关键词：幕墙结构设计,深化设计,环境侵蚀,立面形式设计,建筑论文范文
摘要：组合式幕墙具有施工灵活且便于定制化设计的优点，在现代建筑建设中得到较为广泛的使用。基于此，本文以南海文化中心项目幕墙系统工程为案例展开研究，旨在探寻组合式幕墙设计及其安装的高效方法。文中分析了幕墙外立面形式设计以及结构设计，并从复合岩板加固、蜂窝铝板优化、屋面防水强化以及开窗器位置的优化四个角度，充分总结了工程项目的实施经验，以此探究幕墙设计的深化措施。希望通过本文的撰写，为同类型建筑工程施工提供技术依据。
关键词：幕墙结构设计,深化设计,环境侵蚀,立面形式设计,组合式幕墙
幕墙在保护建筑免受环境侵蚀的同时,也具有装饰作用｡尤其在地标建筑中,幕墙作为直接呈现在公众面前的建筑部分,能够彰显建筑特色风格并提供较好的审美体验｡但是,如果幕墙设计时存在材料及工艺选用不合宜的问题,后续可能出现相关质量问题,且建筑的美观性也会下降,不利于作为地标建筑进行城市宣传｡因此,本文结合南海文化中心项目施工中的幕墙系统建设案例对组合式幕墙设计展开分析,具有提升地标建筑幕墙建设水平的作用｡
1、项目概况
南海文化中心项目幕墙系统工程,位于佛山市南海区千灯湖核心地段,建筑高度52m,地上8层,总建筑面积约为170000m2,其中幕墙面积为130000m2｡南海文化中心作为一座集科技馆､图书馆､美术馆､非遗文创馆､文化馆､青少年宫为一体的多功能大型文化综合体建筑｡本项目主要针对文化中心幕墙系统进行施工,具体工程内容涵盖折面白色墙面幕墙系统､折面白色墙面之玻璃幕墙系统等多处主要幕墙设计､实验及安装施工｡
2、幕墙外立面形式设计
南海文化中心外立面幕墙由玻璃与室内外岩板系统组成,采用带有遮阳格栅的玻璃和复合岩板作为主要材料,其平面呈锯齿形错位布置,上端为顶部大空间部位幕墙,下端则为立面标准层高部位幕墙,如图1所示｡其中,外立面的复合岩板幕墙以大规格新型复合瓷质材料为饰面层,玻璃幕墙出于防水､美观等要求设置了隐藏式电动排烟窗｡另外,不同位置的幕墙外立面采用了不同的系统构造｡如折面白色墙面
幕墙系统的外围立面实体部分应用开缝式框架铝蜂窝岩板幕墙系统,各玻璃幕墙系统的外围立面透明幕墙部分采用明框玻璃幕墙系统,使建筑整体外立面效果得到充分加强｡由于本项目外立面设计相对复杂且运用了新材料和新工艺,相关案例经验缺乏,因此在外立面形式设计过程中还通过实地考察等方式,就外立面的岩板脱落预防､排烟窗隐藏设计等进行了充分推演,最终项目幕墙外立面呈现效果如图2所示[1]｡
图1立面幕墙系统划分
图2幕墙外立面设计效果
3、幕墙结构设计
3.1材料选择
本项目幕墙为玻璃幕墙,主要应用材料包括玻璃及岩板､铝蜂窝板等｡主体材料的玻璃在钢化玻璃､中空玻璃和夹胶玻璃中进行选择｡钢化玻璃外观上要求无气泡､裂痕以及缺角､夹钳印等问题,且边缘切割整齐｡所应用的单片钢化玻璃加工对其边长以及对角线差等均有要求,如表1所示;浮法玻璃弯曲度不超过0.1%,平面钢化､半钢化玻璃弯曲度不超过0.1%｡中空玻璃则采用国产优质双银LOW-E玻璃,而夹胶玻璃的应用同样遵照国家现行夹层玻璃标准要求｡
表1单片钢化玻璃加工精度要求
岩板应用了面积大于1.5m2的6mm厚超薄型岩板,其几何尺寸允许偏差详见表2｡在以岩板为面板的同时,还采用了铝蜂窝板｡铝蜂窝芯材经过专业防腐蚀处理,壁厚≥0.05mm,而其边长≤6mm,其几何尺寸允许偏差与岩板要求相同｡
表2单层岩板几何尺寸允许偏差
3.2结构受力分析
3.2.1复合岩板幕墙
受力设计决定幕墙能否承担相应的建筑荷载,其中除结构形式､材料选择等影响因素外,重力作用､温度张力等都是幕墙结构受力分析中需要考虑的关键点[2]｡复合岩板幕墙的垂直受力包括维护面材及支撑龙骨的重力荷载,面板自重､幕墙横框弯矩+剪力以及转接件所受集中力等｡项目中复合岩板幕墙主受力结构型材为铝合金型材,最终由结构计算确定铝合金门窗受力壁厚最小为2.0mm｡另外,复合岩板幕墙还受垂直于幕墙表面的风荷载､垂直于幕墙表面的水平地震作用的影响｡
表3幕墙抗风压性能指标
3.2.2玻璃幕墙
玻璃幕墙结构受力主要受力方式包括自重受力､风荷载以及温度变化｡本项目玻璃幕墙基本风压W0=0.60kN/m2地面粗糙度取C类,其幕墙大面wk=βgzμs1μzw0=1.3*1.1*1.81*0.6=1.553KPa,因此对照幕墙抗风压性能指标,如表3所示,大面抗风压性能要求根据荷载计算确定为2级｡另外,玻璃幕墙整体传热系数K≤2.7W/m·2K,热工性能等级为4级｡
