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個性化肌理幕墻實現之道

來源:2018-2019分析報告  作者:孟根寶力高  日期:2019-8-20
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   摘要:隨著數字化、自動化技術的發展和應用,建筑外表皮采用個性化肌理,即肌理幕墻成為了建筑發展的趨勢之一。本文首先給出“肌理幕墻”通用定義,并對不同的結構體系和不同材料組成的個性化肌理幕墻,進行結構和性能設計要點分析。再結合詳細剖析具體國內外肌理幕墻案例,總結了肌理幕墻設計,特別是“單層集成肌理幕墻”設計技巧和質量控制要點,為個性化肌理幕墻設計提供啟發性思路和可借鑒的經驗。
    關鍵詞:肌理幕墻;雙層肌理幕墻;單層肌理幕墻;平面內變形;微通風肌理幕墻

  摘 要:隨著數字化、自動化技術的發展和應用,建筑外表皮采用個性化肌理,即肌理幕墻成為了建筑發展的趨勢之一。本文首先給出“肌理幕墻”通用定義,并對不同的結構體系和不同材料組成的個性化肌理幕墻,進行結構和性能設計要點分析。再結合詳細剖析具體國內外肌理幕墻案例,總結了肌理幕墻設計,特別是“單層集成肌理幕墻”設計技巧和質量控制要點,為個性化肌理幕墻設計提供啟發性思路和可借鑒的經驗。

  關鍵詞:肌理幕墻;雙層肌理幕墻;單層肌理幕墻;平面變形;微通風肌理幕墻

  1 引言

  在漫長的人類歷史發展的過程中,大型建筑活動經歷了從簡單到復雜、從為宗教及少數貴族服務到大眾服務的階段。工業化普及之前,中國建筑以均衡對稱的方式形成院落式組群布置,具有天人合一的特征,然而西方古建筑宜立體感官、單一布局為特征,更具神化和宗教性屬性。然而縱觀中外古建筑的風格及立面表現形式,基本上為政治、宗教文化符號為基礎建制,并表現出體塊變化為主,結構與裝飾一體化特點(如圖1.1所示)。

  工業革命引發了社會生產和社會生活的大變革,出現滿足廣大人民群眾需要的現代主義建筑(如圖示1.2),其特點為建筑形式簡潔、標準化,適合批量生產。現代主義建筑產生于19世紀后期,成熟于20世紀20年代,在50~60年代風行于全世界,是20世紀中葉在西方建筑界居主導地位的一種建筑。隨著“現代主義”建筑轉向“后現代主義”建筑,建筑設計強調建筑隨時代而發展,同工業化社會相適應,強調建筑的實用功能和經濟問題的同時,主張積極采用新材料、新結構,堅決擺脫過時的建筑式樣的束縛,放手創造新的建筑風格,主張發展新的建筑美學,創造建筑新風格。其造型和線條以簡潔的造型和線條塑造鮮明的社區表情。立面和建材通過高聳的建筑外立面和帶有強烈金屬質感的建筑材料堆積出居住者的炫富感,以國際流行的色調和非對稱性的手法,彰顯都市感和現代感。其豎線條的色彩分割和純粹抽象的集合風格,凝練硬朗,營造挺拔的社區形象。其波浪形態的建筑布局高低跌宕,簡單輕松,舒適自然。強調時代感是它最大的特點。

  隨著建筑審美體驗的多樣化和數字化建造技術的進步,越來越多的建筑采用既承載文化元素,又具備抽象美感肌理的獨特幕墻形式-肌理幕墻(如圖1.3所示)成為其選擇。這種幕墻相對于具有矩形平滑表面幕墻,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光影肌理表皮幕墻。他將成為現在建筑設計趨勢的主要原因從以下幾個方面看到端倪:

  1) 業主表達自我個性與商業價值追求動力。

  2) 建筑設計師表達自我獨創和藝術造詣的追求。

  3) 幕墻設計師推動技術進步和提高附加值的現實需要。

  4) 為城市增添新元素,體現人類、建筑和人類文明的個性化道路上分化發展需要。

  (如下圖所示,哈爾濱大劇院為例,既追求當地“冰雪”文化,又結合了美學與功能。河南科技館表面肌理則體現現代與科技感)。

  2 幕墻的分類新視野

  建筑幕墻是由面板與支承構件體系組成的,相對于主體結構有一定位移能力和自身有一定變位能力,向主體結構傳遞自身所受荷載的建筑外圍護體系。面板可采用玻璃、石材等各種金屬板,根據支撐構架可采用鋼、鋁合金木材、玻璃等材料(如圖2.1)。

