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                         【BCW】《建筑幕墙》索结构幕墙专题导读(总第7期)


  索,一种柔性的材料,却赋予建筑刚韧的构造,古已有之。秦朝益州的夷里桥,明清的泸定铁索桥,“人悬半空,度彼决壑,顷刻不戒,陨无底谷。”便是当时对索之刚柔的形象表述。受制于材料的发展,古人虽没有太多的技术手段,但基本技艺也无时无刻地突破构造极限,创造奇迹。

  上世纪80年代巴黎拉维拉特公园的自平衡张拉索桁架结构幕墙体系及其球铰关节,革命性地开拓了索幕墙的新纪元。紧接着,贝聿铭大师在巴黎金字塔和倒金字塔设计了双向空间张拉索桁架结构体系和单拉互连索结构体系;后来,罗杰斯高技法、SOM精工业构件法、Foster传统柔刚结合法等等,使建筑设计与索结构创意得到完美融合。

  在中国,最早出现的索幕墙是1996年设计的深圳招商地产售楼处和上海大剧院的钢丝绳索桁架点式玻璃幕墙,1998年陈雄大师设计了迄今为止全球单体面积最大的自平衡索桁架点式玻璃幕墙——广州新白云机场航站楼,后来又有杭州大剧院自平衡体系曲线玻璃幕墙、国家信息网络中心平面索网玻璃幕墙、北京万通中心隐索幕墙等。直至本世纪初,SOM设计完成了联想融科大厦和北京新保利大厦等大跨度复杂结构幕墙,把索幕墙构造技术推到了世界顶峰。

  索幕墙是时代的产物,其通透性和实用性很具现代感,设计有难度、具挑战,形式多样,令建筑师产生大爱;但其结构缺陷多,张拉预应力大,对节点设计要求严格,容错率低,对施工工艺要求极高,需专业技能,这又令结构工程师及施工人员经常生恨。本专栏希望通过一些实际项目的案例分析,针对索结构幕墙的设计及实施,围绕索幕墙的设计挠度允许值、变形状态、张拉方法、蠕变徐变、连接节点、残余强度等问题进行探讨。本专栏亦是在由中国建筑学建筑幕墙学术委员会主办的“索筑未来——2017索结构幕墙技术高峰论坛”基础上策划的,大部分文章约稿来自此次会议,期待对读者有所启迪。

  本文从个人视角,对过去这十几年来张拉结构的发展及其实际应用经验进行梳理总结。主要介绍了索结构的发展体系、玻璃球铰的构造发明及索网张拉的类型,重点阐述索各类幕墙的设计方法及案例。

  本文讨论了索结构幕墙的工艺技术,定义了索结构幕墙及其特性。以成功的项目案例说明了索、杆、钢结构的组合是一种优秀的结构体系,柔性的支撑系统是细致的工艺作业,全面考虑面板支撑点及其敏感性是索幕墙系统必不可少的工序,最后提出了优化和改善索变形刚度的办法。

  本文介绍了中国航海博物馆的基本情况和中央帆体主体钢结构及其单层幕墙曲面索网结构的关键部位连接及构造做法,重点阐述了曲面索网结构的设计方法,并对曲面索网结构的张拉施工进行了模拟分析,可为相似的曲面索网工程提供借鉴与参考。

  上海图书馆(东馆)“大窗”的建筑初选方案是悬挂式自平衡索网——索桁架体系,在对这类体系进行可行性分析的基础上,提出了“半自平衡式”的索支承幕墙结构,并分析了这类结构的施工可行性和承载力性能。

  根据图纸要求的初始状态几何,计算了对应的结构体系初始状态拉索预张力和结构内力;对初始状态结构预应力进行释放,计算了结构预应力卸载后的几何和残余应力,忽略残余应力,确定了结构的近似零状态加工放样几何;在结构零状态基础上,布置支承索系、施加索的预张力、布置玻璃面板,经过计算分析得到了结构实际初始状态时的预应力分布和几何,这一实际初始状态与设计要求非常接近,由此证明了“半自平衡式”索支承幕墙的可行性。

  索幕墙在现有的工程技术条件下,因其简洁的结构形式最大限度地实现了建筑的通透性,深受建筑师青睐,同时也为幕墙工程师和结构工程师带来较大的挑战。

  本文重点介绍了单索幕墙在结构设计中面临的挑战, 结合昆明长水机场航站楼索幕墙设计案例阐述了索幕墙结构设计时应注意的若干问题。

  在我们的城市空间中,是谁界定了街道、广场的界面?是形色各异的建筑立面。而每栋建筑如何呈现出丰富的城市表情?靠的是设计师对于表皮的塑造。

  建筑的立面表情就如同人的面孔,特定的基因密码决定了它们的表情,这些看似沉默的演员,正用这种特殊的方式演绎着“城市”这出舞台大戏的喜怒哀乐。本文选取了两组四个案例来说明不同的立面表皮塑造策略。

