圖27 開啟扇負荷加載圖
圖28 開啟扇支座反力圖
(4)幕墻橫梁計算
采用STAAD進行建模計算。橫梁與立柱連接點按鉸接點進行考慮;立柱僅為面外荷載輔助參與荷載分配用。橫梁自重由結(jié)構(gòu)計算軟件自動考慮。計算標高為31.3m，層高為5.1m。見圖29。
結(jié)合GB50009-2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》及本工程風洞試驗報告進行取值。本系統(tǒng)風荷載取值為：+2.53/-6.68(kN/㎡)，取-6.68(kN/㎡)
WK=6.68(kN/㎡)
W=1.4WK=9.35 (kN/㎡)
qEk=5×0.12×700/1000=0.42 (kN/㎡)
qE=1.3qEK=0.546 (kN/㎡)
W合=1.0×9.35 + 0.5×0.546 = 9.63 (kN/㎡)
橫梁所受重力根據(jù)分格加載于橫梁上。
玻璃自重按桿件1/4跨度加載于橫梁上。根據(jù)橫梁分格及荷載建立計算模型及加載如下，經(jīng)計算節(jié)點最不利截面1和截面2均滿足設(shè)計要求。見圖30。
圖29 幕墻橫梁負荷加載圖
圖30 幕墻節(jié)點最不利截圖分析
5 本項目設(shè)計重點難點及解決方法
5.1 本幕墻工程造型獨特，結(jié)構(gòu)復(fù)雜
本項目造型獨特，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，整座建筑輪廓似八卦外形且層層伸縮變化，塔樓呈螺旋扭轉(zhuǎn)上升之勢(如圖31所示)。幕墻收口、空間變化繁多，僅塔樓就有300多個不同角度，空間定位及測量放線多，設(shè)計難度大。
圖31 幕墻平面各層變化投影圖
在項目設(shè)計過程中，依據(jù)建筑圖定位點用CAD及其它軟件進行實體及線框建模，對整棟建筑進行3D線框模型圖。用這些直觀的3D模型圖指導(dǎo)節(jié)點設(shè)計及現(xiàn)場施工，給準確測量放線提供理論坐標定位，并提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計及現(xiàn)場結(jié)構(gòu)等問題并解決問題。見圖32-34。
針對單元式幕墻角度多達300多個以及球體幕墻相碰角度較多的情況，項目組在節(jié)點設(shè)計細部處理上首先將這些角度進行統(tǒng)計和劃分，將相近角度歸到一個節(jié)點調(diào)節(jié)，經(jīng)過詳細區(qū)分，整棟塔樓角度劃分了7個區(qū)域，在一個區(qū)域上的節(jié)點作了特殊處理達到可調(diào)節(jié)角度。
圖 32 單元式幕墻不同角度調(diào)節(jié)節(jié)點圖
圖33 球體幕墻不同角度調(diào)節(jié)節(jié)點圖
圖34 建筑圖放樣的3D線框模型圖
5.2 高抗風、高水密、高性能性能設(shè)計
本工程地處海邊，地面粗糙度為A塔樓，風壓限值PMAX = 10.29kPa，且幕墻收口、空間變化繁多，對幕墻的抗風壓性能，水密性等性能要求極高。
依據(jù)風洞實驗值，在立面上把風壓值表示出來，分析劃分出高風區(qū)及低風區(qū)兩種系統(tǒng)，即裙樓幕墻系統(tǒng)分為高風壓區(qū)(高壓區(qū)：wk>4.0kPa,)與低風壓區(qū)幕墻系統(tǒng)(wk ≤4.0kPa)，見圖35,36。塔樓幕墻系統(tǒng)也分成高風壓區(qū)(高壓區(qū)：wk >6.0kPa,)與低風壓區(qū)系統(tǒng)(wk ≤6.0kPa)，塔樓低風壓區(qū)玻璃：(8+1.52PVB+8)半鋼化夾膠+12A+10中空鋼化Low-e玻璃，塔樓高風壓區(qū)玻璃：(8+1.52PVB+8)半鋼化夾膠+12A+12中空鋼化Low-e玻璃，公母料立柱加鋼芯套。
圖35 裙樓低風壓區(qū)節(jié)點(純鋁)
圖36 裙樓高風壓區(qū)節(jié)點(里面加方鋼)
6 本工程施工的重難點及解決方法
整個幕墻工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工程量巨大，幕墻材料的組織、加工制作、平面及垂直運輸、分段分區(qū)組織施工、施工安全與質(zhì)量保證是本項目施工的重難點。 為了便于施工管理，同時根據(jù)層次、施工硬防護、避難層、幕墻系統(tǒng)等因素，將本工程劃分為五個施工區(qū)進行施工，再將每個施工區(qū)分為幾個施工段，具體分區(qū)分段情況見圖37。
圖37 施工區(qū)段劃分立面示意圖
6.1 裙樓框架式幕墻(1-6層)的施工方案
