杭州來福士廣場異形超大蜂窩網(wǎng)狀不銹鋼雨篷設(shè)計(jì)要點(diǎn)及實(shí)踐

胡金柱

摘 要：針對當(dāng)前建筑類超大異形雨篷越來越多，雨篷在設(shè)計(jì)、制作及安裝過程中既要保證建筑效果，又要保證其安全性能，本文總結(jié)了杭州來福士廣場項(xiàng)目超大異形雨棚實(shí)際案例經(jīng)驗(yàn)，希望對今后類似問題起到參考。

關(guān)鍵詞：超大異形雨篷；滑移支座；預(yù)起拱；BIM模型；卸載；預(yù)加載；監(jiān)測

1 引言

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)代建筑不僅要實(shí)現(xiàn)建筑本身功能性要求，而且對外觀及造型要求也越來越高，各地的地標(biāo)性建筑，呈現(xiàn)在人們眼前的都為一副“藝術(shù)品”；建筑師對建筑的外衣--幕墻構(gòu)思及設(shè)計(jì)更加奇特化、多樣化，力求達(dá)到完美。（作為大型商業(yè)建筑幕墻出入口的超大異形雨篷，在安全性及外飾效果的要求上就更加嚴(yán)刻，因此本文針對已經(jīng)完工的杭州來福士廣場項(xiàng)目中，F(xiàn)S10系統(tǒng)異形超大蜂窩網(wǎng)狀雨篷的設(shè)計(jì)進(jìn)行總結(jié)及論述。

2 工程概況

杭州來福士廣場位于杭州市錢江新城CBD核心位置，毗鄰杭州市政中心，以及杭州大劇院和國際會(huì)議中心，是集高檔商業(yè)、甲級寫字樓和五星級酒店等多種功能為一體的大型城市綜合體，為杭州地標(biāo)性建筑。項(xiàng)目由兩座塔樓和基座裙房組成， 兩幢姊妹塔樓分別為60層和58層，塔樓高度250米，裙房南面為7層，北面為10層，裙樓高度為60米。

FS10系統(tǒng)雨篷面積為200平方米，外端最大懸挑13米，雨蓬弧長50米，標(biāo)高為12米，位于北裙房與T2塔樓間的酒店出口位置。內(nèi)側(cè)和外端頂部面材為進(jìn)口復(fù)合板，底部為鏡面復(fù)合板；中間月牙形底部為蜂窩網(wǎng)狀不銹鋼結(jié)構(gòu)，月牙形頂部為15+2.28PVB+15mm鋼化夾膠超白玻璃，整個(gè)雨棚為不規(guī)則曲面。

3 設(shè)計(jì)、加工及施工要點(diǎn)

3.1 雨篷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

本工程FS10系統(tǒng)雨篷位于酒店出口， 整個(gè)雨篷完全是懸挑，并且是超大的蜂窩網(wǎng)狀不銹鋼結(jié)構(gòu)，最大位置懸挑近13米，不銹鋼懸挑面積100平米， 不銹鋼懸挑重量30噸， 按照常規(guī)雨篷的作法，這樣復(fù)雜、超大雨篷，必須要有拉鎖或者支撐結(jié)構(gòu)來滿足結(jié)構(gòu)要求。為達(dá)到建筑師的設(shè)計(jì)效果，又要保證結(jié)構(gòu)安全，本雨篷選擇生根于塔樓及裙樓的主體鋼結(jié)構(gòu)上，雨篷根部設(shè)計(jì)采用整體鋼結(jié)構(gòu)，來滿足雨篷懸挑部位的荷載要求。由于雨篷根部鋼結(jié)構(gòu)跨越塔樓與裙樓的伸縮縫，為滿足伸縮要求，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)置特殊非標(biāo)滑移支座，此非標(biāo)滑移支座既要滿足抗拉，又要保證抗壓，同時(shí)還要適應(yīng)角位移；不銹鋼雨篷懸挑部位，采用10mm厚不銹鋼鋼板，采取蜂窩網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成自身的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，這樣就解決了超大雨篷的整體強(qiáng)度要求，既滿足安全性能，又避開采用傳統(tǒng)拉鎖式結(jié)構(gòu)，符合建筑師最初的設(shè)計(jì)理念。

