福州海峡国际会展中心会议中心玻璃幕墙设计

来源:2018《建筑门窗幕墙创新与发展》 查看原文  时间:2018-7-9

本篇文章内容由[中国幕墙网]编辑部整理发布:

  1.工程概况

  福州海峡国际会展中心位于福州市仓山区城门镇浦下洲,总用地面积:668949m²,设计用地面积461715m²,建筑面积386,420m²,包括展览中心(H1、H2)和会议中心(C1)二部分(图1)。展览中心结构形式为钢筋混凝土框架结构及钢结构,地上3层,地下1层,建筑高度24m;会议中心结构形式为钢筋混凝土框架剪力墙结构及钢结构,地上4层,地下1层,建筑高度38m(图2)。建成后将举办国际大型会议、福建省政治协商会议、福建省人民代表大会、综合型大型展览。工程主体主要包括两个40,000平方米的大展厅,一个2000人会议厅及一个2000人宴会厅以及一定数量的中小型会议室、洽谈室,大型公共餐厅等,地下包括大型停车场及大型超市。

图1福州海峡国际会展中心鸟瞰效果

图2会议中心立面效果

  2.幕墙工程概况

  福州海峡国际会展中心幕墙面积约为90000平方米,由于特有的建筑造型,给幕墙的设计、施工提出了新的挑战。会议中心幕墙形式共分为四个系统:

  氟碳喷涂铝合金隐框框架式玻璃幕墙(W-C1),位于会议部分的南北外立面大面及东西立面的局部区域,幕墙分格约3000(横向)×2000(竖向)mm,玻璃采用8+1.52PVB+8+12A+10钢化夹胶中空LOW-E玻璃,夹胶玻璃位于室外侧,low-E膜位于外片玻璃的内表面,加隔热积水中间膜。幕墙标高从0.000m~23.000m;

  点式玻璃雨蓬(W-C2),位于会议部分的南北外立面区域,玻璃分格约3000×2000mm,玻璃采用12+1.52PVB+12钢化夹胶玻璃,雨蓬标高8.000m;

  氟碳喷涂铝合金隐框框架式玻璃幕墙(W-C3),位于会议部分的四层立面位置,幕墙分格约3000(横向)×1000(竖向)mm,玻璃采用6+12A+6钢化中空LOW-E玻璃,幕墙标高从23.00m~26.50m;

  氟碳喷涂铝合金单层铝板幕墙(W-C4),位于会议部分东、西立面位置(除去南北两侧内部连廊的宽度),幕墙分格约3000(横向)×2000(竖向)mm,标高从9.00米~23.00米;

  铝合金隐框玻璃采光顶系统(R-C2),玻璃分格约2000×1000mm,玻璃采用8+1.52PVB+8+12A+10钢化夹胶中空LOW-E玻璃位于会议部分穹顶屋面的透明部分。

  在会议中心幕墙工程中,由于点式玻璃雨棚(W-C2)、四层立面位置隐框玻璃幕墙(W-C3)和东、西立面位置的铝板幕墙(W-C4)结构及构造形式在国内相对来说技术较为成熟,本文只对南北外立面隐框玻璃幕墙(W-C1)和采光顶系统(R-C2)做重点阐述。

  3.幕墙系统的设计

  3.1幕墙设计的基本技术参数

  福州地区基本风压:0.70kN/m2(50年);

  抗震设防烈度:7度;

  设计基本地震加速度:0.1g;

  地面粗糙度类别:A类;

  温差:±80o;

  材料的泊松比:玻璃ν=0.2,铝合金=0.33,钢及不锈钢=0.3;

  材料的线膨胀系数值:玻璃α=0.80×10-5~1.00×10-5,铝合金α=2.35×10-5,钢材α=1.5×10-5

  3.2南北外立面隐框玻璃幕墙(W-C1)

