超高層建筑幕墻施工疑難解答

易賓a 2019-06-09 18:14:18

居住區景觀設計

只針對超高層建筑幕墻在設計、材料、生產、組裝、工藝、測試、運輸、安裝、使用、維護等環節中出現的疑難問題進行分析與解惑,不對建筑物的其它相關常識問題進行闡述。

  一、概述:

  未來建筑正朝著個性化、集成化和智能化的方向發展,建筑形態也越來越藝術化、多元化,造型日趨復雜,也不斷創造新的高度。如下工程均為近年來完成的超高層建筑典范。

  根據《民用建筑設計通則》GB50352—2005規定:建筑高度超過100m時,不論住宅及公共建筑均為超高層建筑。而按照國際慣例,超過150m的建筑為超高層建筑,顧本文重點討論150m以上的超高層建筑。

  超高層建筑的顯著特點是高度超高、特超高。高度本身就是一種標志、一種形象、一種特殊的意義。超高層建筑除了太陽的光照和輻射沒有變化之外,所有的建筑環境參數都有變化,因而必須針對外圍護“高”帶來的優勢和劣勢以及建筑自身參數的相關變化來進行設計。在安全、防災、質量方面要針對性地考慮。

  超高層建筑主要結構形式:超高層建筑多設計為框架核心筒結構,內筒為鋼筋混凝土核心筒結構+外筒巨柱,巨柱與核心筒之間鋼梁連接或者鋼筋混凝土梁連接,樓板為組合樓板或者普通的鋼筋混凝土樓板。

  超高層建筑一般選用幕墻裝飾,富于變化,工程量大,技術含量高、精度要求高。超高層建筑的幕墻工程的安全性功能尤其重要,抗風壓,風、水、氣的密閉性等使用功能要求高。請詳見以下內容。

  二、超高層建筑幕墻設計中的疑難問題解惑

  目前超高層建筑幕墻工程,基本上都屬于地標建筑及高端幕墻,在要求方面會非常的嚴格,甚至苛刻,所以在設計的初始階段,需要全面掌握及了解目標工程的主要指標,對設計中會出現的疑難問題進行分析,尤其是幕墻的使用功能要求,應編制《某超高層幕墻工程技術條件》作為設計依據,提高效率,避免漏項。本文將圍繞設計依據對實現各功能要求的難點與解惑分析如下。

  1、超高建筑主體結構變形及板塊間縫隙設計

  1.1 超高層建筑主體結構變形與幕墻自身變形

  從施工開始到建筑物使用壽命期結束,建筑結構的變形始終影響著建筑的效果和使用功能。幕墻作為建筑的外皮,受主體結構的變化影響大,從而波及建筑幕墻的實用功能甚至是安全性。超高層建筑的結構變形主要有下幾部分構成:框架核心筒的剪切和彎曲變形以及混凝土收縮變形等形式。主要有以下幾部分構成:

  如左圖所示,變形均隨著建筑高度的增高而變形增加。因為高度的增加同時建筑的自重也隨之增加,剛度下降,從而增加了側向的變形。

  除此之外,建筑結構本身構造如鋼結構的溫度變形、混凝土的收縮變形、框架結構的剪切變形和彎曲變形等均會對整個建筑產生不利的影響。這些變形均會對外幕墻的構造、功能產生不利影響。除了受建筑主體結構變化的影響外,幕墻本身的各種材料受熱變形系數不同和幕墻構件的加工誤差也會造成幕墻功能下降以致影響安全。

  1.2 超高層建筑幕墻抵消結構變形和吸收為變形采取的措施

  1.2.1 做好設計前的準備工作

  在幕墻設計工作開始前,幕墻設計者需要與建筑結構設計師溝通,整理好建筑結構相關信息及設計參數。如因混凝土收縮和蠕變造成柱子縮短值,經實踐表明一般0.5-2mm毫米。

  1.2.2 選擇合理的幕墻結構

  根據結構師提供的參數,選擇合理的幕墻系統進行深化設計可有效地吸收結構變形和誤差。超高層建筑多選用單元式幕墻,將整個建筑外皮劃分成若干個小板塊,橫向分格以建筑效果為參考,豎向風格以層間高為單位,這樣每個單元板塊的上、下、左、右均可設計構造有足夠的間隙,來吸收變形和誤差。以上海中心工程為例,經過各種方案的對比后,將分體掛式單元優化成整體單元。

  1.2.2 幕墻自身系統構造吸收變形

  幕墻設計過程中,通過單元幕墻公母框的插接設計,能夠很好的吸收建筑平面內和平面外變形。

  單元板塊間的插接變位量的確定應考慮建筑主體結構的變位量、環境溫度變化引起的溫差變形、自重變形、地震影響及生產加工、組裝誤差、安裝的精度偏差等多方面因素的影響。幕墻設計時確定的板塊間插接預留尺寸應大于單元板塊間的插接變位量至少1mm,并取整數。

  橫框插接量限制尺寸設計 H1~H5尺寸均應大于或等于H。其中,H1、H2、H4為預留的單元變位空間,避免上下兩單元因變位而相互擠壓變形破壞;H3、H5為單元插接量,保證單元在產生變位時不會相互脫離,破壞插接。位而相互擠壓變形破壞;H3、H5為單元插接量,保證單元在產生變位時不會相互脫離,破壞插接。

  豎框插接量包括上述各種變形因素,但由于單元板塊的橫向變位較豎向輕微,一般取H≥10mm。H1~H4尺寸均應大于或等于H。其中,H2、H4為預留的單元變位空間,避免左右兩單元因變位而相互擠壓變形破壞;H1、H3為單元插接量,保證單元在產生變位時不會相互脫離,破壞插接。

  單元體幕墻在安裝過程中,單元一側掛件與轉接件固定,另一側的豎框底部用插芯或者連接件做側向約束,這樣,發生形變的時候單元體通過框材變成平行四邊形來吸收變形。如上圖所示。

  另外,因樓體在風荷載和地震荷載作用下產生擺動,每個區最下端幕墻開口部位將產生+80/-180mm的位移,幕墻通過滑移滾軸的機械裝置來吸收 。

  1.2.3 參數化設計

  應用BIM技術,通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息,再將建筑的真實信息傳遞到構件的生產加工當中。使整個設計、加工、安裝的過程變成一個不斷發現問題解決問題的優化過程,這樣碰撞檢查所反映出來的誤差問題可提前得到解決,避免了幕墻加工完成后因誤差致使無法安裝或者無法滿足使用功能要求的現象發生。

  1.3 構造縫的設計要求

  建筑結構的施工縫分為沉降變形縫和地震縫兩種,他們的區別是前者基礎可以不分開,而地震縫必須貫穿整個建筑,基礎與主體的地震縫必須是一體的。對于超高層建筑由于變形大,施工縫的要求更加嚴格。無論是哪一種施工縫,幕墻均可以通過構造節點滿足與主體同步的要求。

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