異形建筑施工幕墻工程分析

柳鈺

摘要：現(xiàn)階段隨著我們國(guó)家建筑行業(yè)的快速發(fā)展很多的高層建筑類都出現(xiàn)了異形墻面的設(shè)計(jì)，建筑風(fēng)格也是越來(lái)越多樣化，出現(xiàn)了很多的個(gè)性類的建筑，墻面的形狀更是各式各樣，例如橢圓類型，拋物面類型等等。很多的新代表作品的建筑師結(jié)合了很多的不同類型的元素，例如金屬材料元素的結(jié)合來(lái)融入到相關(guān)的幕墻設(shè)計(jì)中，使得更加具有創(chuàng)意性，同時(shí)在其技術(shù)方面為了實(shí)現(xiàn)這一異形墻體的設(shè)計(jì)業(yè)融合了輕鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)來(lái)完成其搭建。在整個(gè)的建構(gòu)過(guò)程其實(shí)包含有很多的程序，例如研發(fā)設(shè)計(jì)，加工，施工，維護(hù)以及改善等等，所以為了實(shí)現(xiàn)其整個(gè)過(guò)程的可行且安全，其模型針對(duì)這一塊的分析是相當(dāng)關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：異形建筑;幕墻;結(jié)構(gòu)模型

一、研究背景

目前出現(xiàn)了一種新類型的解決方案BIM方式，中文全稱是建筑信息模擬。英文全稱是building information modeling，所以簡(jiǎn)稱為BIM。BIM作為復(fù)雜建筑的解決方案已成一種趨勢(shì)，計(jì)算機(jī)的建筑應(yīng)用技術(shù)從二維技術(shù)變革到三維信息技術(shù)，局部變更到全局跟進(jìn)都在計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)中直觀地體現(xiàn)，并將空間技術(shù)和時(shí)間結(jié)合起來(lái)，通過(guò)模型提前預(yù)知概念設(shè)計(jì)及施工建造中的誤區(qū)，保證建筑工程順利如期地竣工，在結(jié)構(gòu)工程這一塊目前其工作人員都是針對(duì)其生命周期這一塊來(lái)研究進(jìn)行綜合分析，其針對(duì)角度主要是為了確保其可靠和全面，目前這也是這一學(xué)科發(fā)展的趨勢(shì)。

工程概要

本工程位于湖北某市某區(qū)的大型商業(yè)綜合體裙樓中庭內(nèi)（24軸/L～M軸），且裙樓主體及室內(nèi)裝修已完工。鋼結(jié)構(gòu)燈塔從底部（地下一層樓底面）至頂部（地上三層4.8m處）總高度約22.8米。三層樓地面與燈塔主體設(shè)置兩座鋼結(jié)構(gòu)玻璃連廊相連，燈塔內(nèi)設(shè)檢修平臺(tái)。鋼結(jié)構(gòu)燈塔外立面附著裝飾鋁板幕墻，幕墻高度從地下一層至地上三層，高度約18米。塔頂設(shè)有玻璃圓形小屋，屋頂為鋁板屋面。鋼結(jié)構(gòu)燈塔外立面安裝裝飾用不銹鋼滑梯，長(zhǎng)度約35米。

二、 異形幕墻設(shè)計(jì)分析

（一）異形幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

結(jié)構(gòu)分析中荷載的傳遞：荷載的組合作用→令異形幕墻的板塊單元邊框（鋁桿件） →合輕鋼結(jié)構(gòu)→令連接件（支座） →令主體結(jié)構(gòu)。

本工程計(jì)算時(shí)對(duì)于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)這一塊我們有自己的相關(guān)計(jì)算方法，主要還是結(jié)合機(jī)構(gòu)力學(xué)和材料力學(xué)方面的相關(guān)知識(shí)來(lái)進(jìn)行綜合的研究分析。那么一旦遇到結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的情況，一般采用的則是優(yōu)先考慮經(jīng)濟(jì)性，采取對(duì)其整體的一個(gè)受力分析來(lái)完成這一塊，使材料的用量相對(duì)的減少。