3.2 雨篷鋼結(jié)構(gòu)撓度值（預(yù)起拱理論值）計(jì)算

將所有構(gòu)件自重作用于計(jì)算模型之上，對計(jì)算模型進(jìn)行理論值驗(yàn)算（該計(jì)算無法考慮到施工順序等對模型變形的影響）。模型中不銹鋼截面為不銹鋼最不利位置最小截面高度。首先按自重計(jì)算時(shí)考慮到所有材料的重量，對模型進(jìn)行有限元計(jì)算， 中部不銹鋼網(wǎng)最大變形為：32.274mm；第二次按最大預(yù)起拱高度為32.274mm，進(jìn)行有限元分析，此時(shí)中部不銹鋼網(wǎng)最大變形為：49.7mm；后經(jīng)幕墻顧問、設(shè)計(jì)師、業(yè)主及幕墻專家開會(huì)討論，考慮到此雨篷檐口超內(nèi)側(cè)排水，雨篷不銹鋼網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)為10mm厚不銹鋼板，面積大，自重荷載達(dá)到30噸，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)計(jì)算模型復(fù)雜，并且在施工過程中不可避免要有誤差，考慮綜合因素，結(jié)合理論計(jì)算值的基礎(chǔ)上，最大起拱高度為150mm，按此預(yù)起拱，經(jīng)有限元分析，此時(shí)中部不銹鋼網(wǎng)最大變形為：25.2mm；兩側(cè)起拱高度依據(jù)理論計(jì)算的變形量等比遞減，此起拱高度經(jīng)施工完畢后測量驗(yàn)證，滿足預(yù)期效果。

3.3 不規(guī)則的異形蜂窩不銹鋼網(wǎng)結(jié)構(gòu)生產(chǎn)、組裝要點(diǎn)

雨篷整體造型為異形雙曲面， 為保證不銹鋼網(wǎng)加工精度，全程應(yīng)用BIM技術(shù)，用于指導(dǎo)深化設(shè)計(jì)、加工、安裝等各環(huán)節(jié)工作。10mm不銹鋼總計(jì)101片，每一片都不一樣，需要BIM模型1：1展開；加工后每一片都要按模型尺寸進(jìn)行檢測；另外由于101片10mm不銹鋼，每一片的形狀、大小及標(biāo)高各不相同，如果現(xiàn)場工地單片組裝，現(xiàn)場施工誤差控制無法滿足要求，必定會(huì)出現(xiàn)高低、進(jìn)出等，無法滿足建筑師設(shè)計(jì)效果。為解決此問題，BIM工程師按建筑師模型，根據(jù)起拱高度進(jìn)行建模放樣，考慮到不銹鋼網(wǎng)頂部相鄰兩片在一個(gè)平面，車間按BIM最終模型高度制作1：1模型平臺，保證每相鄰兩片的標(biāo)高與模型一致，整體進(jìn)行預(yù)組裝，組裝過程中出現(xiàn)生產(chǎn)誤差，及時(shí)在工廠內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，這樣就保證了整體不規(guī)則的異形蜂窩不銹鋼網(wǎng)結(jié)構(gòu)的精確度。

3.4 不銹鋼網(wǎng)安裝要點(diǎn)

不銹鋼網(wǎng)雖然在工廠內(nèi)預(yù)組裝，但是101片各不相同的10mm不銹鋼片需要現(xiàn)場進(jìn)行安裝，現(xiàn)場施工誤差累積，再加上不銹鋼蜂窩網(wǎng)為鏡面效果，安裝過程中將不可避免的出現(xiàn)劃傷等缺陷，外飾效果將會(huì)大打折扣。為解決上述問題，將預(yù)組裝的不銹鋼網(wǎng)按6份拆分運(yùn)輸?shù)焦さ?，現(xiàn)場在拆分的6組相鄰位置也制作1：1模型，工地現(xiàn)場將6組預(yù)組裝為2組，之后根據(jù)最終的BIM模型，在不銹鋼網(wǎng)理論標(biāo)高100mm下方端部做1：1的模型平臺，利用可調(diào)的液壓千斤頂進(jìn)行支撐，預(yù)組裝完成的2組不銹鋼網(wǎng)吊起安裝，待初步固定后利用可調(diào)液壓千斤頂微調(diào)，保證安裝精度。這樣就避免了安裝誤差及安裝過程中對裝飾面的劃傷破壞等不利因素，從而達(dá)到預(yù)期效果。

3.5 雨篷整體卸載、預(yù)加載實(shí)驗(yàn)及相應(yīng)要點(diǎn)

由于本工程雨篷為超大不規(guī)則的蜂窩網(wǎng)狀不銹鋼結(jié)構(gòu)，且完全懸挑，在以往的幕墻工程中沒有類似或相近的案例用以參考和借鑒，為了驗(yàn)證其安全性和整個(gè)裝飾效果，特聘請第三方浙江中浩應(yīng)用工程技術(shù)研究院有限公司對雨篷整體卸載、預(yù)加載實(shí)驗(yàn)進(jìn)行監(jiān)測。

