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几块钢板的艺术,浅析单元式钢结构异形幕墙体系!

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在世界的幕墙发展史中,中国的幕墙在发展史近30年左右,然而在近30年的发展史上,国内的幕墙始终秉承着幕墙的横竖框的概念中,即幕墙在设计与计算中应清晰表达横框与竖框的关系,竖框与主体连接,横框与竖框连接并保持伸缩量,这样做有利益幕墙对于外力吸收和释放。

本次项目是杭州金地自在城的一个售楼处,案例中没有横竖框的概念,它是一个没有规律可言的形体结构,在这里我们无法证明那根是横框,那根是竖框,所以给他起了个名字叫:单元式钢结构异形幕墙体系。

几块钢板的艺术,浅析单元式钢结构异形幕墙体系!

该项目属于复杂的异性钢结构系统,是由15毫米的钢板拼成不规则的形状(钢板局部交接节点图1),与主体连接采用单元式幕墙的挂接方式安装(钢构挂接节点图3)。玻璃安装采用明框压板的形式安装。(钢构与玻璃安装节点图2)

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15毫米厚钢板局部交接节点图1

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钢构与玻璃安装节点图2

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钢构挂接节点图3

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整体异型钢结构图

设计理念

该项目最初的想法,业主的想法是采用类似古民居的窗棱,里面糊的白纸,外面是窗棱的线条感,让人有一种回老家的亲切感。大家也都找了一些参考,但都是一些镂空没有安装玻璃的装饰构件。对于建筑采用15毫米厚钢板作为建筑的主体的帷幕结构,当时具有很多的争议,原因在于15毫米厚钢板在1米内有一定的强度;但当15毫米厚钢板长度已经超过20米以上且斜面放置时就像一根面条,没有任何强度可言。

对于这个问题,业主也是邀请了一些设计师与钢结构的厂家参与讨论方案是否有可行性,然而他们的意见是没有可实施性,我的想法是钢板虽然没有强度,但整体建筑形成N多稳定的三角形,只需要在不透明处给钢板加T型肋板,达到整体稳定的效果,钢板可以进深加宽,达到外部抗风压变形,采用单元幕墙的挂接方式安装,把整个钢结构制作成一个整体,这样可以避免不规则钢板要采用伸缩的要求,然后我们就用了很牛X的计算软件证明了我们的设计理念是没问题的。只有建筑大师们你们敢想,我们就能帮你实现。业主为了化解自己的疑云特意找了5家大型建筑设计院进行图审,结果是一一通过审查。

施工方法与顺序

第一步:首先对图纸的确定,对于所有挂点的定位和调整,完成后对于所有挂点的模拟验算,这一点很重要。

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ANSYS整体结构、玻璃的受力模型

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结构受力模型的局部变形

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结构受力模型的局部应力图

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模型整体变形图

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模型整体应力图

第二步:是按图纸出整个钢结构的定位图纸,寻找一个较好的定位点,对所有的交点中心进行X,Y的坐标定位。出好定位图纸后交与技术人员,然后找一块50×20米的平整空地进行1:1放样。

第三步:设计人员做好每一块钢板的放样下料,完成后拼接成N个小单元,然后在放好样的水泥地面上对接,拼接的同时用水平仪测量钢结构的平整度。

钢架吊装好后准备喷面层漆

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钢架面层漆完成

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玻璃安装好后安装铝板

第四步:单元拼装焊接时采用一些钢板或钢方管固定装置控制焊接时对于节点处的钢板变形。

第五步:单元结构在地面整体焊接完成时进行一次整体吊装,只需把整体单元钢结构吊离地面即可,吊离完成后停留1小时后在放回原来的位置上,吊挂的时候一定要采用两台吊车,吊挂点与钢结构的挂点位置相同,并且保持各个挂点的受力平衡。这样做主要是要钢结构在自然下垂后产生自然变形。

第六步:开始安装一些附件后安装加工好的玻璃和铝单板,玻璃和铝单板在第三步时可以和钢板同时下料,以便加快施工进度。安装的玻璃和铝单板都必须在地面安装完成,待所有玻璃和铝单板安装完成后,拆卸一些边部的铝板和玻璃主要是怕会有一些地方影响安装。安装完成后有拆卸主要是考虑到立面安装的不方便行,这样完成后会留下安装完成的孔位,带立面安装时更加方便快捷。

第七步:采用两台吊车整体吊装,安装完成后只需2个小时。完成后补装拆下的玻璃和铝单板,进行边部玻璃和铝单板的修正和安装,最后打密封胶。整个安装和加工过程互不影响,且雨天没有影响施工进度。且完全满足业主与建筑师的要求。起初这个建筑只是金地业主的一个售楼处,使用3年,作为一个临时建筑,制作完成后业主打算保留这个建筑小品。使这个建筑小品成为此处的休闲会所。

几块钢板的艺术,浅析单元式钢结构异形幕墙体系!
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完成后的室内室外效果

对于这个项目的心得,我觉得工程的设计与思路很重要。我把这个结构的施工方式称做单元式钢结构异形幕墙体系。这个工程里没有横框和竖框的概念,它是一个整体,所有我采用ANSYS整体建模的形式模拟计算。建模的时候把钢结构、铝单板、玻璃同时建模完成,开启大变形,加风压荷载,使之整体变形后有什么变化。整个钢结构制作工厂化和机械化程度高,整体抗震性能非常好,钢板展现出整体建筑之美。

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