本工程在裙樓部位的結(jié)構(gòu)內(nèi)縮、外挑和錯位特點較明顯，部分位置鋼龍骨需外挑3000mm，施工難度非常大。對于此種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)造型，鋼龍骨每個位置的牛腿受力情況不同，所以對深化設(shè)計的要求非常高。
裙樓層間凹進部位的鋁板幕墻，進深在700mm以上，凈高只有300mm，根本沒有施工操作面，所以在施工工序上必須做出相應(yīng)的改進。施工組織的主要施工難度在于，普通腳手架無法滿足復(fù)雜的結(jié)構(gòu)要求，故必須有特定的腳手架搭設(shè)方案及施工方案。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)特點，搭設(shè)能滿足施工的幕墻專用腳手架，并在每個樓層用移動操作平臺配合安裝。將裙樓部分劃分為五個施工段，由上而下組織流水施工，施工完一層面板后拆一層腳手架，再進行下一層的面板安裝。見圖38。
圖38 裙樓1-6層腳手架搭設(shè)方案及內(nèi)部移動操作平臺示意圖
6.2 裙樓框架式幕墻(7-15層)及塔樓16層以上的施工方案
本工程7-15層仍然是框架式幕墻，且結(jié)構(gòu)形式與裙樓1-6層相似，施工難度依然很大。
對于7-15層的框架式幕墻，根據(jù)圖紙及現(xiàn)場實際情況分析，劃分為南、北和東、西，兩個施工面，根據(jù)南、北面逐層遞縮的結(jié)構(gòu)特點，可直接采用腳手架施工，部分施工區(qū)域，內(nèi)部配置施工移動平臺。而東、西面則采用吊籃配合內(nèi)部移動平臺，由下至上，進行龍骨及面板的安裝施工。四個面可同時展開施工。見圖39-41。
結(jié)合避難層和硬防護的安裝位置，將16層以上的單元式幕墻劃分成三個施工區(qū)域，每個施工區(qū)域內(nèi)相鄰的兩層為一個施工段，采用軌道施工方案，部分特殊位置配合室內(nèi)移動操作平臺進行單元板塊安裝。
塔樓部分的層間凹進鋁板收口位置，進深在700mm以上，部分位置已經(jīng)超過1000mm，凈高只有300mm，安裝的措施是：先施工單元板塊，在進行上口L型鋁板安裝，同時進行鋁板收口的交叉施工，待鋁板收口完成后，才能進行下一道工序。
圖39 7-15層裙樓施工方法示意圖(東西面搭腳手架，南北面軌道吊)
圖40 6-54層軌道及吊籃布置圖
圖41 7-15層裙樓施工方法示意圖(東西面搭腳手架，南北面軌道吊)
6.3 球體幕墻施工方案
球形體玻璃幕墻是本工程的一個有特色的創(chuàng)意設(shè)計，每一個結(jié)構(gòu)層由兩層三角形玻璃組成，外形似水晶球，施工難度大。由于造型獨特，每一層的三角形板塊進出位不同，必須依靠電腦三維技術(shù)對其進行建模、放樣。在加工制作過程中，應(yīng)同時滿足裝修對結(jié)構(gòu)的精度要求，每一塊玻璃表面要求自然吻合，對安裝提出的要求高。球體幕墻龍骨是6個方向的鋼通交匯在一起，加工安裝難度大。
由專業(yè)的放線人員進行實地測量放線，進行多次測量，取平均值，再將數(shù)據(jù)返回設(shè)計，進行玻璃加工圖的繪制。采用電腦三維放樣，安裝過程中，對龍骨的焊接定位進行每施工一層進行一次測控，保證龍骨精確定位。見圖42。
圖42 球體幕墻鋼龍骨六個方向交匯3D放樣模型圖
7 總結(jié)
杏林灣營運中心12#樓為廈門區(qū)域性的地標性超高層建筑，無論是建筑形體還是建筑結(jié)構(gòu)形式均具有較大的難度。項目在設(shè)計、加工、組裝、機具選擇及幕墻施工上都遇到棘手的技術(shù)難題，采取一系列技術(shù)措施，這些難題均得到圓滿解決。
本文通過對超高層建筑幕墻結(jié)構(gòu)以工程案例進行技術(shù)進行分析計算，對于幕墻結(jié)構(gòu)中的幾個問題進行了分析、探討，采用有限元計算軟件,來解決工程中的復(fù)雜運算，為超高層建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、優(yōu)化提供指引。
通過大量的分析計算可知本項目的幕墻結(jié)構(gòu)體系在荷載作用下具有良好的剛度,桿件截面滿足強度及穩(wěn)定要求, 適應(yīng)溫差變化的能力很強。同時風振響應(yīng)分析結(jié)果表明, 該幕墻結(jié)構(gòu)在脈動風的作用下表現(xiàn)出良好的動力穩(wěn)定性和較大的結(jié)構(gòu)剛度。
超高層建筑幕墻施工是一項技術(shù)含量高、安全風險大的工作, 只有掌握整個施工過程中的要點, 精心策劃, 科學(xué)管理, 嚴抓質(zhì)量安全關(guān), 有效采用計算機模擬、專業(yè)的測量和監(jiān)測，才能完成用戶滿意的精品工程。
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