我們?cè)谶M(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，為了考慮到其結(jié)構(gòu)方面維護(hù)作用，優(yōu)先要考慮到風(fēng)荷載。該計(jì)算書(shū)在風(fēng)荷載計(jì)算時(shí)，所計(jì)算的工程地面粗造度場(chǎng)地，基本風(fēng)壓按國(guó)家規(guī)范。風(fēng)荷載體形系數(shù)、風(fēng)壓高度變化系數(shù)、陣風(fēng)系數(shù)取值也按現(xiàn)行國(guó)家荷載規(guī)范要求，進(jìn)行風(fēng)荷載計(jì)算，并參照招標(biāo)文件相關(guān)技術(shù)要求（風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告），在進(jìn)行相關(guān)計(jì)算的時(shí)候需要選取風(fēng)荷載較大的來(lái)進(jìn)行。而且由于溫度的影響，當(dāng)其產(chǎn)生變化時(shí)，結(jié)構(gòu)應(yīng)采用可滑動(dòng)設(shè)計(jì)，能滿足規(guī)范的溫度變化要求，而在結(jié)構(gòu)上不產(chǎn)生應(yīng)力作用。

場(chǎng)館類異形建筑優(yōu)先采用萬(wàn)向可調(diào)構(gòu)造的幕墻墻體。在異形建筑的墻面構(gòu)造過(guò)程中，一般是采取混凝土和主體鋼為主來(lái)進(jìn)行搭建，將其固定在這兩者之間，這樣一來(lái)其具有客觀的可調(diào)能力。搭建好相關(guān)的模型后一般也會(huì)進(jìn)行相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中加入風(fēng)荷載以及地震等等情況時(shí)，這個(gè)時(shí)候會(huì)有相關(guān)的一些力學(xué)響應(yīng)，因此在其設(shè)計(jì)中需要樹(shù)立很多的條款原則：

首先，在整個(gè)工程的結(jié)構(gòu)這一塊設(shè)計(jì)中需要注重抗風(fēng)，這在整個(gè)工程中都是很重要的原則。風(fēng)荷載一般是作用于墻面上的，且是直接垂直于幕墻上，那么所以在進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)的時(shí)候，要求在其結(jié)構(gòu)生命周期中最大風(fēng)荷載作用下還能夠不影響它的正常運(yùn)作，而且當(dāng)受到陣風(fēng)的時(shí)候依舊能夠保證完好不被破壞，這樣能夠合理減少事故的發(fā)生。目前有很多的高層建筑以及異形建筑的搭建，很多這些建筑隊(duì)風(fēng)都是高度敏感的，那么這一類就需要進(jìn)行相關(guān)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，其主要就是為了確定風(fēng)荷載。對(duì)于這一類型的墻體風(fēng)荷載的分析一般為了其結(jié)果最終相當(dāng)?shù)臏?zhǔn)確，都會(huì)采取區(qū)分歸納以及總結(jié)等等方法來(lái)進(jìn)行全面的計(jì)算。

其次在設(shè)計(jì)中抗震的設(shè)計(jì)也是很重要的，那么針對(duì)這一塊其設(shè)計(jì)彈性限度值應(yīng)該被擴(kuò)大，應(yīng)該比平面變形值的三倍來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中需要注意三大水準(zhǔn)。涉及到第一水準(zhǔn)的時(shí)候就是要保證相關(guān)墻體的完整性，基本上沒(méi)有損壞不用進(jìn)行相關(guān)的維修且還能夠投入使用中;第二水準(zhǔn)那么就是對(duì)應(yīng)的墻體會(huì)有輕微的裂痕但是在經(jīng)過(guò)相關(guān)的修整后不影響繼續(xù)投入使用;第三水準(zhǔn)則是對(duì)應(yīng)的墻體損壞有點(diǎn)嚴(yán)重，玻璃碎裂，但幕墻整體受力框架體系不癱塌。本工程異形幕墻為“四肢伸展”的矮扁空間造型，水平抗震能力較好，豎向地震作用不能忽視，應(yīng)考慮三個(gè)方向的抗震構(gòu)造。

