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超高层建筑幕墙施工疑难解答
RSS 打印 复制链接 发布时间:2017-12-29 11:01:16

只针对超高层建筑幕墙在设计、材料、生产、组装、工艺、测试、运输、安装、使用、维护等环节中出现的疑难问题进行分析与解惑,不对建筑物的其它相关常识问题进行阐述。

  一、概述:

  未来建筑正朝着个性化、集成化和智能化的方向发展,建筑形态也越来越艺术化、多元化,造型日趋复杂,也不断创造新的高度。如下工程均为近年来完成的超高层建筑典范。

  根据《民用建筑设计通则》GB50352—2005规定:建筑高度超过100m时,不论住宅及公共建筑均为超高层建筑。而按照国际惯例,超过150m的建筑为超高层建筑,顾本文重点讨论150m以上的超高层建筑。

  超高层建筑的显著特点是高度超高、特超高。高度本身就是一种标志、一种形象、一种特殊的意义。超高层建筑除了太阳的光照和辐射没有变化之外,所有的建筑环境参数都有变化,因而必须针对外围护“高”带来的优势和劣势以及建筑自身参数的相关变化来进行设计。在安全、防灾、质量方面要针对性地考虑。

  超高层建筑主要结构形式:超高层建筑多设计为框架核心筒结构,内筒为钢筋混凝土核心筒结构+外筒巨柱,巨柱与核心筒之间钢梁连接或者钢筋混凝土梁连接,楼板为组合楼板或者普通的钢筋混凝土楼板。

  超高层建筑一般选用幕墙装饰,富于变化,工程量大,技术含量高、精度要求高。超高层建筑的幕墙工程的安全性功能尤其重要,抗风压,风、水、气的密闭性等使用功能要求高。请详见以下内容。

  二、超高层建筑幕墙设计中的疑难问题解惑

  目前超高层建筑幕墙工程,基本上都属于地标建筑及高端幕墙,在要求方面会非常的严格,甚至苛刻,所以在设计的初始阶段,需要全面掌握及了解目标工程的主要指标,对设计中会出现的疑难问题进行分析,尤其是幕墙的使用功能要求,应编制《某超高层幕墙工程技术条件》作为设计依据,提高效率,避免漏项。本文将围绕设计依据对实现各功能要求的难点与解惑分析如下。

  1、超高建筑主体结构变形及板块间缝隙设计

  1.1 超高层建筑主体结构变形与幕墙自身变形

  从施工开始到建筑物使用寿命期结束,建筑结构的变形始终影响着建筑的效果和使用功能。幕墙作为建筑的外皮,受主体结构的变化影响大,从而波及建筑幕墙的实用功能甚至是安全性。超高层建筑的结构变形主要有下几部分构成:框架核心筒的剪切和弯曲变形以及混凝土收缩变形等形式。主要有以下几部分构成:

  如左图所示,变形均随着建筑高度的增高而变形增加。因为高度的增加同时建筑的自重也随之增加,刚度下降,从而增加了侧向的变形。

  除此之外,建筑结构本身构造如钢结构的温度变形、混凝土的收缩变形、框架结构的剪切变形和弯曲变形等均会对整个建筑产生不利的影响。这些变形均会对外幕墙的构造、功能产生不利影响。除了受建筑主体结构变化的影响外,幕墙本身的各种材料受热变形系数不同和幕墙构件的加工误差也会造成幕墙功能下降以致影响安全。

  1.2 超高层建筑幕墙抵消结构变形和吸收为变形采取的措施

  1.2.1 做好设计前的准备工作

  在幕墙设计工作开始前,幕墙设计者需要与建筑结构设计师沟通,整理好建筑结构相关信息及设计参数。如因混凝土收缩和蠕变造成柱子缩短值,经实践表明一般0.5-2mm毫米。

  1.2.2 选择合理的幕墙结构

  根据结构师提供的参数,选择合理的幕墙系统进行深化设计可有效地吸收结构变形和误差。超高层建筑多选用单元式幕墙,将整个建筑外皮划分成若干个小板块,横向分格以建筑效果为参考,竖向风格以层间高为单位,这样每个单元板块的上、下、左、右均可设计构造有足够的间隙,来吸收变形和误差。以上海中心工程为例,经过各种方案的对比后,将分体挂式单元优化成整体单元。

  1.2.2 幕墙自身系统构造吸收变形

  幕墙设计过程中,通过单元幕墙公母框的插接设计,能够很好的吸收建筑平面内和平面外变形。

  单元板块间的插接变位量的确定应考虑建筑主体结构的变位量、环境温度变化引起的温差变形、自重变形、地震影响及生产加工、组装误差、安装的精度偏差等多方面因素的影响。幕墙设计时确定的板块间插接预留尺寸应大于单元板块间的插接变位量至少1mm,并取整数。

  横框插接量限制尺寸设计 H1~H5尺寸均应大于或等于H。其中,H1、H2、H4为预留的单元变位空间,避免上下两单元因变位而相互挤压变形破坏;H3、H5为单元插接量,保证单元在产生变位时不会相互脱离,破坏插接。位而相互挤压变形破坏;H3、H5为单元插接量,保证单元在产生变位时不会相互脱离,破坏插接。

  竖框插接量包括上述各种变形因素,但由于单元板块的横向变位较竖向轻微,一般取H≥10mm。H1~H4尺寸均应大于或等于H。其中,H2、H4为预留的单元变位空间,避免左右两单元因变位而相互挤压变形破坏;H1、H3为单元插接量,保证单元在产生变位时不会相互脱离,破坏插接。

  单元体幕墙在安装过程中,单元一侧挂件与转接件固定,另一侧的竖框底部用插芯或者连接件做侧向约束,这样,发生形变的时候单元体通过框材变成平行四边形来吸收变形。如上图所示。

  另外,因楼体在风荷载和地震荷载作用下产生摆动,每个区最下端幕墙开口部位将产生+80/-180mm的位移,幕墙通过滑移滚轴的机械装置来吸收 。

  1.2.3 参数化设计

  应用BIM技术,通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息,再将建筑的真实信息传递到构件的生产加工当中。使整个设计、加工、安装的过程变成一个不断发现问题解决问题的优化过程,这样碰撞检查所反映出来的误差问题可提前得到解决,避免了幕墙加工完成后因误差致使无法安装或者无法满足使用功能要求的现象发生。

  1.3 构造缝的设计要求

  建筑结构的施工缝分为沉降变形缝和地震缝两种,他们的区别是前者基础可以不分开,而地震缝必须贯穿整个建筑,基础与主体的地震缝必须是一体的。对于超高层建筑由于变形大,施工缝的要求更加严格。无论是哪一种施工缝,幕墙均可以通过构造节点满足与主体同步的要求。

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