來福士FS10系統(tǒng)雨篷上層鋼結(jié)構(gòu)施工過程中結(jié)構(gòu)體系將隨施工階段不同而變化，現(xiàn)場施工荷載條件也是不斷變化的，因此杭州來福士廣場FS10雨篷上層鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際內(nèi)力與設(shè)計(jì)內(nèi)力值之間及結(jié)構(gòu)的實(shí)際變位與設(shè)計(jì)變位值必然存在差異。因此施工過程中必須對內(nèi)力及變位進(jìn)行監(jiān)測，及時(shí)掌握結(jié)構(gòu)實(shí)際狀態(tài)，對施工步驟及條件做出調(diào)整，防止施工中的誤差積累，確保結(jié)構(gòu)安全。

3.5.1 監(jiān)測監(jiān)控的頻率

第一階段 杭州來福士廣場FS10雨篷卸載，卸載分為5個(gè)階段，每個(gè)階段分別卸載30%、30%、20%、10%、10%，每次卸載穩(wěn)定后（卸載完成15min）測量出變形和應(yīng)變數(shù)據(jù)。

第二階段 杭州來福士廣場FS10雨篷卸載穩(wěn)定后預(yù)加載，預(yù)加載分為3個(gè)階段，分別為玻璃荷載、風(fēng)荷載、雪荷載，每次加載穩(wěn)定后（加載完成15min）測量出變形和應(yīng)變數(shù)據(jù)。

3.5.2 變形及應(yīng)變的監(jiān)測

通過測量出結(jié)構(gòu)在不同狀態(tài)下監(jiān)測點(diǎn)前后比較，實(shí)現(xiàn)變形監(jiān)測。變形監(jiān)測旨在防止在鋼結(jié)構(gòu)施工過程中出現(xiàn)的變形危及成體系的結(jié)構(gòu)安全，并保證結(jié)構(gòu)施工完成后，各控制點(diǎn)的坐標(biāo)（標(biāo)高）要滿足設(shè)計(jì)要求。測量結(jié)果與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比，分析得出施工過程中可能出現(xiàn)的施工誤差及原因，提交監(jiān)測數(shù)據(jù)與分析成果，并采取針對性措施進(jìn)行施工保障。

根據(jù)雨篷上層鋼結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，隨著鋼結(jié)構(gòu)施工以及上部結(jié)構(gòu)荷載改變后，本次監(jiān)測工作將合理地布置應(yīng)變測點(diǎn)，使觀測成果能反映結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布及最大應(yīng)力的大小和方向，以便和計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比，同時(shí)綜合其他監(jiān)測信息進(jìn)行分析，從而為施工過程安全與結(jié)構(gòu)工作狀態(tài)的評估提供參考。

3.5.3 監(jiān)測變形及應(yīng)變依據(jù)

應(yīng)力測量是結(jié)構(gòu)施工監(jiān)測中很重要的內(nèi)容。了解應(yīng)力沿構(gòu)件的分布情況，特別是了解結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)或關(guān)鍵截面處的應(yīng)力分布及最大應(yīng)力值，對于驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否合理，計(jì)算方法是否正確，都有直接的意義。因此雨蓬根部鋼結(jié)構(gòu)按應(yīng)力變化作為監(jiān)測依據(jù)，利用所測應(yīng)力資料還可以直接了解結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)和強(qiáng)度儲備，在結(jié)構(gòu)應(yīng)力達(dá)到預(yù)警值時(shí)及時(shí)發(fā)出警報(bào)，為進(jìn)行結(jié)構(gòu)處置提供準(zhǔn)確依據(jù)。直接測定出應(yīng)力比較困難，目前還沒有較好的方法，通常是借助于測定應(yīng)變值后通過材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系曲線或方程換算為應(yīng)力值。

不銹鋼網(wǎng)懸挑較大，監(jiān)測中按相應(yīng)不銹鋼網(wǎng)端部檢測位懸挑長度的1/125作為變形過大的判斷依據(jù)，將每輪卸載及預(yù)加載階段現(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)，與相應(yīng)該階段的理論值進(jìn)行比較，當(dāng)實(shí)際值大于理論時(shí)須停止施工。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著社會(huì)進(jìn)步及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，當(dāng)代建筑業(yè)蓬勃發(fā)展，建筑物造型及外觀要求也不斷提高，這就要求在設(shè)計(jì)、制作及安裝施工過程中，采用合理的設(shè)計(jì)方案，根據(jù)工程特點(diǎn)采取有針對性的施工方案及措施，才能保證在工程的安全基礎(chǔ)上，達(dá)到建筑師所要表達(dá)的理想效果。

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