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幕墙第一线 | 潮起飞翼逐贝浪 潮落花间依蝶湖——启东文体中心幕墙技术一体化实现

作者:幕墙工程网 时间:2020-11-21 15:55:49


启明星辰耀东吴,
螳螂巧织玉腰奴;
潮起飞翼逐贝浪,

潮落花间依蝶湖。


编者按

  2020年的深秋时节,《幕墙设计》编辑部来到江苏最东沿的启东,造访金螳螂幕墙的惊艳之作——启东文体中心。这个项目的概念设计是同济院,咱们中国的设计师玩转超级地标丝毫不在话下。启东紧临东海,和崇明岛仅一江之隔。赶海是这里的习俗,海潮是这里标识。在蝶湖边筑起一个多层次曲变的大型公建绝非易事,仅幕墙的难度就不胜枚举:
  1. 设计,下料和施工的一体化实现;
  2. 阳极氧化铝蜂窝板屋面;
  3. 大板块热弯玻璃的大面积应用;
  4. 两端一大一小锥形剧院分层投影的正圆;
  5. 结构支撑部分在焊接后的意外变形的处理;
  ……如此巨大、复杂的幕墙工程的可说之处实在太多,让我们细细道来。

  项目概况

  启东市体育文化中心是启东市城市建设投资开发总公司投资建设的综合发展项目。

  启东市体育发展中心项目位于启东市新城区中部的蝶湖片区,该区东至庙港河,西至江海南路,北至黄浦江路,南至新安江路。拟建场地位于启东市蝶湖片区中部,西临江海南路,南靠钱塘江路,北面和东面紧蝶湖,南侧与体育中心隔路相望,北侧与规划中的CBD遥相呼应。

  设计单位为同济大学建筑设计研究院,幕墙设计及施工单位:苏州金螳螂幕墙有限公司。

  本项目分为两大功能体:

  1200座大剧院,面积13158.7平方米。文化馆,面积8271.18平方米,功能包含:450座小剧场,多功能厅,非物质文化遗产展厅,市民阅览室,排练厅,培训教室等等;此外还包括管理办公室、库房、地下停车库等辅助用房。

  大剧院和文化馆的主入口位于钱江路北侧,与城市道路通过一个城市景观广场相连,在西侧江海南路设一个辅助机动车出口。大剧院位于基地北侧,文化中心位于南侧,在大剧院与文化中心交接处的北侧,设有滨湖露天剧场。建筑三面环水,基地内设计大量的绿化和沿湖滨水景观带。
  北区大剧院建筑如振翅欲飞的翩翩蝴蝶栖息在蝶湖水边,与蝶湖水面形成丰富生动的互动关系,强化蝶湖片区整体开发的主题。形体上突出柔和、亲水的文化气息,通过连续跌落的建筑屋顶形成蝴蝶丰富的层次感及向上飞行的动感。建筑形态流畅轻盈,作为大剧院和文化馆形成整个蝶湖中央的视觉中心。
  建筑主入口面对的靠近塘江路的城市景观广场,及建筑北侧东侧的滨湖景观带,是景观塑造的重点。一方面在功能上提供了高效、便捷的入口空间,另一方面在形象上尽力体现城市与建筑的优美、现代的文化气息,与大剧院和文化中心的建筑互相映衬、相得益彰。

  从启东的海洋文化中寻求灵感,将海浪的文化意象提炼出来,形成了立面位置S形不规则双曲面玻璃幕墙的初始形态,整体效果柔和、通透,光影灵动。

  建筑造型上结合蝶湖中心独持的滨水地形以及启东特有的文化底蕴,衍生与水畔蝴蝶的印象,形成连续上并附有层次感的整体造型,三片弧形屋平面呈S形布局,空间上相互连接并在两端向上,仿佛蝴蝶在水畔翩翩起舞,力求成为一座极富雕塑感和艺术感染力的标志性建筑,同时创意性的表达启东的地域性文化,整个建筑立面构思意象简洁而宏大,形成极强的视觉冲击力。

  底层以明亮的玻璃为主,强调作为市民文化建筑的通透性,同时玻璃界面将整个空间围合起来,线条水平舒展、棱角分明,极具动感。浅灰色铝板和浅灰色铝板百叶构成的跌落的三片弧形屋面,在太阳和水面的交相辉映下形成了丰富的质感与光影,同时为周围的高层办公、住宅提供良好的第五立面景观。

