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【钢结构·建筑】UN Studio设计上海“城市之眼”,三层幕墙模块是如何建成的?

【钢结构·建筑】UN Studio设计上海“城市之眼”,三层幕墙模块是如何建成的?

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对于一个复杂的、非常规的幕墙体系,从设计阶段开始就需要仔细研究其建造和使用的的可行性。上海西康路189弄,一个极具特色的幕墙项目。它独特的外立面造型和复杂的几何变化需要幕墙的设计师在传统的幕墙体系上研发出一套独特的铝板幕墙体系。而在整个的设计过程中,所有的细节的出发点都是建立在在如何将外观、性能和安装三者有机地结合在一起。


本文将介绍本项目的幕墙的设计,展示了构造和设计方面与众不同的特点,特别是这个项目中所特有的固定铝板的方式以及该铝板后侧的玻璃幕墙体系。


关键词 :铝板幕墙,异形幕墙,不锈钢,单元式


项目介绍:


由中信资本开发的西康路189弄项目位于上海普陀区的西康路与长寿路的交汇口。该项目主要的业态为商业和办公,建筑面积为37276平方米。在上海众多的商业项目中,该项目虽然体量不算大,但是却因为其独特的设计和优质的工艺成为市中心的地标性建筑。本项目的方案建筑师为来自荷兰的UN Studio,幕墙顾问是英海特工程咨询(北京)有限公司上海分公司。因为其优秀的设计与施工,该项目曾被《AD》杂志评为世界最美购物中心,亦获评为2017年MIPIM Asia Awards最佳零售项目金奖。





本项目的幕墙最大的特点是外侧由一层到三层渐变的装饰铝板与内侧的单元式玻璃幕墙组成的双层外墙体系。利用参数化设计的由铝板构件组成的单元共有9种,设计师通过层数和大小的变化,让它们在建筑上生动的展示出一个若隐若现的灵动立面。另外位于大楼两个转角位置的异形铝板与玻璃幕墙组成的“城市之眼”也在设计和施工上也是极具难度的。


项目实景照片


铝板幕墙实景照片


幕墙系统的设计和施工介绍


特殊铝板的固定方式


作为本项目最有特色的菱形铝板系统,在固定、安装和受力方面都有许多非常规的做法。首先,在玻璃幕墙外侧的铝板体系由于承受了较大的风荷载和自重荷载,在设计时,我们有意地将铝板体系的龙骨与玻璃幕墙的龙骨脱开,采用T型的钢立柱与楼板处的混凝土梁固定。这样玻璃幕墙的龙骨不会因为铝板所传递过来的风荷载和自重而产生额外的应力和变形,在受力体系上更为简便也更加可靠。



所有二层至四层镂空位置的铝板均采用焊接成型铝板盒子,这些铝板盒子有平行于墙面和垂直于墙面两种摆设方式。并且随着建筑立面的变化,铝板盒子的层数由一层逐渐过渡到三层。建筑师希望这些铝板盒子的固定尽量的小巧与美观,为了达到建筑效果的同时保证结构的安全,我们设计出一种带有多个连接角度的不锈钢转接件。该不锈钢转接件通过内螺纹固定在一根不锈钢棒上。在需要连接铝板盒子的位置安装一系列的可调节角度的套筒。铝板盒子的角部在加工厂内安装了一有内置的可以转动的接驳头,套筒上固定件与铝板盒子中的内置接驳头通过带有内六角的螺杆紧密的连结。为了保证安装的精度,所有的不锈钢连接件均采用机加工而不是常规的铸造件。


典型的带有三层铝板盒子的节点图


支撑铝板盒子的不锈钢棒系统



装饰铝板的安装精度要求非常高,几乎每一块装饰铝板都需要安装到理论的位置,整体偏差不应超过2mm,这就对整个系统的安装精度提出了很高的要求。在施工期间,施工单位首先按照1:1精确建模,将T型钢、不锈钢棒、装饰铝板全部建成三维模型,然后根据三维模型,生成T型钢的安装定位图和不锈钢棒的安装定位图,保证T型钢和不锈钢棒的整体安装精度,其中T型钢的左右偏差和上下偏差控制在2mm以内,不锈钢棒的前端偏差,上下、左右和前后偏差控制在2mm以内,远高于常规铝板幕墙的5mm偏差要求。这样就保证了整个项目整体的偏差是可控的。而铝板盒子的安装可调节范围在正负5mm,故T型钢和不锈钢棒的2mm误差是完全可以消化的。铝板盒子的安装遵循整体布控,局部可调的原则进行。整体布控即按照一定的距离(3个T型钢间的距离)进行控制,保证误差不累计,所有的误差在此控制距离内消化;局部可调即在此控制距离内主要通过T型钢和不锈钢棒的安装精度来控制装饰铝板的安装精度。