  3.2.1幕墙结构体系设计

  会议中心南北立面隐框玻璃幕墙为大跨度玻璃幕墙系统,幕墙结构支撑体系利用主体建筑沿轴线每9米的钢管混凝土柱作为主要支撑结构,在玻璃幕墙水平分格缝后设置铝包钢的横梁,作为幕墙水平荷载的支撑体系,将水平荷载传递给钢管混凝土柱。钢管混凝土柱9米间在竖向玻璃分格缝后设置Ø14钢索,来承受幕墙的自重,竖向Ø14钢索上部与混凝土梁连接,下部与近地面钢横梁连接,与地面断开,避免钢索在水平荷载作用下产生拉力,对主体结构产生不利影响(图3)。

图3 W-C1幕墙系统结构体系局部示意

  3.2.2幕墙结构体系荷载的传递

  钢管混凝土柱位置处幕墙系统左右二分之一水平玻璃及钢、铝构件的自重等竖向荷载由钢横梁通过转接件传递给主体结构;竖向钢索位置处幕墙系统左右二分之一水平玻璃及钢、铝构件的自重等竖向荷载通过20mm厚钢托板由钢索紧固件传递给竖向钢索,最终传递给主体结构顶部混凝土梁;幕墙水平荷载通过面板玻璃由钢横梁传递给主体结构。

  3.2.3柱间节点构造设计

  9米钢管混凝土柱间幕墙标准节点及拆分构造如图4,为竖隐横明幕墙形式。

  为保证幕墙结构的安全性,9米横梁采用分段拼焊的钢通是稳妥的选择,同时由于建筑内视效果的需要,用于承担幕墙自重的Ø14钢索隐于玻璃竖向分格缝间,外扣胶条,胶条的变形要能够适应面板玻璃短边变形要求。钢通横梁外扣铝合金装饰盖板,由于钢通截面较大,装饰盖板采用了分段微缝拼接的方法。钢通横梁外焊接20mm厚钢托板,钢托板下采用钢索紧固件夹紧钢索,依据二者间的摩擦力来承担上片幕墙玻璃及横梁自重。钢横梁外侧通长铝合金型材,玻璃座落其上,外口铝合金型材装饰扣板,受力模型为两边简支受力。

图4柱间幕墙标准节点示意图

  在施工中,设计要求钢索不需要施加预应力,只施加200~500kg拉直即可。施工中要采用内六角扭矩扳手将4根不锈钢螺栓拧紧,扭矩扳手的扭矩值的设定按下式进行计算:

  M=k×d×p

  式中:

  d---高强螺栓公称直径;对于拉杆,D是拉杆端部螺纹公称直径;

  p---螺栓轴力,p=G/u;

  M---施加在高强螺母上的扭矩;对于拉杆,M是施加在扭力扳手上的扭矩。

  3.2.4柱上节点构造设计

  9米钢管混凝土柱上幕墙标准节点及拆分构造如图5,同样为竖隐横明幕墙形式。

  钢管混凝土柱外侧取消了Ø14钢索,采用钢转接件直接将钢横梁与钢管混凝土柱连接,用钢连接件将幕墙及结构自重和水平荷载传递给主体结构。钢横梁与钢管混凝土柱的连接设计采用了一端焊接,一端钢插芯的构造措施,来适应温度及主体结构变形对幕墙结构的影响。

图5柱上幕墙标准节点示意图

  3.3采光顶系统(R-C2)

  会议中心采光顶系统(R-C2)位于会议中心屋面钢结构上(图6),依托于主体屋面钢结构上,为四边简支受力模型,室内侧设置电动遮阳卷帘。在确保采光顶幕墙系统结构总体安全的前提下,重点考虑的是防水构造的设计。依据现行国家及行业标准,采光顶幕墙系统玻璃面板强度取值为42N/mm2,为幕墙立面面板强度的二分之一。