  整体立面设计采用节能设计,包括注重自然风和采光,让内外空间交融,建筑对话自然。

  项目共计13种幕墙系统,其中北区7种,南区6种。

  幕墙概况

  北区地上三层,建筑高度45.638米,幕墙面积约:3.77万㎡。建筑造型上结合蝶湖中心独特的的滨水地形以及启东特有的文化底蕴。衍生出水盘蝴蝶的意象,形成连续上升并富有层次感的整体造型。底层以明亮的玻璃为主,强调作为市民文化艺术建筑的的通透性,S形线条水平舒展,棱角分明,极具动感。
  南区幕墙外立面效果极富现代化,简洁明快;地上共四层,建筑高度26.028米,幕墙面积约3.7万㎡,立面主要选用玻璃和阳极氧化铝板两种材料;于外立面设置了横向水波纹遮阳板。
  幕墙系统

  幕墙系统种类

  FT01:玻璃幕墙

  FT02:金属屋面及装饰板

  FT03:屋檐装饰

  FT04:入口玻璃雨蓬

幕墙系统位置分布图

  幕墙系统说明

  ※ FT01:玻璃幕墙;

  位置:一层屋面下部立面(按相应规范要求:玻璃幕墙与地面夹角小于75度,按玻璃采光顶设计)。二层及三层屋面下部按照玻璃幕墙设计。

  结构形式——璃幕墙系統(显竖隐横):

  幕墙构件——大跨度入口区为Q890B焊接的矩形钢龙骨,其余为Q235B焊接矩形钢龙骨,玻璃与钢龙骨之间的传力构件为铝合金型材6063-16(主要受力),其余6063-T5,外露铝合金型材表面PVDF(氟碳烤漆)处理,其余型材外表面阳极氧化。矩形钢龙骨处理方式为,喷砂处理Sa2.5級,两道环氧富锌底漆处理,一道防铐漆处理,有防火要求的,钢结构表面做薄型防火涂料,耐火极限不小于1小时。外露钢龙骨包覆1mm厚(足尺)拉丝不锈钢板SUS316。

  幕墙主要面板形式——8TP/2.28PVB/8TP(Low-e)+12Ar+8TP/2.28PVB/8TP

  幕墙外视形式一一显竖隐横玻璃幕墙;

  特殊说明:对于入口区域,采用承压式立柱受力形式(其余均采用受拉立柱形式)。为了增强其侧向稳定性,间隔一个分格的钢立柱与横梁刚接做成单榀格构式钢架,两榀格构式钢架之间的横向龙骨为铰接连接。对于大筠度承压式杆件局部区域,采用钢架预变形+拉索形式,以提高钢架的平面内刚度,减小钢构件的截面尺寸。本项目的承压式钢结构及加拉索区域示意如下:

  对竖向龙骨承压和受拉两种杆件的交界处,设置纵向变形缝,以保证玻璃幕墙系统变形协调性。

  该外维护幕墙系统为钢结构框架玻璃幕墙,一层屋面下的玻璃幕墙整体几何形状为三维扭转,不同区域板块都有内倒或者外倾,与地面夹角为-69~56度范围变化,按照规范要求,局部设计依据采光顶设计标准。

  玻璃的曲面优化成果示意如下:

  ※ FT02:金属屋面及装饰板;

  位置:各个屋面。

  结构形式一一金属直立锁边+装饰蜂窝钛金板系统;

  屋面系统构件一一直立锁边龙骨为H型热浸镀锌钢龙骨,π字型钢龙骨热浸镀锌;装饰蜂窝钛金板龙骨为直径50m,壁厚3mm的铝合金6063-T5圆管。

  屋面面板形式一一直立锁边面板为1mm厚铝镁锰板,65m肋高,间距400m,氟碳辊涂铝镁锰板,单曲面板;屋面装饰蜂窝钛金板为15mm厚,表面氟碳喷涂处理。

  屋面外视形式——从上到下为:上部4m装饰蜂窝钛金板,下部为单曲面直立锁边铝镁锰板;该外维护屋面系统为典型的直立锁边+蜂窝钛金板装饰系统。蜂窝钛金板呈三維曲面造型。

  特殊说明:直立锁边系统的板宽选400mm宽,板最长80m,纵向弯弧半径为12米~200米,由于直立锁边已经按照屋面坡度方向和测地线方向优化布置,60毫米高锁边上边线宽幅変化395-405mm,不需要使用扇形板。扭拧率平均1度/米之内,尾部曲率较大部位扭拧率最大值为2.8度/米。

