對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的、非常規(guī)的幕墻體系，從設(shè)計(jì)階段開(kāi)始就需要仔細(xì)研究其建造和使用的的可行性。上海西康路189弄，一個(gè)極具特色的幕墻項(xiàng)目。它獨(dú)特的外立面造型和復(fù)雜的幾何變化需要幕墻的設(shè)計(jì)師在傳統(tǒng)的幕墻體系上研發(fā)出一套獨(dú)特的鋁板幕墻體系。而在整個(gè)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，所有的細(xì)節(jié)的出發(fā)點(diǎn)都是建立在在如何將外觀、性能和安裝三者有機(jī)地結(jié)合在一起。
本文將介紹本項(xiàng)目的幕墻的設(shè)計(jì)，展示了構(gòu)造和設(shè)計(jì)方面與眾不同的特點(diǎn)，特別是這個(gè)項(xiàng)目中所特有的固定鋁板的方式以及該鋁板后側(cè)的玻璃幕墻體系。
關(guān)鍵詞 :鋁板幕墻，異形幕墻，不銹鋼，單元式
項(xiàng)目介紹：
由中信資本開(kāi)發(fā)的西康路189弄項(xiàng)目位于上海普陀區(qū)的西康路與長(zhǎng)壽路的交匯口。該項(xiàng)目主要的業(yè)態(tài)為商業(yè)和辦公，建筑面積為37276平方米。在上海眾多的商業(yè)項(xiàng)目中，該項(xiàng)目雖然體量不算大，但是卻因?yàn)槠洫?dú)特的設(shè)計(jì)和優(yōu)質(zhì)的工藝成為市中心的地標(biāo)性建筑。本項(xiàng)目的方案建筑師為來(lái)自荷蘭的UN Studio，幕墻顧問(wèn)是英海特工程咨詢(xún)（北京）有限公司上海分公司。因?yàn)槠?*****的設(shè)計(jì)與施工，該項(xiàng)目曾被《AD》雜志評(píng)為世界***美購(gòu)物中心，亦獲評(píng)為2017年MIPIM Asia Awards***佳零售項(xiàng)目金獎(jiǎng)。
本項(xiàng)目的幕墻***大的特點(diǎn)是外側(cè)由一層到三層漸變的裝飾鋁板與內(nèi)側(cè)的單元式玻璃幕墻組成的雙層外墻體系。利用參數(shù)化設(shè)計(jì)的由鋁板構(gòu)件組成的單元共有9種，設(shè)計(jì)師通過(guò)層數(shù)和大小的變化，讓它們?cè)诮ㄖ仙鷦?dòng)的展示出一個(gè)若隱若現(xiàn)的靈動(dòng)立面。另外位于大樓兩個(gè)轉(zhuǎn)角位置的異形鋁板與玻璃幕墻組成的城市之眼也在設(shè)計(jì)和施工上也是極具難度的。
項(xiàng)目實(shí)景照片
鋁板幕墻實(shí)景照片
鋁板幕墻的立面展開(kāi)圖
建筑立面圖
單層幕墻模塊
雙層幕墻模塊
三層幕墻模塊
幕墻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工介紹
特殊鋁板的固定方式
作為本項(xiàng)目***有特色的菱形鋁板系統(tǒng)，在固定、安裝和受力方面都有許多非常規(guī)的做法。首先，在玻璃幕墻外側(cè)的鋁板體系由于承受了較大的風(fēng)荷載和自重荷載，在設(shè)計(jì)時(shí)，我們有意地將鋁板體系的龍骨與玻璃幕墻的龍骨脫開(kāi)，采用T型的鋼立柱與樓板處的混凝土梁固定。這樣玻璃幕墻的龍骨不會(huì)因?yàn)殇X板所傳遞過(guò)來(lái)的風(fēng)荷載和自重而產(chǎn)生額外的應(yīng)力和變形，在受力體系上更為簡(jiǎn)便也更加可靠。
