51席時葭超高幕墻設(shè)計要素

1、超高層建筑玻璃幕墻設(shè)計要素和施工技術(shù)主講人 席時葭 教授2014年5月18日鄭州一、超高層建筑玻璃幕墻的發(fā)展前景 1、全世界的超高層建筑將在中國集中 集中度 80% 85% 90% 2、全世界的超高層建筑100%采用玻璃幕墻3、全世界的超高層玻璃幕墻100%是單元體幕墻二、世界級超高層建筑（中國）玻璃幕墻特點介紹1、單元式玻璃幕墻及組合玻璃幕墻2、一體板單元式 直角、t型、l型、h型、任意性、無規(guī)律型3、分體板單元式 矩形、梯形、三角形等等； 明框、隱框、半隱框等等； 單曲弧形、雙曲弧形（四點不共面）上海環(huán)球金融中心 101層廣州珠江新城西塔 103層廣州珠江新城西塔 103層深圳京基金融中心

2、 98層深圳京基金融中心 98層深圳京基金融中心 98層上海中心 123層上海中心 123層上海中心 123層天津高銀 117層深圳平安 115層深圳平安115太平金融大廈太平金融大廈廣州珠江城 71層南京紫峰大廈 70層迪拜塔 迪拜塔 三、超高層建筑的玻璃幕墻設(shè)計要素（一）玻璃幕墻是超高層建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)之 首選（二） 風(fēng)荷載 風(fēng)洞試驗 風(fēng)壓分區(qū) 風(fēng)環(huán)境 風(fēng)阻尼 風(fēng)舒適度1、建筑荷載分類： 風(fēng)荷載 自重荷載 地震作用 溫度作用屬性：可變荷載 永久荷載 偶發(fā)荷載 可變荷載組合：作為建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的建筑幕墻，研究的是荷載組合，即風(fēng)荷載、自重荷載、地震作用、溫度作用的組合；加權(quán)配置的組合；各項的系數(shù)

3、是不一樣的。結(jié)論：風(fēng)荷載永久占最大的份額，大約80% 。2、風(fēng)荷載的確定根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范gb50009來計算。kww標(biāo)準(zhǔn)值風(fēng)壓從基本風(fēng)壓00wwzslgzk高度變化系數(shù)局部體型系數(shù)處的陣風(fēng)系數(shù)zslgzz又分成“主要受力結(jié)構(gòu)”和“圍護(hù)結(jié)構(gòu)”的計算公式。我們研究的幕墻屬于圍護(hù)結(jié)構(gòu)，所以用公式：。與局部體型系數(shù)體型系數(shù)兩種計算公式的區(qū)別是sls 用國家標(biāo)準(zhǔn)gb50009建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范來計算超高層建筑幕墻風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值可能出現(xiàn)明顯的偏差。kw1）用8.1.1-2計算公式來計算風(fēng)壓wk時，高度越高風(fēng)壓越大，這不完全正確。;6697. 291. 209. 13005倍，增加上升到由度變化系

4、數(shù)米，高米到類為例，從以地面粗糙度za;1786. 140. 165. 13005倍，減少降到由風(fēng)系數(shù)米，陣米到類為例，從以地面粗糙度gza 兩項相乘，必定得出高度越高風(fēng)壓越大的結(jié)論。但這和風(fēng)洞試驗報告所顯示的數(shù)值顯然不符。2）表8.2.1顯示： a類地區(qū)（300米以上）、b類地區(qū)（350米以上）、 c類地區(qū)（450米以上）、d類地區(qū)（550米以上），都是的高度變化系數(shù)91. 2z 換而言之，300米以上的超高層建筑的高度變化系數(shù)不“變化”了！沒有了高度方向的敏感度，這是任何一棟超高層建筑的風(fēng)洞試驗報告都不支持的、不契合這一數(shù)字的描述。 實際測試顯示高度變化系數(shù)是變化的，是非線性變化的。3）用