  幕墻分類維度很多,通常按結構和面板種類進行(如圖2.2所示)。“肌理幕墻”則根據表面屬性進行的命名,也是內涵較多的命名和分類方式。

  肌理幕墻中的多層肌理幕墻(如玻璃、石材、金屬板或網、木材、陶板GRC板等)與單層集成肌理幕墻(如體塊變化形成、板塊尺度上變化等)是根據建筑整體表現的不同形式在建筑幕墻的設計是相輔相成,共同發展。對于多層肌理幕墻常規形式為內層幕墻+外掛肌理面板,其設計關鍵為連接可靠、外層板制造工藝、維護方便和集成設計(如圖2.3所示),單層集成肌理幕墻采用為一體化集成構造,其特點物盡其用、簡潔美觀和龍骨角度自然而可靠等(如圖2.4所示)。

  3 多層肌理幕墻設計要點及控制策略

  案例:蘇州科技文化藝術中心(如圖3.1)(框架幕墻+合金(詞條“合金”由行業大百科提供)雙層網)

  蘇州科技文化藝術中心。位于金雞湖畔的文化水廊景區,由保羅·安德魯與華東院合作設計,設計體現蘇州傳統元素:“一顆珍珠、一段墻和一個園林”為建筑美學上的立意。

  月牙形雙層圖案外墻,兼顧遮陽和節能的蠶絲象征效果。六邊形雙層鋁合金掛板模塊為基本單元,通過連續的幾何拼接,實現空間感和富有張力延展性線條。外側模塊化雙層弧形鋁合金格柵板掛于牛腿上,實現了多項精確調整。并與LED集成設計。如圖2.8

  3.1 多層肌理幕墻設計理念

  阿布扎比常年氣溫攝氏38度以上,通過智能化遮陽傘隨太陽的方向自動開合,吸收太陽能50%以上,實現節能和人體舒適。

  多層肌理幕墻案例:

  多哈外交部大樓 :內玻璃幕墻+四重鋁板遮陽

  安徽廣電大廈:建筑高度260m

  幕墻特點:索網支承開孔鋁板 篆體文字裝飾幕墻:篆字8mX6m

  上海安達仕、朗廷酒店:玻璃幕墻+外掛花崗巖

  深圳新世界中心:魚鱗疊瓦外掛玻璃+玻璃幕墻

  特殊肌理幕墻例子:

  3.2.2肌理幕墻通風功能設計

  3.2.3 肌理幕墻“平面變形適應性能” 設計策略

  肌理幕墻,因類型不同而平面內變形適應能力不同,要考察角度切換、體塊轉換位置的地震、風振變形時的間隙和適應能力。

  抗震設計時,伽馬≥3*Q(Q值因主體結構類型而定,針對多層鋼結構(詞條“鋼結構”由行業大百科提供)建筑Q=L/300)

  3.3多層肌理幕墻設計薄弱環節控制策略

  外掛構件所受風荷載大,結構計算應給于充分考慮。新版JGJ102第 4.5.6條規定:外露于幕墻墻面的裝飾性遮陽構件應與幕墻龍骨或主體結構可靠連接。

  注:2098個遮陽傘,高度4.2m,寬度跨4個單元4.36~5.82m,直接連接到主體結構上。

  9 肌理幕墻類型 (杭州來福士大廈:立體金屬板幕墻(詞條“金屬板幕墻”由行業大百科提供))

  3.3.1 肌理幕墻新材料新工藝

  肌理幕墻應用新材料、新技術和新工藝,以試驗方法確認其可靠性,嚴格管控適用條件和邊界。

  例子:雙曲面幕墻,熱彎(詞條“熱彎”由行業大百科提供)冷彎工藝

  根據實際工程在保證建筑立面效果的情況下,采用冷彎玻璃和熱彎玻璃的工藝要求:

  a) 冷彎在彎曲邊的1/60以內,其性能基本保持不變。

  b) 大變形需足尺檢測確認。

  c) 應力(詞條“應力”由行業大百科提供)附加值需考慮。

  盤古大觀:彩色膠膜雙彎夾層玻璃PVB

  南京德基廣場

  Nanjing DEJI tower

  日本COCOON

  BIM精細化設計、施工:

  建筑信息模型(BIM)

  英文是 Building Information Modeling

  我們可以這樣簡要地描述它:

  通過數字信息仿真模擬建筑物所具有的真實信息,在這里,信息不僅僅是三維幾何形狀信息,還包含大量的非幾何形信息,如建筑構件的材料、重量、價格、進度、規格、型號等。

  BIM的本質是生產和工作方式的改變!

