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“玻璃+石材”新玩法!鋸齒狀幕墻設計揭密,中國建材網,cnprofit.com
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“玻璃+石材”新玩法!鋸齒狀幕墻設計揭密
2021年02月04日    閱讀量:6678    新聞來源:中國建材網 cnprofit.com  |  投稿

幕墻,以其自身特點,一直是建筑最佳的外圍護系統首選!其中玻璃幕墻用通透質感,帶來了簡潔與時尚,倍受建筑師和設計院推崇;而石材幕墻則以沉穩大氣,營造的雍容和典雅,也擁有眾多忠實的“粉絲”業主。如何取舍?魚與熊掌有沒有可能兩者兼得呢!今天,中國幕墻網ALwindoor.com邀請深圳市方大建科集團有限公司的文林總工,為您分享一項工程,重新定義我們印象中玻璃幕墻與石材幕墻,這對“最佳的CP”組合。

“玻璃+石材”新玩法!鋸齒狀幕墻設計揭密 中國建材網,cnprofit.com

上圖就是本文的主角——深圳萬科濱海云中心,塔樓外立面為鱗次櫛比的鋸齒形幕墻造型,西南視角看為玻璃幕墻,東南視角看為石材幕墻,富有層次感與節奏感中國建材網cnprofit.com。

  從左看,向右看!迥然不同……項目位于深圳市福田區車公廟片區南部,南依濱河大道,西接泰然九路,北靠泰然八路。作為萬科的商業與產業研發大樓,主樓高161米,地下四層,地上34層;建筑面積超過8萬平方米。其中大堂為15米通高玻璃幕墻,骨架表面均為不銹鋼材質;架空層采用菱形蜂窩不銹鋼吊頂,塔樓板塊全部采取“鋸齒狀”單元式幕墻,

  1.引言

  在當代建筑行業,肌理作為視覺藝術的一種基本語言形式被廣泛運用到幕墻設計中,設計師通過各種縱橫交錯、高低不平、粗糙平滑的紋理變化,表達建筑外表皮的紋理特征,形成肌理幕墻。肌理幕墻通過引入更多折皺、斜線、弧線和不規則線條等幾何變化要素,形成立體感和韻律強烈的肌理表皮,不僅可以表現建筑的不同質感,同時也使建筑呈現多樣的視覺效果。

“玻璃+石材”新玩法!鋸齒狀幕墻設計揭密 中國建材網,cnprofit.com

  肌理在建筑幕墻上的應用,既有簡單規律形體,也有錯亂無章的不規則變化。為了讓建筑形體更豐富,有些建筑平面采用不規則斜線相連,形成類似鋸齒的平面,其建筑幕墻相應為鋸齒狀肌理幕墻,如圖一示意。近些年因其造型美觀、層次感強烈,鋸齒狀幕墻應用越來越多??紤]其幕墻節點構造復雜性,同時隨著施工現場人工成本的不斷攀升以及人們對于幕墻品質的要求越來越高,鋸齒狀幕墻以單元式實現的案例越來越多,需要幕墻工程設計人員對于上述幕墻設計有一些深入的研究。

  本文針對鋸齒狀單元式幕墻的設計進行分析和總結,同時,在工法上創新采用了組合“L型”的整體裝配式板塊,在工廠組裝加工,提高生產效率、提高組裝安裝質量,供廣大幕墻工程設計人員參考。

圖一 鋸齒狀肌理幕墻

  2.定義

  本文主要介紹的是鋸齒狀單元式幕墻設計,根據《建筑幕墻術語》(GB/T 34327-2017)3.3.1.2條內容,文中所述的鋸齒狀單元式幕墻定義如下:由面板與支承框架在工廠制成的不小于一個樓層高度的幕墻結構基本單位,直接安裝在主體結構上組合而成的框支承建筑幕墻,其幕墻單元構成的平面形式為鋸齒形狀,如下圖二示意。