4、幕墙设计深化
4.1复合岩板加固
4.1.1荷载分析
南海文化中心幕墙复合岩板需满足抗弯承载力以及抗震荷载等有关要求｡通过破坏荷载试验测得,1225mm×2600mm的钉连接复合岩板在角钢连接件按间隔300mm设置的情况下,其最大破坏荷载为66.85kN,弯曲强度为σf=118.23MPa｡而铝型材封边复合岩板弯曲强度为σf=170.1MPa,大于设计值16.03MPa｡另外,本项目抗震设防烈度为7度,抗震设防类别属乙类,实际施工中提高一度,工程按8度来采取抗震措施,以确保复合岩板满足荷载要求｡
4.1.2加固措施
大规格岩板的长期使用容易产生脱落的风险｡因此,对幕墙所使用的复合岩板位置采取了附框加固｡在复合岩板背侧四周设置铝合金附框,通过结构胶将附框与岩板进行有效粘接,以起到加固作用｡铝合金附框的粘合采用了双组分高抗拉强度高弹性模量的中性胶,同时岩板还以不锈钢316无磁螺栓和螺钉作为紧固件｡在岩板加固设计中,由于结构胶作为弹性材料只能承担水平荷载,因此为使复合岩板得到进一步加固,还特沿附框设置专用背栓来承担岩板的垂直荷载｡岩板背栓的布置根据板材规格以及相应技术要求,于附框上每间隔500mm设置一颗,较好地分担了垂直荷载｡
4.2板材变形控制
本项目中背负蜂窝板为铝质基材,为避免变形问题影响建筑外观,幕墙设计中特就变形控制问题对相关数值进行计算｡南海文化中心工程项目所在地平均最大温差45°,板材规格按最大2600mm分格计算,此时岩板温度变形值△L1=L·△T·ac=2600×45×(4.93×10-6)=0.57mm;而铝板温度变形值△L2=L·△T·a=2600×45×(2.4×10-5)=2.8mm,确定岩板会发生变形｡针对这一问题的解决,将幕墙背负的蜂窝铝板沿2600mm方向分为了三块,同时蜂窝铝板之间增设铝合金附框,用于对岩板进行加强,并最大限度实现单块蜂窝铝板尺寸的缩减,从而使应用了蜂窝铝板的位置能够缩小变形差,达到幕墙设计的目的｡
4.3屋面防水薄弱点强化
项目按1:1的方式对屋面防水性能进行了实体实验,通过第三方机构检测发现项目所涉建筑的屋面阴阳角部位存在防水薄弱点｡对此,在阴阳角部位增设了铝合金披水板,使屋面防水得到进一步加强｡披水板施工前,先对屋面阴角与阳角位置进行清理,然后将披水板放置于屋面并以水泥钉固定于结构层,凸出部位则用耐候胶封严,从而有效导流雨水,防止水渗入防水层之下[3]｡在增设披水板后,再次进行了实体实验,经检测确认增设的披水板可以有效收集､引导雨水,屋面防水薄弱点已充分得到优化｡
4.4开窗器位置优化
幕墙排烟窗的合理设计可以排出室内废气并辅助室内降温,而开窗器的安装能够使幕墙排烟窗的开启与闭合得到高效控制[4]｡南海文化中心项目原招标设计方案对排烟窗开窗器设置则用了明装外露的方式,并将其安装于室内｡但经过实体样板试作及效果展示,该设计的展现效果不佳,且开窗器作为电子产品,容易受到湿度影响,雨天进水将导致开窗器损坏,无法设置在室外｡针对这一问题,对开启窗框宽度进行了合理调整,包括缩减框宽､增设附框以及合理设置开启扇链条连接处圆孔｡最终,开启窗框的宽度缩小了70mm,增设的附框采用了铝合金型材附框,并将开窗器安装于附框腔体内｡同时,开启扇与开启连接的链条处设置了一个φ12的圆孔,并以与型材同色的工艺孔盖来掩盖装饰｡
5、结论
作为建筑的重要组成部分,幕墙的设计直接影响建筑性能,因此南海文化中心项目针对幕墙系统进行设计优化研究十分必要｡项目中,充分分析了复合岩板幕墙和玻璃幕墙结构的受力情况,以此把控幕墙设计中面临的难点问题,从而使外立面以及屋面的薄弱点得到有效控制,提高了工程质量｡目前南海文化中心项目幕墙系统经过了实体样板的制作安装与改进,整体工程有序推进,且得到了有关部门及单位的认可,预计项目大面施工将顺利开展,并持续推动地方市级地标建筑建设完工,带来较好的经济效益与社会效益｡
参考文献:
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[3]章海彬.屋面女儿墙根部预留企口防渗漏施工技术[J].工程质量,2021,39(9):78-80+86.
[4]王海军,陈立东.对建筑开启窗设置的相关规定[C]//深圳市建筑门窗幕墙学会,深圳市土木建筑学会门窗幕墙专业委员会,深圳市装饰行业协会.现代建筑门窗幕墙技术与应用——2023科源奖学术论文集.深圳市建筑门窗幕墙学会;深圳天盛外墙技术咨询有限公司,2023:7.
