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谈天津泰达广场单元式幕墙的设计、加工与吊装施工
                                谈天津泰达广场单元式幕墙的设计、加工与吊装施工
                                                                                          广东金刚幕墙工程有限公司 梁汝行
 
 
        摘    本文针对天津泰达广场单元式幕墙的设计分析,重点阐述了天津泰达广场单元式幕墙的设计思路,对今后类似工程的研究设计以及实际应用提供重要参考价值。
       关键字  独立式横滑型单元式幕墙系统;防排水设计
    
        1  工程概况
        天津泰达广场A区B区及泰达中央广场建筑幕墙工程位于天津开发区第二大街、广达街与新城西路、新城东路交口,呈“凸”字形状,总占地约9万平方米,总建筑面积约51万平方米。建筑主要功能为国际标准5A级写字楼及其附属设施。A区总建筑面积24万平方米,其地上部分由四层裙房和两栋27-28层塔楼组成,建筑高度125.5米,檐口高度134.5米,幕墙总面积约为5.5万平方米。B区总建筑面积24万平方米,其地上部分由四层裙房和两栋28层塔楼组成,建筑高度125.5米,檐口高度134.5米,幕墙总面积约为5.0万平方米。
       本工程幕墙类型主要采用单元式幕墙,标准单元板尺寸比较大,其中东西面玻璃与石材幕墙镶嵌,且有石材装饰线条,标准单元板块尺寸为2700×4200及900×4200;南面采用窄体的外循环双层呼吸式幕墙,标准板块尺寸为1800×4200;北面为普通的玻璃幕墙板块,南北面标准板块尺寸为1800×4200。
         2  单元式幕墙系统设计
         2.1设计构思
         2.1.1 外观设计特点
         本项目塔楼采用竖向装饰线条来突出立面造型,形象挺拔、气势恢弘,与周围的自然环境相融合,竖向石材装饰线条立面效果丰富,形成天津新个性的形象特征,打造出天津市的地标性建筑精品。
         首先,在建筑塔楼东、西立面的外形设计上采用400mm和600mm宽的石材装饰线条突出立面造型,在装饰效果上,强调竖向大玻璃板块分格,再以竖向交错的石材装饰条做衬托,而避难层的铝合金百叶就如同大的横向装饰线条,丰富立面层次,同时,四个转角位置上的铝合金百叶更使立面效果富有立体感,使得整个建筑更具魅力。
         其次,在建筑塔楼南立面采用的是外循环双层玻璃幕墙,在装饰效果上,同样是强调竖向大玻璃板块。楼层间设置横向装饰的百叶进出风口,避免了整个立面玻璃幕墙造成立面的单调、呆板。建筑塔楼北立面采用的玻璃幕墙,同样以竖向大玻璃板块为主,并在楼层间设置装饰百叶,寻求与南立面在外观效果上的统一,建筑外装饰效果更协调、更融合。
         2.1.2节能设计
         节能设计是现代建筑的主流因素,低能耗则是业主和建筑师的共同梦想,本建筑设计充分体现“低能耗”的设计理念,本工程塔楼采用8(Low-e)+16A+6双银Low-e中空钢化玻璃、(8+1.52PVB+8)+12A+12双银Low-e中空钢化玻璃,裙楼采用12(Low-e)+12A+12双银Low-e中空钢化玻璃,幕墙龙骨采用断桥隔热的构造,具较好的节能效果,使建筑能满足节能设计的要求。
        本工程南立面节能环保措施主要采用双层外循环呼吸式幕墙、双银low-e钢化中空玻璃、铝合金隔热型材等高效节能措施,东、西立面石材幕墙部位设置保温岩棉,为整个建筑营造了一个人类发展与自然环境的保护和谐统一的环境,展示了一个舒适、健康、环保、节能的办公建筑新形象,创造出一个与环境相协调、具有高效率高性能的、未来智能化建筑典范。
         2.1.3单元结构选型
         本工程塔楼幕墙按单元式幕墙进行设计。由于玻璃幕墙外装饰压线建筑要求采用45度交接,同时考虑到板块尺寸比较大,东西面造型石材柱又悬挑比较大,有侧向风荷载传递到单元主梁上,如果按传统的插接楔合式进行设计,幕墙龙骨刚度分配传力不是很清晰,因此,结合以上建筑特点,我们设计了一种独立式横滑型单元式幕墙系统,如图2-图5是该系统的标准单元小样照片或效果图,从图中不难看出,由于该系统有以下几个特点,因此是非常适用于本工程。