圖二 鋸齒狀插接型單元幕墻

  3.自身特點

  鋸齒狀幕墻作為建筑設計的一種流行元素,有其自身特點,主要表現在四個方面:室外效果、室內效果、節能減排、減少光污染。

  3.1室外效果

  鋸齒狀幕墻平面為規則或不規則的斜線相連組成,一方面通過形體的虛實對比,讓建筑立體感和層次感更強,呈現給人們的視覺效果更具有震撼性。另一方面,對于鋸齒狀幕墻的兩個斜面,我們可以分別賦予不同的幕墻面板材料(如圖三示意),其質感也各不相同,當我們處于這個建筑的不同視角時,會有不同的建筑效果呈現,給建筑帶來多樣化及可變性,豐富了建筑本身的外立面裝飾效果。

圖三 鋸齒狀插接型單元幕墻

  3.2室內效果

  建筑的生命是由光的照射而產生的,自然光給予了空間特性,也給予了建筑生命,自然光影營造出光影空間的形式美。鋸齒狀幕墻通過在幕墻的兩個斜面分別設置透明幕墻與非透明幕墻,透明幕墻采用玻璃幕墻,非透明幕墻采用金屬板或石材等幕墻形式,太陽光照入室內時形成了光影交替的效果(如圖四示意),在豐富空間語境的同時,也營造出明暗層次、虛實對比的視覺感,為室內空間賦予凝魂。


圖四 室內光影交替效果

  3.3節能減排

  鋸齒狀幕墻的兩個斜面分別設置透明幕墻與非透明幕墻,一方面間隔布置的透明幕墻可以滿足建筑采光要求,同時也可以在透明幕墻上設置開啟扇,以達到自然通風的需求。另一方面對于間隔布置的非透明幕墻,因其傳熱系數K值較透明幕墻低很多,可以將整棟建筑的節能參數大幅降低。同時我們可以利用太陽光照射的朝向問題,在鋸齒狀幕墻東南朝向的斜面上設置透明幕墻,在鋸齒狀幕墻西北朝向的斜面上設置非透明幕墻,減少西曬,最大限度達到建筑的節能減排。

  此外我們也可以通過在鋸齒狀幕墻的某個面(常規選擇西北朝向)設置穿孔金屬板(如圖五示意),在其室內側設置內平開窗,既保證了開窗與不開窗時室外建筑效果的完整性與一致性,又保證了其自然通風的效果,同時穿孔金屬板兼顧室外遮陽的功能,也可以極大的降低建筑能耗。

圖五 含穿孔鋁板的鋸齒狀幕墻

  3.4減少光污染

  玻璃幕墻在其華麗外表的背后,由其產生的光污染也在影響著人類的生活、工作、健康、安全等,因此光污染也在越來越多地受到人們的關注。當太陽光入射到光滑的平面上時,發生鏡面反射,反射光也是平行光,平行光只沿一個方向傳播,在該方向上光強較強,形成反射眩光。玻璃幕墻由于其表面光滑,對太陽光進行鏡面反射時會形成光污染,因而在鋸齒狀幕墻中通過玻璃幕墻與非透明幕墻間隔布置,可以減少玻璃幕墻面積,同時可以利用漫反射原理,達到減少光污染的效果。

  4.實施方式

  鋸齒狀幕墻實現方式有兩種,第一種方式是主體結構本身設計為鋸齒形平面,第二種方式是幕墻平面自身構成鋸齒狀,上述兩種實施方式分析如下。

  4.1主體結構本身設計為鋸齒形平面

  主體結構平面為鋸齒狀,通過混凝土結構梁外挑鋸齒狀的樓板實現,幕墻平面沿著鋸齒狀的混凝土挑板自然形成,如下圖六示意。其幕墻受力體系同標準常規幕墻一致,即每個分格的幕墻豎向龍骨均直接懸掛在混凝土挑板上,幕墻傳力簡單直接,荷載由面板至橫豎龍骨,再由豎向龍骨直接傳遞給主體結構。其主體結構邊界條件充分,幕墻節點構造也相對簡單。但是相對而言其主體結構施工難度較大,模板工程比較復雜。

