摘要:廣州新電視塔是廣州市的地標(biāo)建筑，造型獨(dú)特，形態(tài)優(yōu)美；其幕墻工程標(biāo)準(zhǔn)高，設(shè)計(jì)和施工難度都比較大，因此高水平、高質(zhì)量的做好幕墻工程設(shè)計(jì)和施工尤為重要。本文就新電視塔超高層單元式扭面幕墻的設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。
　　關(guān)鍵詞:廣州新電視塔；幕墻系統(tǒng)；設(shè)計(jì)
　　1.項(xiàng)目簡(jiǎn)介
　　廣州新電視塔是在建項(xiàng)目中全球最高構(gòu)筑物，世界第一高塔，地上88層，塔高618.8m，塔身外圍設(shè)置一花籃狀的空間鋼結(jié)構(gòu)作為主受力結(jié)構(gòu)之一。該項(xiàng)目原創(chuàng)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“少女回眸”的空間效果。
　　2.廣州新電視塔幕墻系統(tǒng)的選擇
　　為實(shí)現(xiàn)建筑物特殊的空間效果，幕墻設(shè)計(jì)需要定制特殊的系統(tǒng)去適應(yīng)，以使幕墻外觀、性能等均能滿足客戶的需求。幕墻設(shè)計(jì)需要根據(jù)建筑的特征，進(jìn)行幕墻系統(tǒng)的選擇。
　　2.1廣州新電視塔幕墻工程特征
　　超高層幕墻該項(xiàng)目幕墻最大標(biāo)高488m，玻璃幕墻最大標(biāo)高為462m。該項(xiàng)目玻璃幕墻的最大風(fēng)荷載分別為-4.09KPa和+2.96KPa。
　�。�1）層間位移角比較大
　　風(fēng)荷載作用下最大層間位移角為1/143，地震荷載作用下最大層間位移角為1/375，3倍為1/125。該項(xiàng)目平面內(nèi)變形按抗震設(shè)計(jì)時(shí)層間位移角取值應(yīng)為1/125，該項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)層高為5200mm，換算成絕對(duì)位移為42mm。
　�。�2）外立面為一空間扭面
　　整幅幕墻為一空間扭面，結(jié)合投資方要求的經(jīng)濟(jì)性，需要采用無(wú)數(shù)空間位置的小平面去擬合成一個(gè)空間扭面幕墻結(jié)構(gòu)。
　�。�3）完全重疊的施工段面
　　該項(xiàng)目幕墻工程乃至整個(gè)項(xiàng)目的平面投影為一個(gè)狹小的橢圓，幕墻工程之間，幕墻與其他專業(yè)之間的施工段面豎直方向交叉重疊，高位部分工作段面施工過(guò)程中的高空墜物，將成為低位部分工作段面施工過(guò)程中的空中殺手。
　　復(fù)雜的加工設(shè)計(jì)和材料加工、安裝組織管理該項(xiàng)目總共有2552個(gè)四邊形分格，4221個(gè)三角形分格，總共6773個(gè)分格，這些分格外觀尺寸不同，分格平面之間夾角不同，分格龍骨之間夾角不同，由此造成鋁材的長(zhǎng)度不同，截面角度也不同。諸多不同使所有構(gòu)件都沒(méi)有通用性，加工設(shè)計(jì)和材料加工、安裝組織管理變得極為復(fù)雜。
　　2.2廣州新電視塔幕墻系統(tǒng)的選擇
　　（1）幕墻的變位適應(yīng)能力