为了保证这些渐变和异形的铝板在安装过程中能满足如此高的精度,技术手段包括:首先所有的骨架全部在三维软件中建模,并根据龙骨在空间的位置确定骨架的安装定位点;其次所有的龙骨都需要生成三维的加工图,因为每一个龙骨都是有可能不一样的,对于曲面部分的龙骨每一根骨架的曲率都不一样,单根骨架的曲率也是变化的,所以加工过程中,每一根骨架都1:1放样加工。在设计阶段,确定每一根龙骨以及每一个连接节点的空间,这样的做法对施工单位的要求非常高,但是却是保证铝板、玻璃都安装在理论位置的关键。如果给与每一个连接节点过多的自由调节,虽然也能完成项目的安装,但是精度上以及接缝的大小可能会与理论值有较大的差距。


铝板的结构分析


对于这种特殊的铝板连接形式,必须经过仔细的结构计算和分析。因为本项目铝板的变化非常多,我们使用通用有限元计算软件Strand7进行对该系统进行模拟,并选取了一个有代表性的区域进行有限元的分析。在有限元的建模中,我们采用带有8个节点的板壳单元来模拟铝板盒子,为了保证建模的精确,我们将铝板盒子的六个面全部建模。不锈钢棒也同样使用板壳单元进行建模。不锈钢棒与铝板盒子之间的连接采用link单元,用于传递位移和反力。


铝板后侧的玻璃幕墙的设计


本项目二层以上的玻璃幕墙基本都是安装在装饰铝板后的。如何解决玻璃幕墙与铝板之间的构造和受力关系是设计过程中需要解决的主要问题。由于铝板体系的构造和受力已经非常复杂,如果将铝板的连接件和不锈钢棒直接固定在玻璃幕墙的龙骨上,则在安装时需要将连接件提前固定在玻璃幕墙的龙骨上,则玻璃幕墙的安装精度会直接影响到今后铝板的安装。如果玻璃幕墙的龙骨同时需要承受铝板所传递的荷载,则玻璃幕墙的龙骨变形也会对铝板的变形产生影响。所以本项目采用了铝板体系与玻璃幕墙体系完全脱离的做法。所有的铝板体系的龙骨直接固定在结构梁上,而玻璃幕墙则采用顶底固定在上下楼板间的“单元窗”形式。


典型的单元窗顶底连接节点


可以允许单元窗竖向变形的顶部附框


单元窗的竖龙骨采用与单元式幕墙相同的公母立柱,而底横梁才用坐地式的对插型材,其中水槽料直接固定在与楼板相连的钢龙骨上,并通过横滑料的连接形成一个连续的排水槽。顶横梁与固定在吊顶位置的附框插接咬合,该附框的后侧可以通过螺钉直接拆卸。在安装时,所有的层间部分,包括水槽料、顶部的附框以及层间的保温和防水构造都先于单元窗之前安装完毕。单元窗在安装时可以先把板块倾向一个角度后将底横梁与水槽料插接,再将单元窗竖直,直到其顶横梁转动到顶部附框位置后把附框后部的卡口型材用螺丝锁定。


单元窗的拆卸示意图


固定好的单元窗不仅可以适应建筑物因层间变位引起的位移,而且可以做到在不拆除室外铝板的情况下室内更换玻璃。由于公母立柱之间相互插接,在拆卸单元窗时需要通过夹具让单元窗的板块移到一侧直到公母立柱之间搭接的部分完全脱离后即可松开固定顶横梁的附框卡口,将单元窗的板块向内倾斜后就能将其完全拆卸。


(编辑:奚雅青)


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[责任编辑:Susan]

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