圖六 主體結構本身設計為鋸齒形平面

  4.2幕墻平面自身構成鋸齒狀

  當主體結構邊梁為直線混凝土梁,建筑平面為鋸齒狀平面,幕墻需要通過自身體系形成鋸齒狀平面,常規設計是將單個板塊設計成三角形板塊,多個三角形板塊順序連接形成鋸齒狀幕墻,如下圖七示意。其主體結構比較規則,施工簡單。然而對于這種實現方式的鋸齒狀幕墻,其存在懸挑立柱,結構受力復雜,同時三角形位置的室內空間一般為幕墻懸挑位置空間,不會做為室內正常使用的空間,在空間利用率上相對較低


圖七 幕墻平面自身構成鋸齒狀

  5.荷載取值

  對于鋸齒狀單元式幕墻而言,其荷載取值依據《建筑結構荷載規范》(GB 50009-2012)相關內容即可,設計過程中荷載取值無特殊之處,需要重點關注風荷載的局部體型系數以及風荷載的加載方向。

  5.1 風荷載的局部體型系數

  關于風荷載體型系數,規范給出了清晰的定義,即風作用在建筑物表面一定面積范圍內所引起的平均壓力(或吸力)與來流風的速度壓的比值,它主要與建筑物的體型和尺度有關,也與周圍環境和地面粗糙度有關。由于體型系數涉及的是固體與流體相互作用的流體力學問題,十分復雜,對于復雜的不規則形狀的建筑,一般應由風洞試驗確定。若項目沒有風洞試驗數據,對于封閉式類矩形平面帶鋸齒狀幕墻的建筑,其幕墻鋸齒的進出尺寸相對建筑平面而言占比較小,風荷載體型系數可參考封閉式矩形平面建筑選取,即按照《建筑結構荷載規范》GB50009-2012中8.3.3及8.3.4條和8.3.5條的規定進行計算。在計算幕墻龍骨時,對于非直接承受風荷載的圍護構件,局部體型系數可按構件的從屬面積折減,其從屬面積應與風荷載加載方向的面積對應一致。

  5.2 風荷載的加載方向

  鋸齒狀幕墻因其鋸齒的進出尺寸大小各異,其相對于建筑平面占比也各不相同,《建筑結構荷載規范》GB50009-2012并未對此類細微的鋸齒狀平面給出詳細的加載方向,因此在項目設計過程中風荷載加載方向各不相同,爭議較多,具體分為兩種:一種是沿著鋸齒幕墻的各個平面法線方向加載,并把各種不利的正負風荷載進行組合并進行驗算,具體參見下圖八。另外一種沿著建筑平面的迎風面法向方向,再將風荷載分解到鋸齒幕墻的兩個斜面,具體參見下圖九。

圖八 風荷載沿各個平面法線方向加載

圖九 風荷載沿建筑平面的迎風面法向方向加載

  上述兩種加載方式,比較保守設計方式是各種加載方式嚇均進行驗算。本文筆者認為正常情況下,幕墻鋸齒的進出尺寸相對建筑平面而言占比較小,在計算幕墻龍骨時,對于非直接承受風荷載的圍護構件,可考慮風荷載沿著建筑平面的迎風面法向方向加載,而對于面板,作為直接承受風荷載的構件,可考慮風荷載沿著面板平面的法向方向加載。