　　對(duì)框架式幕墻，每個(gè)支座都承受著幕墻龍骨傳遞的荷載，同時(shí)也對(duì)幕墻的龍骨產(chǎn)生較大的約束。對(duì)單元式幕墻，一端鉸支撐在主體結(jié)構(gòu)梁（或樓板）上，另一端立柱插接在下一層水槽料上，立柱和下一層水槽料之間能相對(duì)滑移，即形成定向滑移。因此，單元式幕墻在發(fā)生較大的層間位移時(shí)，幕墻內(nèi)力不會(huì)增加，即單元式幕墻有較強(qiáng)的變位適應(yīng)能力。該項(xiàng)目最大層間位移角為1/125，絕對(duì)層間位移為42mm，單元式幕墻系統(tǒng)能滿足此變形的需求。
　　（2）幕墻的加工設(shè)計(jì)和材料組織管理分析
　　框架式幕墻和單元式幕墻相比較，其加工量差不多，兩者之間的差別主要在于，框架式幕墻對(duì)材料的安裝和組織管理是在現(xiàn)場(chǎng)完成，而單元式則將一部分安裝和組織管理在工廠完成。該項(xiàng)目組成扭面幕墻的小平面形狀各異，完全沒(méi)有相同的兩個(gè)。為簡(jiǎn)化幕墻分格形式，考慮將每一層幕墻分成過(guò)樓層部分和層間部分，過(guò)樓層部分采用平面四邊形分格擬合，層間采用三角形分格擬合，見(jiàn)圖1。所有分格尺寸和分格平面之間夾角均不一樣，見(jiàn)圖2。
　　

圖1

　　圖2
　　該項(xiàng)目同類材料似曾相識(shí)但尺寸或角度不一致，如果把對(duì)這些材料的組織和管理交由現(xiàn)場(chǎng)處理，現(xiàn)場(chǎng)材料組織和管理將極容易變得混亂甚至失控。單元式相對(duì)框架式幕墻，能較大程度的減少現(xiàn)場(chǎng)材料組織管理的工作量。
　�。�3）幕墻系統(tǒng)的選擇
　　根據(jù)以上分析，該項(xiàng)目幕墻設(shè)計(jì)適合采用單元式幕墻系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到三角形單元板塊固定比較困難，固定后支座容易外露影響美觀，該項(xiàng)目采用四邊形單元板塊與主體結(jié)構(gòu)連接固定，三角形單元板塊安裝在四邊形單元板塊上方法。
　　3.廣州新電視塔單元式扭面幕墻的應(yīng)用
　　3.1超規(guī)范設(shè)計(jì)依據(jù)
　　《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ133-2001第1.0.2.1條規(guī)定，對(duì)金屬幕墻的涵蓋范圍不超過(guò)150m，即該幕墻工程設(shè)計(jì)、制作、安裝施工及驗(yàn)收都將會(huì)超越規(guī)范的指導(dǎo)范圍。
　　該項(xiàng)目幕墻外圍有花籃狀鋼結(jié)構(gòu)，風(fēng)荷載作用下的體形系數(shù)s在規(guī)范中難找到對(duì)應(yīng)的相識(shí)模型，《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2001(2006版)7.3.2條建議對(duì)復(fù)雜結(jié)構(gòu)宜通過(guò)風(fēng)洞測(cè)試獲得，該項(xiàng)目風(fēng)荷載實(shí)際以風(fēng)洞測(cè)試報(bào)告為依據(jù)進(jìn)行取值。對(duì)超高層結(jié)構(gòu)，地震荷載宜進(jìn)行地震安全評(píng)價(jià)，該項(xiàng)目地震荷載取值采用廣東省工程防震研究院提供的地震安全性評(píng)價(jià)報(bào)告。
　　3.2幕墻的安全性能設(shè)計(jì)
　�。�1）構(gòu)件的連接設(shè)計(jì)