图6采光顶系统内视效果示意

  7会议中心的屋面玻璃采光顶系统防水设计遵循“疏、堵、排”三者相结合的处理原则。疏,即利用现有建筑造型,将玻璃采光顶范围内的雨水疏导入周边主体屋面排水槽内;堵,即采用打胶密封的构造,将防水处理做实;排,如果万一打胶密封个别局部地方出现雨水渗漏,利用室内导流水槽将雨水有组织排出。考虑到福州为暴雨及台风多发地区,在设计时增大了导流水槽的尺寸,加大排水总的流量,做到二次防水的导水槽在平面上顺畅贯通,排泄积水,排水槽的做法和平面图上排水槽的排水流向明确,使之连接贯通,排水可靠;同时有足够的调节量,现场施工方便快捷。

图7采光顶系统节点效果示意

  4.幕墙结构静力计算分析

  4.1幕墙结构的强度与变形

  依据国家及行业标准和风洞实验报告的数据,经采用ANSYS计算软件对幕墙玻璃及结构体系进行空间有限元分析,南北立面幕墙及采光顶玻璃及杆件的强度与变形见下表。

  4.2温度变化对幕墙结构的影响

  会议中心南北立面幕墙虽然采用了钢横梁+钢索作为幕墙支撑结构,但由于钢横梁与主体钢结构连接及钢索与钢横梁连接均采用了腰形长孔或插芯的构造措施,使幕墙钢结构在温差作用下可自由变形,温差作用对本结构形式影响不明显。经计算温差对本结构的杆件应力影响及其微弱,可忽略不计。

  5.幕墙性能设计

  5.1幕墙风压变形性能:系指建筑幕墙在与其相垂直的风压作用下,保持正常性能不发生任何损坏的能力,具体为保证幕墙的强度与刚度。其衡量指标为风荷载标准值。会议中心风荷载标准值WO在3.0KN/m2和3.5KN/m2之间,风压变形性能5级;

  5.2幕墙空气渗透性能:系指在风压作用下,其开启部分为关闭状况的幕墙透过空气的性能。福州属于夏热冬暖地区,设计要求本幕墙工程的空气渗透性能在10Pa的内外压力差下,固定部分空气渗透性能4级,幕墙开启部分气密性能分级为4级;

  5.3幕墙雨水渗漏性能:系指在风雨同时作用下,幕墙防止雨水渗漏的能力。P=1.56Kpa,依据雨水渗漏性能4级;

  5.4幕墙平面内变形性能:系指表征幕墙全部构造在建筑物层间变位强制幕墙变形后应予以保持的性能。本工程主体结构为钢结构,幕墙的平面能变形性能按结构弹性层间位移角限值的三倍取值,故幕墙体系的平面内变形性能为5级;

  5.5幕墙保温性能:系指在幕墙两侧存在空气温度差条件下,幕墙阻抗从高温一侧向低温一侧传热的能力。根据针对本工程的热工计算,非透明幕墙保温性能为8级,透明幕墙保温性能为5级;

  5.6幕墙隔声性能:本幕墙工程玻璃幕墙选用玻璃Rw≤30dB,铝合金型材搭接及拼装处,钢转接件与铝合金构件连接处均设置释放约束空间,避免了因温度变化引起的构件热胀冷缩带来的噪音,本工程隔声性能分别为3级,

  6.结论

  根据设计及理论计算分析,福州海峡国际会展中心会议中心采用的玻璃幕墙,在结构上是安全,其幕墙各项性能指标满足幕墙使用及功能要求。


专家介绍

刘长龙
铝门窗幕墙委员会专家组
工作单位:江苏合发集团有限责任公司
技术职称:总工程师、常务副总经理
专业:建筑幕墙设计、研发与管理
专长:索结构点支撑玻璃幕墙、大跨度空间玻璃幕墙体系、金属屋面系统的设计与研究。

  作者:刘长龙
来源:2018《建筑门窗幕墙创新与发展》
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