  6.排水設計

圖十 單元式上橫梁水槽料折線布置

  另一種是單元式上橫梁水槽料直線布置,其水槽路徑沿著鋸齒狀平面的底邊設置,見下圖十一示意,各板塊的單元式橫梁水槽料能拉通呈直線,板塊之間的水槽料拼接方式同標準幕墻一樣,板塊之間的橫滑塊為整體橫滑快,此位置漏水隱患相對較小。此外插接橫梁直線布置,板塊不存在兩個方向的插接,施工簡單。但因防水密封的構造要求需要在單元板塊的頂部及底部,水槽料與鋸齒兩個斜邊構成的區域,采用鋁板或其他防水板密封,以保證水槽外側區域與室內空間的密閉,達到幕墻整體防水密封性。上述水槽設置方式對于板塊頂部及底部三角形區域的防水板密封要求較高,且安裝完成后無法進行修補,此外對于幕墻本身而言,因額外增加了防水板,其成本相對較高。

圖十一 單元式上橫梁水槽料直線布置

  7.體系設計

  鋸齒狀單元式幕墻體系設計主要有兩種:第一種體系適用于主體結構本身設計為鋸齒形平面,每個鋸齒可以分為兩個及以上板塊,也可以為一個整體轉角板塊。無論鋸齒的單元如何劃分,因主體結構本身為鋸齒平面,每個單元的立柱均可直接掛接在混凝土挑板上,具體見圖十二中①所示。板塊受力同常規板塊一樣,僅僅是在支座位置通過構造設計保證其能承受鋸齒面兩個方向的風荷載作用。第二種體系適用于幕墻平面自身構成鋸齒狀,每個鋸齒設計為一個三角形板塊。三角形板塊底邊的兩個立柱可以直接掛接在混凝土結構梁上,鋸齒尖部的立柱依靠斜向撐桿及橫梁,與底邊的兩個立柱組成空間桁架結構,具體見圖十二中②所示。此三角形板塊受兩個方向的風荷載,考慮側向風荷載的傳力,需要在橫滑塊上構造設計一個凸出構件,此凸出構件作為單元幕墻豎向龍骨底部的插芯,可與單元幕墻豎向龍骨緊密配合并在高度方向搭接一定的深度,且左右不能位移,同時將橫滑塊一端與下板塊的上橫梁采用自攻釘連接,而不是簡單的插接固定,通過上述構造設計,三角形板塊的側風荷載在單元幕墻底部由豎向龍骨傳遞給橫滑塊,再由橫滑塊過渡給下方板塊,從而形成穩定的受力體系,具體見圖十二中③所示。


圖十二 鋸齒狀單元式幕墻體系分析

  8.結語

  鋸齒狀單元式幕墻實現方式有兩種,其單元式上橫梁排水槽的布置同樣有兩種,相應的體系設計也有兩種方式,各種設計均有其自身的特點。根據上述對比分析,總結以下幾點體會:

  8.1鋸齒狀單元幕墻在建筑設計中具有豐富的建筑裝飾效果,同時又具有一定的節能減排功能,具有較高的參考價值;

  8.2 鋸齒狀單元幕墻鋸齒平面的兩種實現方式各有利弊,需要在主體結構設計時依據各方的需求進行選擇設計方向;

  8.3 鋸齒狀單元幕墻的上橫梁排水槽宜直線布置,既有利于單元幕墻防水的可靠性,又方便現場單元幕墻的安裝;

  8.4鋸齒狀單元幕墻的風荷載加載方向是其幕墻結構計算的重點,也是存在爭議的地方;

  8.5鋸齒狀單元幕墻的連接及構造均需要考慮兩個方向的風荷載,尤其是幕墻平面自身構成鋸齒狀,三角形板塊上下插接位置需要考慮上下兩個板塊如何進行兩個方向的荷載傳遞,不能僅僅依靠上下插接橫梁之間的摩擦力。

  參考文獻:

  [1]、《建筑幕墻術語》 GB/T 34327-2017

  [2]、《建筑結構荷載規范》 GB 50009-2012

  [3]、《建筑幕墻》 GB/T 21086-2007

  [4]、《玻璃幕墻工程技術規范》JGJ 102-2003


標簽:行業資訊,今日頭條,建材商道,建材應用,裝修百科,技術中心,成品材料,建筑基材,墻體幕墻,玻璃,建筑材料,石材石料
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