△ 启东文体中心屋面阳极氧化板的安装现场。全过程龙骨都是BIM放样,龙骨角度复杂且与直立锁边方向角度变化不定。

  ※ FT03:屋面装饰;

  位置:屋面外檐挑出部位。

  结构形式一一铝装饰棒+冲孔钛金板

  铝遮阳系统构件——10mm厚不锈钢支撑架,表面亚光处理。

  铝遮阳系统面板——铝遮阳棒采用椭圆形铝合金6063-T5,表面PVDF(氟碳烤漆)处理;冲孔钛金板为3mm厚,表面氟碳喷涂处理。

  铝遮阳系统外视形式——从下往上为:铝遮阳棒,穿孔钛金板。

  特殊说明:铝遮阳棒采用椭圆形截面,结合模型由工厂放样加工,现场精确定位安装。

  ※ FT04:入口玻璃雨蓬;

  位置:南北主入口5.5m标高处各一个。

  结构形式——钢结构挑出+顶部玻璃面板及框架

  雨蓬系统构件——挑出钢梁为Q235B变截面矩形钢,玻璃与钢龙骨之间的传力构件为铝合金型材6063-T5,外露铝合金型材表面PVDF(氟碳烤漆)处理,其余型材外表面阳极氧化。矩形钢龙骨处理方式为,喷砂处理Sa2.5级,两道环氧富锌底漆处理,一道防锈漆处理。外露钢龙骨包覆1mm厚(足尺)拉丝不锈钢板SUS316。

  雨蓬面板形式——8TP/2.28SGP/8TP

  特殊说明:雨蓬玻璃采用两边支撑,顺水流方向设置明框压板和盖板。雨蓬挑出钢梁焊接在玻璃幕墙的立柱上,所有雨蓬区域玻璃幕墙的立柱皆采用承压式立柱受力形。

  项目重点难点分析  

  北区立面双曲玻璃冷弯技术实施路线

  曲面玻璃不同翘曲率区间占比分析

  对玻璃按冷弯进行理论计算 

  根据验算结果结合理论BIM数据选取典型的玻璃进行工艺试验

  选取有代表性的玻璃板块模拟幕墙玻璃在不同弯曲数值下的受力表现。


  北区屋面系统优化分析 

  屋面阳极氧化板板块类型占比分析 

  面板配置:15mm阳极氧化蜂窝铝板
  总数量:7143块
  面积:17392 ㎡
  通过优化分析,以翘曲值20mm为界
  双曲板:291㎡ (1.7%)
  平板冷弯板:17101㎡ (98.3%)

  屋面板分格与直立锁边排布相对关系形态分析

  屋面直立锁边铝镁锰板排布方向与屋面装饰铝板及龙骨呈现了多种角度的交叉关系,原有招标系统难以吸收两层面层体系因空间曲线不定性角度及施工高低偏差带来的各种施工问题。
  通过形态分析,发现原方案的问题:
  1.龙骨及转接件选型与屋面形态不匹配;
  2.偏差调节能力不足,现场安装困难;
  3.加工工艺耗能严重。
  进一步对龙骨及转接体系进行优化设计以及主次龙骨连接设计

  BIM在本项目中的应用

  建筑形体分析:本项目北区及南区特殊的建筑形态决定了BIM将贯穿到项目全生命周期,下面从项目招投标、深化设计、现场施工、竣工结算、后期运维等方面介绍BIM的全过程应用。
  建筑形体分析—工程量提供:通过BIM建筑形态分析,在项目投标阶段,提供详实的工程量数据及优化方案,便于摸清投标成本
  屋面系统优化方案分析 

  面板加工信息提取:基于已完成的调整好的模型通过BIM软件输出我们的相关数据,定义数据的输出关系输出EXCEL形式。根据我们的数据分析板块的利用率及板块类型分类等,方便后续的下单招采工作。
  BIM碰撞分析:根据现场情况,结合BIM技术,我们建议采取分区施工的建议。模型分区域优化后,整合为整体模型,并与最近的钢结构模型进行碰撞找出碰撞点。
  BIM协助测量反尺、成果纠偏:针对幕墙系统,我们可以根据钢结构安装精度的范围控制BIM模型中钢结构的实际状态,从而检测幕墙结构是否存在可能与钢结构干涉的情况,进而调整设计。

△  苏州金螳螂幕墙有限公司总裁 牟永来 在2020第三届幕墙设计与施工高峰论坛上对启东文体中心幕墙项目设计及施工进行讲解


  启东文体中心赏析

(责任编辑 / 唐 琦)

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