第31届门窗幕墙新产品博览会
2025.03.11-13 广州
成都天府国际机场位于成都市简阳芦葭镇,定位为中国四大国际航空枢纽之一。整个建筑的构型是取自于成都特色的太阳神鸟,从太阳神鸟元素中提取整个航站楼的构型。
© 中建西南院
#外幕墙系统选型与创新设计#
在做幕墙方案选型和创意时,在满足幕墙功能遮风挡雨、绿色节能的需要的基础上,来呼应太阳神鸟的寓意。根据鸟的形状、轻盈,羽毛、力量和线条等元素,作为幕墙设计的语言。
对幕墙外表皮,迎合飞鸟羽毛的力量和轻盈感,强调整个航站楼的横向线条,初步确定整个幕墙系统是采用“横明竖隐”的大方向。因此,我们提出4种方案,和建筑师、业主方进行多轮讨论和比选。
铝板肋+玻璃肋组合结构
采用横向铝板肋和玻璃肋组合的横向结构,间隔12米设置一道抗风速,水平风压是通过室外侧的水平铝合金厚肋和室内侧的玻璃肋形成的水平抗风构件,幕墙自重和平衡构件采用竖向拉杆来承担。整个结构体系做到了极致的轻盈,且突出了横向线条的效果。
室外侧的水平铝板厚肋不仅起到了遮阳的功能,同时又起到水平抗风的作用。本方案从建筑效果上,体现了水平方向的纤薄感;但在结构受力上,其平面外的稳定性非常差。如何保证水平纤薄杆件的平面外稳定?是需要我们后期来重点解决的因素。
水平钢桁架无柱结构
从竖向无柱的思路出发,我们采用36米一跨的水平钢桁架无柱方案。由于主体结构是采用36米一跨的结构柱,因此在幕墙体系中不再采用竖向立柱,将室外结构柱和幕墙支撑柱合二为一,幕墙采用36米一跨的水平钢桁架来作为支撑体系。
这种体系最大的技术亮点:在室内没有竖向构件,主体结构柱和幕墙支撑柱合二为一。
但是本方案的水平桁架跨度达到了36米,要保证其水平度,施工难度非常大;另外,由于没有设置独立的幕墙立柱,要将所有幕墙自重全部施加在主体屋面网架上,幕墙体系就要考虑如何适应主体结构变形对于幕墙体系的影响。因此需要在顶部设置弹簧装置,以适应主体结构变形对幕墙体系的影响。
水平钢板肋结构
水平钢板肋相对来说是一个比较常规的方式,需要解决平面外稳定的问题。为了保证钢板肋的防腐要求,对钢板肋的上下做了一个梭形的铝板包裹,以满足建筑效果对幕墙横向线条的要求。
这个体系在横向构建上采用梭形的造型,增加了视觉上的层次感,但需要控制钢板肋加工和安装的平整度。
空间钢桁架柱结构
我们摒弃了横向的受力体系,采用空间钢桁架,横向线条仅作为装饰的作用。这样在室内给人感觉竖向构件比较纤细,但在空间上相对比较凌乱。
#幕墙结构优化与节点构造设计#
第一个方案相对来说在横向线上比较纯粹和简洁,因此我们将方案一作为我们后续初步设计和施工图的一个方向。在拿到方案一的设计稿之后,我们针对它的受力、开模、加工、安装、造价等等,进行了一系列的优化。
第一次优化:我们将室外3毫米厚的实心铝合金板进行了一个优化,因为实心铝合金板的牌号和铝型材的受力状态、强度不一样,为了提高水平构件的抗弯强度,把实心的铝板采用了高强度的6063-T6的型材来抵抗水平荷载,同时将室内侧的玻璃肋取消,采用空心铝型材就可以满足水平抗风的需要。
第三次优化:考虑到水平横梁体系的最大跨度为13米,在正、负风压的作用下,其前端和后端均会发生失稳,前端采用竖向的不锈钢拉杆作为前端失稳的平衡件,后端采用隐藏在玻璃缝隙之中的竖向拉杆作为后端失稳的平衡件。
考虑到玻璃自重对于后端拉杆的“帮助”,后端拉杆是否具备不落地的可能性?
经过计算分析:玻璃自重可以平衡掉,绝大部分水平横梁向上失稳的力值,后端拉杆可以不落地。极大程度减少了底部混凝土和顶部钢梁的负载,同时优化了造价。
第4次优化:经过进一步分析:由于不锈钢拉杆的弹性模量大,需要施加较大的预张力(最大值接近200KN),才能保证结构体系的稳定。对底部的混凝土和顶部钢梁影响较大,因此我们寻求采用弹性模量较小的钢索来替代拉杆作为前端平衡构件的可能性。
经分析:前端40mm直径的拉杆可以采用16mm直径的钢索替代,同时减少了预张力(最大值接近70KN),优化结构形式和幕墙效果,减少了结构的负载。
#幕墙结构计算分析#
本结构体系的创新点在于:水平跨度大,横向构件的纤薄达到了极值。如何解决结构体系的平面外稳定,是结构体系设计的重点和难点。竖向拉索的预张力和整个结构体系的边界具有较强联动性。每一根拉索的预张力,直接影响整个结构体系的强度和刚度。
结构体系设计要点:寻求最优的钢索预张力。保证在任何施工和荷载最不利工况组合下,竖向拉索和竖向吊杆不松驰,即使竖向吊杆承担一定的压力也不应超过它的临界压力值。这是我们对整个结构体系最低的要求和最终的控制因素。
计算模型:因为水平扁梁是采用大尺寸的断面,因此不能采用普通的梁单元,而要采用翘壳单元来分析局部强度,分析结构构件的应力值是否超过了其允许的最大应力值。
荷载计算及组合:在计算的时候考虑各种荷载组合。钢件最终应力值满足我们规范所要求的应力值范围;铝横梁强度也是在强度控制范围内;拉索最大预张力和最小轴力值也满足规范要求,保证拉索最大轴力值不超过设计值,最小轴力值大于0。
结构强度结算:整个结构体系的刚度计算结果(如下图),反映出结构体系较为典型的预应力控制特点。需要分析在各种工况下,尤其在施工安装过程中的施工模拟分析,保证预应力现场控制与设计工况的一致性。
以上内容来自于2021α世界建筑设计与技术革新大会-《幕墙中国·超级项目演说》论坛殷兵利先生演讲实录
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幕墙中国·超级项目演说
2021-2022年度超级项目征集
“幕墙中国·超级项目演说”:致力于推动中国幕墙技术交流与发展,邀请2021-2022全年度的中国幕墙工程项目参与,最前沿的超级幕墙项目将于WINDOOR第28届铝门窗幕墙新产品博览会现场进行演说及颁奖认证。点击?7位幕墙大师全新演绎7个年度超级幕墙项目 看往期精彩
展览时间:2022年3月11日-13日
展览地点:广州·保利世贸博览馆+南丰国际会展中心
征集对象
1、2021-2022年竣工或未竣工的幕墙工程。
2、从事幕墙工程的施工单位或机构,具备建筑幕墙施工专业资质,经营业绩良好,重合同守信用,无重大经济纠纷的企业。
报名与咨询电话
189-2237-2367 龙女士
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2022α世界建筑设计与技术革新大会暨展览会
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