（二）異形幕墻模型的結(jié)構(gòu)分析方法

1、結(jié)構(gòu)抗風(fēng)

按程度來(lái)分可劃分為A類型，所以在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候其風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)相關(guān)的計(jì)算值都是按最大的來(lái)選擇。

持續(xù)的風(fēng)作用對(duì)異形幕墻的破壞作用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.1 可開(kāi)啟門窗因?yàn)槲搓P(guān)閉或鎖裝置破壞被強(qiáng)風(fēng)刮落。

1.2 在異形幕墻的局部端部懸臂結(jié)構(gòu)，根部抗彎能力不足導(dǎo)致破壞。

1.3 角部及立面凹槽區(qū)域會(huì)產(chǎn)生較大的風(fēng)力，危及工程結(jié)構(gòu)及人身安全。

1.4 強(qiáng)風(fēng)使異形幕墻構(gòu)件發(fā)生塑性變形，導(dǎo)致幕墻漏水或其它安全隱患。

2、結(jié)構(gòu)抗震

當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生的時(shí)候?qū)ㄖ钠茐氖呛艽蟮?，一般是分為兩大塊垂直層面以及水平層面的，現(xiàn)階段我們國(guó)建采用了相關(guān)的分析法來(lái)對(duì)這一塊的過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)的分析。這篇文章中涉及到的工程設(shè)計(jì)的地震的加速度值是零點(diǎn)一，相關(guān)城市的防震指數(shù)為七度，工程中采用幕墻規(guī)范的抗震算法——將地震作用的動(dòng)力荷載轉(zhuǎn)化為靜力荷載簡(jiǎn)化計(jì)算，然而現(xiàn)在針對(duì)異形墻體這一塊的技術(shù)發(fā)展的異常迅猛，所以這一塊相關(guān)的設(shè)計(jì)以及理念都還需要進(jìn)一步的完善和改進(jìn)，一旦涉及的更加復(fù)雜的時(shí)候，需要有限元法計(jì)算其承載力和變形。結(jié)構(gòu)抗震分析按以下步驟進(jìn)行：

2.1首先從已發(fā)生震害現(xiàn)象開(kāi)始，主要有石材幕墻槽口開(kāi)裂、全玻幕墻下支撐結(jié)構(gòu)破壞、伸縮縫處幕墻風(fēng)琴板裝置破壞等等。從現(xiàn)象分析幕墻框架和玻璃的破壞原因，分析伸縮縫預(yù)留位置尺寸限值;

2.2從幕墻抗震設(shè)計(jì)的一般規(guī)定檢查工程項(xiàng)目的符合度，如水平位移可調(diào)構(gòu)造的最大調(diào)整范圍，玻璃是否剛性接觸等等。幕墻規(guī)范規(guī)定幕墻玻璃邊緣至邊框槽底的間隙應(yīng)符合下式要求：

其中u lim一分格框變形限值，一玻璃豎邊長(zhǎng)，一玻璃橫邊長(zhǎng)，一玻璃與左右框的平均空隙，取值時(shí)應(yīng)考慮1.5mm;一玻璃與上下框的平均空隙，取值時(shí)應(yīng)考慮1.5 mm的施工偏差;的施工偏差。

三、 結(jié)語(yǔ)：

本文針對(duì)具體工程進(jìn)行研究，具有一定的局限性，其異形幕墻幾何模型繁多，結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)造成各不相同，對(duì)于異形幕墻結(jié)構(gòu)共性規(guī)律還應(yīng)進(jìn)行更為廣泛的研究。目前急待解決異形幕墻的通用產(chǎn)品設(shè)計(jì)，去應(yīng)對(duì)多角度、大調(diào)整位移量的異形幕墻施工難題，雙曲鋁板的模具生產(chǎn)制造的效率有待提高。

參考文獻(xiàn)：

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