5、表格8.3.1來取體型系數(shù) 的數(shù)值，無法s解析超高層建筑（同一高度）正負(fù)風(fēng)壓絕對值的數(shù)量關(guān)系和位置關(guān)系。 表格8.3.1顯示垂直立面體型系數(shù)的正值永遠(yuǎn)大于負(fù)值；但所有超高層建筑風(fēng)洞試驗報告顯示同一高度負(fù)風(fēng)壓永遠(yuǎn)大于正風(fēng)壓，完全相悖。4）無法描述每一棟超高層項目獨特風(fēng)環(huán)境的真實情況。3、2012版建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范的增加和修正：(1)調(diào)整高度變化系數(shù) 8.2節(jié) 從450米到550米 強(qiáng)調(diào)超高層建筑的高度 (3)干擾效應(yīng)系數(shù) 8.3.2條 強(qiáng)調(diào)超高層建筑 超高層建筑群 風(fēng)環(huán)境(4)風(fēng)洞試驗 8.3.6條 強(qiáng)調(diào)設(shè)備、方法、 數(shù)據(jù)處理 建筑工程風(fēng)洞試驗方法標(biāo)準(zhǔn)(2)局部體型系數(shù) 8.3.3條 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

6、強(qiáng)調(diào)局部體型系數(shù) sls(5)順風(fēng)向 風(fēng)振系數(shù) 8.4節(jié) 強(qiáng)調(diào)超高層 順風(fēng)向風(fēng)振和風(fēng)振系數(shù) (6)橫風(fēng)向和扭轉(zhuǎn)風(fēng)振 8.5節(jié) 強(qiáng)調(diào)超高層 橫風(fēng)向和扭轉(zhuǎn)風(fēng)振(7)組合工況 8.5節(jié) 強(qiáng)調(diào)超高層順風(fēng)向風(fēng)載、橫風(fēng)向及扭轉(zhuǎn)風(fēng)振等效風(fēng)載的組合工況(8)陣風(fēng)系數(shù) 8.6節(jié) 強(qiáng)調(diào)超高層建筑的陣風(fēng)系數(shù)和地面粗糙度的逆向發(fā)展趨勢關(guān)系(9)溫度作用 由于超高層建筑的大量 涌現(xiàn)增加的第九章結(jié)論： 2012版建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范的增加、修 正都和超高層建筑及超高層建筑群有關(guān)。1）國家標(biāo)準(zhǔn)gb500092012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 8.1.2.“對于高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)以及對風(fēng)荷載比較敏感的其它結(jié)構(gòu)，基本風(fēng)壓的取值應(yīng)適當(dāng)提高，并

7、應(yīng)符合有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定?！?4、風(fēng)洞試驗的必須2）國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)sgj1022003玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范5.3.3.“玻璃幕墻的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值可按風(fēng)洞試驗結(jié)果確定；玻璃幕墻高度大于200m或體型、風(fēng)荷載環(huán)境復(fù)雜時，宜進(jìn)行風(fēng)洞試驗確定風(fēng)荷載?！?3）國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建筑工程風(fēng)洞試驗方法標(biāo)準(zhǔn)正在編制中，將確定試驗設(shè)備、試驗方法和數(shù)據(jù)處理。5、風(fēng)洞試驗報告研讀原則1）風(fēng)壓重現(xiàn)期 主體結(jié)構(gòu) 100年一遇； 圍護(hù)結(jié)構(gòu) 50年一遇； 幕墻圍護(hù)結(jié)構(gòu) 相互關(guān)系10%2）風(fēng)環(huán)境 以建筑高度的11.5倍為半徑。 r=500米、r=750米、r=1000米等。3）最高風(fēng)壓區(qū)的判斷 超高層建筑高度的2/3處、 角部4）