(1)、单元体主横梁型材采用多腔闭合型材,抗变形能力及稳定性增强;
(2)、单元主梁和单元横梁之间通过组角块楔合,提高了单元体的强度,可满足大跨度单元式幕墙体系要求;
(3)、独立式横滑型单元幕墙系统单元主横梁均独自受力,计算模型简单,更接近实际,结构更可靠;
(4)、独立式横滑型单元幕墙系统通过EPDM胶条的45°交圈来形成等压腔,气密性能及水密性能及热工性能更优越;
(5)、独立式横滑型单元幕墙系统之间采用的是柔性的连接,对曲面造型的拟合具有优势,现场安装效率比较高;且周圈龙骨是通过组角块楔合,特别适用于建筑上横竖装饰线条采用45度拼接,或三角形等异型单元板块;如图4、图5;
(6)、单元之间采用柔性EPDM胶条构成防水体系,质量可控;
如图6、图7为本工程单元系统的密封构造节点图,图中JT101、JT103、JT104、JT105、JT107A是根据各个位置的构造连接分别设计的EPDM胶条名称代号,单元体之间利用以上EPDM胶条,形成了三道密封线,从而形成等压腔来确保单元的气密性能及水密性能。在实际应用过程中,第一道密封系统主要起批尘及批水的作用,不能阻挡有少部分的水进入第一个等压腔中,这少部分的水有大部分将通过EPDM胶条JT101上的泄水孔排出,如仍有极少部分的水渗漏到第二个等压腔中,可通过型材内排水腔排出,因此第二道密封系统为水密线,第三道密封系统则为单元体幕墙的气密线。
         由于本工程单元系统防排水设计思路还是以堵为主,以排为辅,因此单元板块之间的EPDM胶条交圈是本系统的防水设计重点,如图8所示为单元板块交接位密封系统的三维示意图,第一道密封采用C形的EPDM胶条(JT105或JT101)拼接密封,通过相互之间的挤压,此部位能挡住室外的灰尘和大部分水。第二道密封及第三道密封的横向EPDM胶条(JT101或JT103)在实际使用过程中要求通长处理,竖向EPDM胶条(JT104或JT107A)设计成对称折叠式的EPDM胶条,与横向EPDM胶条(JT101或JT103)干涉时,将其中一部分进行修剪,确保搭接位密封可靠,从而保证单元系统的气密性及水密性。图9-图10为各道密封胶条连接节点及加工示意图,图11为现场EPDM胶条安装照片。
         本工程单元系统采用的是内腔疏导,分层排水做法,大致的排水路径如下:进入第二道等压腔的水通过单元上横梁上的A孔进入下横梁前端排水腔,然后顺着立柱前端排水腔到达下横梁前端排水腔,再通过¢10×25的排水孔排到JT101表面,最后先后通过B孔、C孔排到室外。具体排水构造及路径图详见图12及图13。
         2.2  立面幕墙系统节点设计
         根据工程的立面设计特点,天津泰达广场的单元式幕墙系统主要划分为单元式单层玻璃及石材幕墙(竖向石材遮阳)系统、单元式单层玻璃幕墙系统、外循环双层玻璃幕墙系统。
         2.2.1  单元式单层玻璃及石材幕墙(竖向石材遮阳)系统
         主要位于建筑物东、西立面的26.7米标高之上,明框单元式幕墙结构,外观设计上采用突出400mm或600mm宽的石材线条,突出立面的挺拔造型,同时又起到遮阳的作用,400宽的石材装饰条在立面上交错布置,丰富了建筑的线条。如图14所示,为本系统的标准立面大样图,图15为现场照片。
         本系统采用节能、隔音、耐撞击性能较好的8(Low-e)+16A+6双银Low-e中空钢化玻璃及30mm厚石材背衬100mm厚防火岩棉作为幕墙的外维护材料,其隔热性能满足本建筑热工性能设计要求,其中石材背面需增加纤维背网和环氧树脂胶,防止石材高空破损后散落伤人。图16及图17为本立面系统的横向标准节点,图18、19分别是本立面系统的玻璃幕墙竖向标准节点及石材幕墙的竖向标准节点。
         从节点中可以看出,本立面系统为带扣盖的明框单元式幕墙结构,玻璃面板与幕墙铝合金框料之间加三元乙丙胶条,并用铝合金扣条压紧。同时三元乙丙胶条能有效防止两者之间的硬性接触产生噪音。玻璃面板与幕墙龙骨之间的这种连接实现了对玻璃进行拆卸更换及维修。在细部的构造处理上,铝合金外扣条对玻璃边进行封边保护,同时打耐候密封胶进行密封,防止雨水渗漏。大石材幕墙采用背栓式系统,背衬100mm厚防火岩棉作为幕墙的外维护材料。
