 模型图及安装示意图

▲ 图9 横梁极限上倾和下倾角度图

05 框架系统技术解析


该框架系统,是以外骨骼网架为基础的钢框架龙骨小单元系统,最大跨度为宽8m×高12m,如图10所示,其中浅蓝色为可视板块,深蓝色为后面有结构板块。钢架的布置与优化是该系统的重点。以横向龙骨为主受力龙骨,竖龙骨为次受力龙骨,在外层骨骼网架上伸出支撑点,把分格宽度缩减到8m×4.7m。对于细节部分,小单元45°拼接角的断水设计是本工程必不可少的一个强制性措施,框架的设计理念如图11—14所示。

▲ 图10 框架三维图

▲ 图11 钢架布置图(1/4 区域)

▲ 图12 高跨大样图


▲ 图13 钢框架单元体系统

▲ 图14 三维示意图


06 结语


该工程位于台风区域,设计风压为10kPa。因为其特殊地理位置,在设计和安装控制上,要综合对比美标、英标、国标、以及澳门本地法规,取其中最严格的要求条款。对于这个外观充满想象力、特别复杂的幕墙系统,我们从投标和设计开始就要分析其外观和使用的可行性。在澳门梦幻城酒店D项目复杂的外立面设计中,所有设计和施工的出发点都是围绕如何能完美地表达建筑师的设计,如何将外观、性能和安装结合在一起。在实际过程中,我们做了大量的PMU性能试验,协调好设计和施工中的问题,最终取得了令人满意的效果。


本文来源:建筑幕墙
作者:罗参锦

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