8、高度關(guān)注負(fù)風(fēng)壓的變化趨勢 極值、 負(fù)風(fēng)壓和正風(fēng)壓的關(guān)系5）幕墻風(fēng)壓分區(qū)原則 安全原則 節(jié)省原則 粗線條原則 35個區(qū)（400 500米） 或100米一個風(fēng)壓分區(qū) 加工安裝便利原則（三）單元式幕墻是超高層玻璃幕墻系統(tǒng)的唯一選擇單元體的歷史單元體優(yōu)勢1）大幅度提升施工速度2）有效吸收層間位移、層間壓縮及溫變3）可全程在室內(nèi)安裝 便捷、安全4）最復(fù)雜的幾何形狀，可在工廠內(nèi)用先進(jìn) 的設(shè)備來解決單元體弱點1）成本較高2）水密性系統(tǒng)較為脆弱3）單元體損壞后修復(fù)極為困難（四） 單元式幕墻的力學(xué)模型簡支梁多跨連續(xù)梁(1)一點固定(2)前后轉(zhuǎn)動(3)上下插入(4)微量移動(5)每一塊板都能動（五） 單元式幕墻水

9、密理論-等壓腔-十字頭封堵的設(shè)計工程一：工程一：工程一：工程三：工程三：工程一：工程二：工程二：工程二：工程二：工程三：工程三：工程三：工程三：（六） 單元式玻璃幕墻吊掛系統(tǒng)之設(shè)計(含定位、調(diào)整及防滑脫系統(tǒng))工程一：工程一：工程一：工程一：工程二：工程二：工程二：工程三：工程三：工程三：（七）單元式玻璃幕墻設(shè)計之公母插接槽工程一：工程一：工程一：工程一：工程二：工程三：工程三：工程三：（八）單元式玻璃幕墻設(shè)計中的玻璃配置1） 平直 鋼化 夾膠 中空 low-e膜 陽光控制膜 雙涂層膜 自爆問題 熱工問題 光污染問題 光畸變問題2）四點不共面 熱彎（不可能完全相同曲率半徑） 冷彎（扭擰量及扭擰應(yīng)

10、力的分析）天津津塔經(jīng)三維放樣分析得出結(jié)論，在b區(qū)67層、68層、69層位置扭擰量最大玻璃單元板塊最大扭擰量為最大扭擰部位玻璃應(yīng)力分析最大扭擰部位玻璃應(yīng)力分析扭擰應(yīng)力分析l 采用實物單元幕墻樣板試驗與單元幕墻樣板有限元分析相結(jié)合的方法來分析，并通過測試與有限元分析，得出結(jié)論： 扭擰引起的玻璃板塊中最大應(yīng)力值較低，遠(yuǎn)小于鋼化玻璃的強(qiáng)度設(shè)計值，不利影響較為有限；并且扭擰與風(fēng)及水平地震荷載引起的應(yīng)力最大區(qū)域分布不同（扭擰狀態(tài)下，玻璃應(yīng)力較大區(qū)域位于玻璃板塊的角部；在風(fēng)及水平地震荷載作用下，應(yīng)力較大區(qū)域位于玻璃板塊中心區(qū)域），從而使得扭擰對最不利受力狀態(tài)的玻璃最大應(yīng)力值的影響極為有限（由29.58mpa

11、增大到29.71mpa），將考慮扭擰作用后的玻璃最大應(yīng)力值與玻璃強(qiáng)度設(shè)計值相比，能滿足規(guī)范要求，并具有較大的安全度?？紤]扭擰影響后，在最不利的風(fēng)及水平地震荷載作用下，玻璃周邊支承鋁框、幕墻與主體結(jié)構(gòu)的連接件的強(qiáng)度和變形均能滿足規(guī)范要求。因此，為滿足建筑外形需要，采用扭擰方法，使單元幕墻板塊安裝形成曲面是安全可行的。最大扭擰部位玻璃應(yīng)力分析最大扭擰部位玻璃應(yīng)力分析扭擰狀態(tài)與非扭擰狀態(tài)下應(yīng)力比較：l 單元幕墻在扭擰狀態(tài)下，負(fù)風(fēng)壓及水平地震荷載作用時玻璃的應(yīng)力最高，此時，外層玻璃表面最大應(yīng)力達(dá)到29.71mpa；l單元幕墻在未扭擰狀態(tài)下，負(fù)風(fēng)壓及水平地震作用時玻璃最大應(yīng)力為29.58mpa。扭擰狀態(tài)