所有二層至四層鏤空位置的鋁板均采用焊接成型鋁板盒子，這些鋁板盒子有平行于墻面和垂直于墻面兩種擺設(shè)方式。并且隨著建筑立面的變化，鋁板盒子的層數(shù)由一層逐漸過(guò)渡到三層。建筑師希望這些鋁板盒子的固定盡量的小巧與美觀，為了達(dá)到建筑效果的同時(shí)保證結(jié)構(gòu)的安全，我們?cè)O(shè)計(jì)出一種帶有多個(gè)連接角度的不銹鋼轉(zhuǎn)接件。該不銹鋼轉(zhuǎn)接件通過(guò)內(nèi)螺紋固定在一根不銹鋼棒上。在需要連接鋁板盒子的位置安裝一系列的可調(diào)節(jié)角度的套筒。鋁板盒子的角部在加工廠內(nèi)安裝了一有內(nèi)置的可以轉(zhuǎn)動(dòng)的接駁頭，套筒上固定件與鋁板盒子中的內(nèi)置接駁頭通過(guò)帶有內(nèi)六角的螺桿緊密的連結(jié)。為了保證安裝的精度，所有的不銹鋼連接件均采用機(jī)加工而不是常規(guī)的鑄造件。
公司由一群才華橫溢經(jīng)驗(yàn)豐富的熟練操作車(chē)、銑、磨、電火花、線切割、數(shù)控設(shè)備操作人員和經(jīng)驗(yàn)豐富的模具設(shè)計(jì)、裝配高級(jí)工程師組成的員工隊(duì)伍，全面實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（PRE/UG./SLIDWORK）及計(jì)算機(jī)制造加工系統(tǒng)（CAD/CAE/CAM），運(yùn)用******的制造工藝和完善的質(zhì)量控制流程，北京鋁合金零件加工,北京軍工零件加工產(chǎn)品質(zhì)量嚴(yán)格按照ISO9000質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。
典型的帶有三層鋁板盒子的節(jié)點(diǎn)圖
支撐鋁板盒子的不銹鋼棒系統(tǒng)
機(jī)加工的不銹鋼棒與套筒
裝飾鋁板的安裝精度要求非常高，幾乎每一塊裝飾鋁板都需要安裝到理論的位置，整體偏差不應(yīng)超過(guò)2mm，這就對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的安裝精度提出了很高的要求。在施工期間，施工單位首先按照1:1******建模，將T型鋼、不銹鋼棒、裝飾鋁板全部建成三維模型，然后根據(jù)三維模型，生成T型鋼的安裝定位圖和不銹鋼棒的安裝定位圖，保證T型鋼和不銹鋼棒的整體安裝精度，其中T型鋼的左右偏差和上下偏差控制在2mm以?xún)?nèi)，不銹鋼棒的前端偏差，上下、左右和前后偏差控制在2mm以?xún)?nèi)，遠(yuǎn)高于常規(guī)鋁板幕墻的5mm偏差要求。這樣就保證了整個(gè)項(xiàng)目整體的偏差是可控的。而鋁板盒子的安裝可調(diào)節(jié)范圍在正負(fù)5mm，故T型鋼和不銹鋼棒的2mm誤差是完全可以消化的。鋁板盒子的安裝遵循整體布控，局部可調(diào)的原則進(jìn)行。整體布控即按照一定的距離（3個(gè)T型鋼間的距離）進(jìn)行控制，保證誤差不累計(jì)，所有的誤差在此控制距離內(nèi)消化；局部可調(diào)即在此控制距離內(nèi)主要通過(guò)T型鋼和不銹鋼棒的安裝精度來(lái)控制裝飾鋁板的安裝精度。
典型的帶有三層鋁板盒子的板塊大樣圖
為了保證這些漸變和異形的鋁板在安裝過(guò)程中能滿(mǎn)足如此高的精度，技術(shù)手段包括：首先所有的骨架全部在三維軟件中建模，并根據(jù)龍骨在空間的位置確定骨架的安裝定位點(diǎn)；其次所有的龍骨都需要生成三維的加工圖，因?yàn)槊恳粋€(gè)龍骨都是有可能不一樣的，對(duì)于曲面部分的龍骨每一根骨架的曲率都不一樣，單根骨架的曲率也是變化的，所以加工過(guò)程中，每一根骨架都1:1放樣加工。在設(shè)計(jì)階段，確定每一根龍骨以及每一個(gè)連接節(jié)點(diǎn)的空間，這樣的做法對(duì)施工單位的要求非常高，但是卻是保證鋁板、玻璃都安裝在理論位置的關(guān)鍵。如果給與每一個(gè)連接節(jié)點(diǎn)過(guò)多的自由調(diào)節(jié)，雖然也能完成項(xiàng)目的安裝，但是精度上以及接縫的大小可能會(huì)與理論值有較大的差距。
鋁板的結(jié)構(gòu)分析