         本立面系统的重点难点是石材装饰线条的设计。如果按传统的背栓石材幕墙系统进行设计,石材面板为独立安装,石材上的铝合金挂件与幕墙龙骨上的挂件配合方向和风荷载方向同向,但其他两个方向是可活动的,由于板块在车间组装时,幕墙面板是平行于地面的,因此,不能实现石材装饰柱面板在车间进行组装,只能上墙安装,但由于石材有造型尺寸,放线及精度均难以控制,因此施工难度大,施工质量无法保证,且花费的人工多。为了解决此问题,我们在设计过程中,考虑将左右两块石材通过铝合金挂件连成整体,形成整体线条,通过石材上的铝合金挂件与幕墙龙骨上的铝合金挂件相互之间的配合,可实现石材装饰线突出的方向以及石材装饰线条受风方向的限位,从而达到可在车间进行组装的目的。
         玻璃单元板块主要尺寸为2700×4200mm石材单元板块主要尺寸为900×4200mm,单元板块交接位置的各自立柱受荷面积不一,特别是石材装饰柱还会向单元立柱传递侧向荷载,因此在相同情况下,立柱挠度变形不一,当变形差别比较大时,比较容易造成单元密封系统的失效,因此,在单元立柱的1/4位置增加了插接槽,来确保单元立柱变形基本一致,来保证单元系统的密封性能。但在进行结构计算时,还是按独自受力进行考虑,不能按刚度分配进行计算,以确保结构的安全性能。
         2.2.2 外循环双层玻璃幕墙系统
         本幕墙系统主要位于建筑物南立面的26.7米标高之上,为明框单元式双层玻璃幕墙结构。立面外形设计上采用竖向大玻璃板块,层间设置固定百叶进出风口。外层玻璃采用12mm钢化玻璃,内层玻璃采用8+16A+6中空钢化双银Low-E玻璃。外层玻璃分格为1800×3400mm,内层为一大一小平开门,平开门分格尺寸为800/1000×2800,平开门之上为内外双层9mm厚纤维硅酸盐板(防火板)内衬100mm厚保温岩棉。单元板块玻璃内腔都覆盖了电动遮阳百叶,使幕墙更加节能保温,灵活调节室内光线强度。图20为本系统的标准外皮立面大样图,图21为内皮标准立面大样图,图22为现场施工照片。
         外循环双层玻璃幕墙,巧妙地利用了室外的空气循环系统和热压原理(“烟囱”效应),将幕墙内外双层面板之间的空隙充当循环系统的通道,通过在外层单元幕墙底部设置进风百叶,顶部设置出风百叶,达到空气在单元腔体中流通。
         外循环双层玻璃幕墙单元体空腔内的空气在太阳辐射的作用下温度上升,形成“烟囱”效应,向上流动,通过出风口,排至幕墙外,同时带走腔体内的热能,双层幕墙热通道的空气不断地循环流动,使室外传递进来的热量能够迅速通过空气这个载体被带走,减少室外热量往室内的传递,从而达到节能的目的。由于有这样一个“流动空气腔”,使内层玻璃和铝型材的温度始终和室内温度保持一个相对的平衡,使人在靠近幕墙的时候不会产生灼热感,提高了室内的舒适性。设计时,在双层幕墙内腔还设置了电动遮阳百叶,遮阳百叶采用50mm宽铝合金氟炭喷涂百叶,位置尽量靠近外层玻璃,以减少太阳辐射对内层幕墙玻璃的影响,百叶采用电动控制,一拖一的控制形式。图24及图25、26是本系统的标准横向节点及竖向节点。
         在进行节点设计时,考虑到热通道系统的维修及清洗,本系统的通风百叶以及踏步格栅均整体组框,可整体拆装,同时增加了工作面,也加快的板块的加工进度。
         2.2.3 单元式单层玻璃幕墙系统
         本幕墙系统主要位于建筑物北立面的26.7米标高之上,主要是明框单元式单层玻璃幕墙结构。如图27所示,为本系统的标准立面大样图,立面外形设计上采用竖向大玻璃板块,层间设置固定百叶后衬100mm厚防火岩棉及9mm厚纤维硅酸盐板做防火处理。本系统建筑外观效果与建筑塔楼南立面双层玻璃幕墙一致,使得建筑南、北立面相协调、呼应统一。图28为现场施工照片。
         本系统采用节能、隔音、耐撞击性能较好的(8+1.52PVB+8)+12A+12mm双银Low-e夹胶中空钢化玻璃作为幕墙的外维护材料,其隔热性能能满足本建筑热工性能设计要求,系统节点构造设计与带石材装饰条单元式单层玻璃幕墙一致,只是型材截面稍大些,在此不重复论述。图29及图30为本系统的标准节点。
         结束语:
         本文通过介绍本工程的单元式幕墙的设计,特别是防排水设计和石材装饰线条的设计,对今后类似工程的研究设计以及实际应用提供重要参考价值。
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