  3.3.2肌理幕墻案例

  上海中心大廈:

  A1 幕墻系統

  本工程難點及解決方案:

  1.橫豎框與玻璃不同夾角,橫豎框前端加組合附框,調整角度

  2.由于立面角度不一致,豎框底端與上橫框插接不能保證一致縫隙,通過加大下橫框截面尺寸,使下橫框包住豎框與上橫框插接。

  3.FT113系統,橫框根據幕墻表面的傾斜角度,設定一個角度作為橫框基準面。為了防止結構膠長期受剪,玻璃外側設置扣板。同時對擦機限位扣(BMU)進行了合理化設計。

  4 總結

  隨著工業從1.0到4.0的升級發展,幕墻也從簡單、標準化向復雜肌理幕墻方向發展,表現出以下特點:

  a)幾何形狀越發復雜、構件種類更多、加工組裝更復雜;

  b) 精度要求高于建筑其他配套專業;

  c) 巧妙實現功能性能面臨更多挑戰;

  建筑工業4.0以智能制造為主導的建筑行業的革命性生產方法,其核心為:個性化、信息化、工業化。

  1、肌理幕墻是建筑設計“個性化”的重要方面,隨建筑設計個性化,其比例會增加。

  建筑與幕墻的關系是建筑系統與子系統,隨著數字化、自動化技術的應用,建筑小批量個性化一定是發展趨勢之一。從而肌理幕墻比例會增加,應進行分類重點研究。

  2、針對肌理幕墻特點,幕墻構造設計,應考慮針對性措施。

  a) 為保證建筑立面效果,幕墻構件可采用“斷框工藝”處理。

  斷框可采用鋼插芯(焊接鑄鋼件)聯通,通過在豎框前端加頂絲等消除間隙策略實現傳力可靠。

  b) 龍骨與玻璃之間不同夾角,可增加組合附框,適應角度變化。

  C) 通過系統考慮室內外效果,保證內外效果和性能。例如,加大下橫框截面尺寸,使下橫框包住豎框與上橫框插接。

  3、幕墻性能設計,應考慮薄弱環節,并以足尺檢測樣確認其性能可靠。

  a) 性能設計基本原理與肌理特性結合,進行針對性設計。

  b) 要關注肌理幕墻性能設計薄弱環節,一般平面內變形性(詞條“變形性”由行業大百科提供)能、防水和節能出現薄弱環節,應給與重視。

  c) 多層級足尺檢測是確認幕墻性能之確實性之母,要認真執行。

  4、 肌理幕墻安全標準及自然災害。

  隨著人口數量的增長,全球性環境惡化在百年尺度上不可逆轉,所以自然災害頻率和強度總體上將處于上升趨勢。肌理幕墻,相對傳統幕墻懸挑構件多、受力復雜,抗風安全要針對性論證,尋求相應設計對策。

  例如,廈莫蘭蒂、廣東山竹臺風破壞經驗告訴我們外懸構件受風壓影響大,應認真分析周圍建筑環境對建筑風壓分布的影響。

  5、 幕墻個性化與新材料、新技術和新工藝。

  作為肌理幕墻,新材料、新技術和新工藝使用比較普遍,應重視以下幾個方面:

  a)做必要的工藝測試。例如,立體肌理構造整體性、懸挑構件強度和集成通風等裝置的匹配度。

  b)肌理幕墻普遍采用鋼鋁結合設計方式,要避免電位差腐蝕(鋼材(詞條“鋼材”由行業大百科提供)表面合理性)等影響耐久性因素。具備條件時,宜采用不銹鋼插芯和連接件

  c)玻璃采用冷彎技術時,要進行足尺應力和密封性(中空玻璃)確認測試。

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專家介紹

 孟根寶力高

鋁門窗幕墻委員會專家組

工作單位:沈陽遠大科技園有限公司

技術職稱:*

專業:建筑幕墻設計、施工管理

專長:高層建筑幕墻設計及施工管理

原文地址:http://www.52mqw.com/info/2019-8-20/46321-1.htm
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