對(duì)于這種特殊的鋁板連接形式，必須經(jīng)過(guò)仔細(xì)的結(jié)構(gòu)計(jì)算和分析。因?yàn)楸卷?xiàng)目鋁板的變化非常多，我們使用通用有限元計(jì)算軟件Strand7進(jìn)行對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行模擬，并選取了一個(gè)有代表性的區(qū)域進(jìn)行有限元的分析。在有限元的建模中，我們采用帶有8個(gè)節(jié)點(diǎn)的板殼單元來(lái)模擬鋁板盒子，為了保證建模的******，我們將鋁板盒子的六個(gè)面全部建模。不銹鋼棒也同樣使用板殼單元進(jìn)行建模。不銹鋼棒與鋁板盒子之間的連接采用link單元，用于傳遞位移和反力。
鋁板的有限元分析模型
鋁板的應(yīng)力分析結(jié)果
鋁板的變形分析結(jié)果
從結(jié)果中可以看出，采用這種新穎的連接方式的鋁板盒子，在連接點(diǎn)位置的受力為鉸接形式，剪應(yīng)力和拉應(yīng)力的均在合理的受力范圍內(nèi)。同時(shí)因?yàn)殇X板體系中的不銹鋼棒與橫向和縱向的鋁板盒子形成了一個(gè)空間體系，不銹鋼棒在強(qiáng)度滿(mǎn)足風(fēng)荷載和自重荷載的情況下，其側(cè)向的穩(wěn)定性也由于多層鋁板盒子的支撐有了提升。有限元的結(jié)果分析顯示鋁板的變形值也在合理的范圍內(nèi)。通過(guò)結(jié)構(gòu)分析，我們對(duì)此系統(tǒng)的安全性也更加了解和有了充分的信心。
鋁板后側(cè)的玻璃幕墻的設(shè)計(jì)
本項(xiàng)目二層以上的玻璃幕墻基本都是安裝在裝飾鋁板后的。如何解決玻璃幕墻與鋁板之間的構(gòu)造和受力關(guān)系是設(shè)計(jì)過(guò)程中需要解決的主要問(wèn)題。由于鋁板體系的構(gòu)造和受力已經(jīng)非常復(fù)雜，如果將鋁板的連接件和不銹鋼棒直接固定在玻璃幕墻的龍骨上，則在安裝時(shí)需要將連接件提前固定在玻璃幕墻的龍骨上，則玻璃幕墻的安裝精度會(huì)直接影響到今后鋁板的安裝。如果玻璃幕墻的龍骨同時(shí)需要承受鋁板所傳遞的荷載，則玻璃幕墻的龍骨變形也會(huì)對(duì)鋁板的變形產(chǎn)生影響。所以本項(xiàng)目采用了鋁板體系與玻璃幕墻體系完全脫離的做法。所有的鋁板體系的龍骨直接固定在結(jié)構(gòu)梁上，而玻璃幕墻則采用頂?shù)坠潭ㄔ谏舷聵前彘g的單元窗形式。
典型的單元窗頂?shù)走B接節(jié)點(diǎn)
可以允許單元窗豎向變形的頂部附框
單元窗的豎龍骨采用與單元式幕墻相同的公母立柱，而底橫梁才用坐地式的對(duì)插型材，其中水槽料直接固定在與樓板相連的鋼龍骨上，并通過(guò)橫滑料的連接形成一個(gè)連續(xù)的排水槽。頂橫梁與固定在吊頂位置的附框插接咬合，該附框的后側(cè)可以通過(guò)螺釘直接拆卸。在安裝時(shí)，所有的層間部分，包括水槽料、頂部的附框以及層間的保溫和防水構(gòu)造都先于單元窗之前安裝完畢。單元窗在安裝時(shí)可以先把板塊傾向一個(gè)角度后將底橫梁與水槽料插接，再將單元窗豎直，直到其頂橫梁轉(zhuǎn)動(dòng)到頂部附框位置后把附框后部的卡口型材用螺絲鎖定。
單元窗的拆卸示意圖
固定好的單元窗不僅可以適應(yīng)建筑物因?qū)娱g變位引起的位移，而且可以做到在不拆除室外鋁板的情況下室內(nèi)更換玻璃。由于公母立柱之間相互插接，在拆卸單元窗時(shí)需要通過(guò)夾具讓單元窗的板塊移到一側(cè)直到公母立柱之間搭接的部分完全脫離后即可松開(kāi)固定頂橫梁的附框卡口，將單元窗的板塊向內(nèi)傾斜后就能將其完全拆卸。
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編輯：Alex魏，Archlady，Leo程，leon，雪亮，飯困，十七，jason
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