  北京城市副中心机关办公区A2 项目,其建筑外帷幕设计应用了大板块装配式构造系统,利用专业工厂设备和生产工艺,实现了幕墙的结构、防水保温、外装饰一体化大板块工厂组装,以确保幕墙的出厂品质。幕墙大板块在项目现场与主体结构经过简单的连接便可以完成建筑外帷幕的施工。

  近年来,城市中非线性建筑越来越多,从早期只是单纯使用一些平面化的曲线造型元素慢慢向一体化全局设计的三维曲线空间发展。这就带来了与标准化施工的矛盾,如建筑结构设计对于出挑长度的控制会限制建筑的形体不能太过于夸张;立面构件的生产工艺会限制建筑的表皮构件形态不能太复杂且必须易于生产和安装;立面构件的生产成本限制使得其构件种类不能太多……

  我国现有的非线性建筑主要为文化类和商业类建筑。其中由于商业类建筑自身的固有属性,造型上必须要符合商业活动的要求,迎合商业动线,且要留出足够的商业标识立面空间,对商业照明的灯具放置和检修也都要有所考虑。对于业主来说,建筑造型本身对于商业的促进作用是其考虑的第一要素,但同时对建造成本的控制更加严格,建筑师必须通过不断优化造型,减少建造成本,以取得视觉效果与建造成本之间的平衡。以吴中万达广场这一商业建筑为例来阐述其立面设计与施工的优化过程。

  随着我国经济的不断发展,城市建设发展越来越快,办公、商业建筑的设计也日新月异,这就对建筑幕墙的设计和施工提出了挑战。办公与商业建筑中,除了幕墙的造型多样化外,也出现了较多超大、异形的采光顶。由于这些大型采光顶多用于人流较大的商业环境中,因此对其幕墙的安全、遮阳、可视效果均提出了更高的要求,特别是对遮阳构件的设计、加工和安装的要求极高。以下结合我司近期完成的上海市静安区大中里综合发展项目40号地块天幕(遮阳型采光顶)工程项目的设计要点进行论述。

  幕墙是由金属构架与板材组成的、不承担主体结构荷载与作用的建筑外围护结构,具有美观、节能、易维护等优点,是现代高层建筑和异形建筑的首选方案。现代建筑幕墙的主要形式有玻璃幕墙石材幕墙、金属幕墙、人造板材幕墙等。金属幕墙选用的板材有铝板、防火板、不锈钢板、彩涂钢板等。

  铝板具有色泽丰富、持久、形状多样化等优点,在幕墙工程中得到广泛应用。在铝板幕墙施工时经常采用密封胶对铝板接缝处进行密封,但密封失效的情况时有发生。造成其失效的原因有很多,如设计不合理、密封胶选择不当、粘结不良和施工不当等。针对铝板幕墙密封失效进行分析论证,并提出解决问题的方法。

  由于不锈钢固有的耐腐蚀性,往往可以使多年被忽略的表面恢复原状,而其他材料可能已经发生了过度的退化而无法恢复。

  如果规格得当,不锈钢可以在建筑物寿命期内持续使用,但与其他材料一样,经过多年使用会在表面积聚沉积物。事故、故意破坏、采用不恰当的清洗程序以及安装问题都会使表面变得不美观、损坏甚至导致表面快速腐蚀,只有采用正确的方法才能恢复表面。

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  《建筑幕墙》是由中国建筑学会建筑幕墙学术委员会、中国建筑设计研究院、亚太建设科技信息研究院、现代都市建筑设计院联合主办的建筑幕墙专业学术期刊,由《建筑技艺》杂志社出版,随《建筑技艺》免费赠送读者,主要读者对象为建筑师、地产商、幕墙设计师等。杂志主要刊登国内外建筑幕墙的设计、研究、建造及新材料和新技术应用方面的论文,突出专业性、先进性、实用性和时效性。

  《建筑幕墙》杂志2015年、2016年每年出版两期,2017年出版3期,详细目录可点击左下角阅读原文查看。2018年将出版4 期,伴随《建筑技艺》正刊赠送订户,《建筑技艺》(月刊)2018年定价为32 元/ 本,全年384 元,可从全国各地邮局订阅,邮发代号82-680。非《建筑技艺》订户但希望得到《建筑幕墙》的同志须支付邮寄费30 元/ 本,全年120 元,登录支付宝或银行汇款至编辑部即可,或长按下侧二维码可直接付费订阅。

责任编辑:广西快3  

2020-03-15 16:59


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