12、下僅比未扭擰時增加0.13mpa，為扭擰時最大應(yīng)力的0.44，影響極小。扭擰狀態(tài)下與玻璃水平自然放置自重變形產(chǎn)生的應(yīng)力比較：最大扭擰部位玻璃應(yīng)力分析最大扭擰部位玻璃應(yīng)力分析l經(jīng)過有限元分析計算，與扭擰板塊尺寸相同的水平放置的玻璃板塊在重力荷載作用下，單層玻璃表面應(yīng)力最大值為3.809mpa，中空玻璃的表面應(yīng)力最大值為3.914mpa ；l單元幕墻板塊在扭擰狀態(tài)下，單層玻璃表面應(yīng)力最大值為7.591mpa，雙層中空玻璃表面應(yīng)力最大值為5.029mpa，稍大于重力作用下的水平玻璃板塊應(yīng)力，兩者量級相同，均遠(yuǎn)小于鋼化玻璃的強(qiáng)度設(shè)計值84mpa，對后續(xù)的承載性能影響不大。廣州珠江城深圳京基金融中心 9

13、8層上海中心 123層上海中心 123層（九）單元式玻璃幕墻防火、防雷之設(shè)計1） 防火設(shè)計（單元式和構(gòu)件式根本區(qū)別） 層間防火封堵必須和單元板塊安裝同步進(jìn)行 因為單元式使用于超高層 超高層 巨大的煙囪效應(yīng) 封堵的質(zhì)量要求高 典型案例 2）防雷設(shè)計（單元式和構(gòu)件根本區(qū)別） 每一塊單元板塊相互是絕緣的； 每一塊單元板塊均要避雷跨接線；固定跨接線的螺釘必須帶膠帽，必須在工廠 內(nèi)完成超高層隱框單元式玻璃幕墻接雷電面的問題（十）單元式板塊設(shè)計一定要和led、航空警示燈、室內(nèi)扶手、擦窗機(jī)相結(jié)合關(guān)鍵點，所有的單元板塊打孔均必 須在工廠內(nèi)完成關(guān)鍵點，所有的螺釘孔都要密封， 都要帶膠帽（十一） 單元式玻璃幕墻維

14、修和板塊更換之設(shè)計關(guān)鍵點 完整的等壓腔構(gòu)作關(guān)鍵點 不能在單元式中夾帶構(gòu)件式（十二） 超高層單元式隱框玻璃幕墻安全夾之設(shè)計關(guān)鍵點 化學(xué)粘結(jié)應(yīng)由機(jī)械鏈接來雙保險關(guān)鍵點 安全夾必須是通長的 點荷載 線荷載 面荷載工程二：（十三） 超高層雙層單元式玻璃幕墻之初步介紹關(guān)鍵點 “煙囪效應(yīng)”的雙刃劍一般外循環(huán)單元式雙層幕墻構(gòu)造一般內(nèi)循環(huán)單元式雙層幕墻構(gòu)造（十四） 超高層單元式玻璃幕墻之自然通風(fēng)的問題簡單的 自然通風(fēng)不被采用 安全風(fēng)險 超高層一般不開啟自然通風(fēng)涉及“氣舒適度”室內(nèi)開 通風(fēng)氣南京紫峰大廈 70層南京紫峰大廈 70層太平金融大廈太平金融大廈四、超高層建筑玻璃幕墻之施工技術(shù)1. 測量定位微調(diào)技術(shù)1）測量技術(shù)是單元板準(zhǔn)確安裝的依據(jù) 測量依據(jù) 測量方法 2）定位技術(shù)是單元板安全運行的核心 定位塊 定位螺栓 一端固定一端自由 3）微調(diào)技術(shù)是單元板精確就位的關(guān)鍵 偏差產(chǎn)生 偏差微調(diào)方向2. 垂直運輸技術(shù)1）室內(nèi)電梯：廣州電視塔、廣州西塔2）室外電梯：深圳京基、武漢中心3）鋼平臺+塔吊：上海環(huán)球、上海中心4）屋頂?shù)?魔術(shù)吊；軟導(dǎo)軌的導(dǎo)航吊3. 吊裝技術(shù)1）單軌吊 雙軌