　　對(duì)超高層幕墻，高空風(fēng)荷載比較大，風(fēng)荷紊流將帶來(lái)諸多不確定性，室外扣條將增加高空墜物的可能性，本設(shè)計(jì)將鋁合金龍骨安裝在室外，同時(shí)作為受力構(gòu)件和裝飾構(gòu)件，其他室外裝飾構(gòu)件均采用機(jī)械式固定的方式。
　�。�2）超高層幕墻的玻璃安全設(shè)計(jì)
　　對(duì)超高層幕墻，脆性材料的應(yīng)用會(huì)給使用帶來(lái)較大的風(fēng)險(xiǎn)。玻璃的自爆是幕墻工程不可避免的問(wèn)題，該項(xiàng)目通過(guò)兩個(gè)方面來(lái)緩解此問(wèn)題。1.選用半鋼化玻璃。半鋼化玻璃自爆率相對(duì)于鋼化玻璃降低很多，但強(qiáng)度是普通伏法玻璃的2～3倍。全鋼化玻璃破碎后形成較小顆粒，采用夾膠玻璃破碎后容易形成孤島效應(yīng)而墜落，半鋼化玻璃破碎后則形成較大塊狀，能較好的粘接在玻璃膠片上。2.采用SGP膠片的夾膠玻璃防墜落。在常溫條件下（溫度在-10～55℃之間，廣州市常年氣溫約在0～39.1℃之間）SGP膠片相對(duì)PVB膠片，前者的剛度是后者的30～100倍，前者的強(qiáng)度約是后者的5倍。玻璃粘接在SGP膠片上，在一般風(fēng)荷載作用下膠片能安全受力且變形比較小，玻璃在陣風(fēng)荷載作用下下墜的可能性會(huì)有所降低。
　　3.3幕墻的傳力分析
　　該項(xiàng)目為扭面單元板塊系統(tǒng)，其傳力體系比較特別。該項(xiàng)目四邊形單元板塊L01，L02等，和L11，L12等固定在主體結(jié)構(gòu)梁上，見(jiàn)圖3，正置三角形單元板塊A01，A02等坐落在四邊形單元板塊上，倒置三角形單元板塊V01，V02等坐落在相鄰的兩個(gè)正置單元板塊上，正置三角形單元板塊和倒置三角形單元板塊上部卡在上一層四邊形單元板塊下橫梁內(nèi)，并能相對(duì)平面內(nèi)滑移。
　　

圖3
　　3.4幕墻的施工工藝分析
　　幕墻工程施工時(shí)，先安裝相鄰四邊形單元板塊，如L01，L02等和L11，L12等單元板塊，見(jiàn)圖3，再安裝正置三角形單元板塊A01，A02等，最后再安裝倒置三角形單元板塊V01，V02等。如此安裝工序，不同樓層間施工段面完全隔開(kāi)，可以幾個(gè)樓層同時(shí)進(jìn)行安裝施工，有利于幕墻工程施工組織的統(tǒng)籌。
　　3.5幕墻系統(tǒng)密封性能的設(shè)計(jì)分析
　　單元式的密封性能分為面材的密封性能和框架的密封性能，前者比較好解決，后者的密封性能是關(guān)鍵。
　�。�1）水槽的密封性能設(shè)計(jì)
　　單元式幕墻水槽除了傳力外，還能將流進(jìn)幕墻型材的積水匯聚排出到幕墻外。相鄰板塊連接水槽隨單元板塊之間夾角變化而變化，采用分段鋁合金芯套連接的方式不利于適應(yīng)幕墻的平面內(nèi)變形和水槽的密封效果，而且芯套種類過(guò)多不利于施工組織。該項(xiàng)目采用3mm厚硅膠皮粘接在相鄰兩個(gè)單元板塊水槽料的水槽內(nèi)，此辦法對(duì)水槽之間夾角適應(yīng)能力強(qiáng)，硅膠皮可采用統(tǒng)一規(guī)格，有利于材料組織，硅膠皮的變形性能比較好，有利于幕墻的平面內(nèi)變形性能。
　�。�2）幕墻分格處縫隙的密封性能設(shè)計(jì)
　　一般單元式幕墻采用等壓腔原理，水密性能基本能滿足使用要求，氣密性能較差一些�？蚣苁侥粔�沒(méi)有采用等壓腔，保證其密封性能的原則是確保有一道密封是完整可靠就行，比較典型的如隱框幕墻。該項(xiàng)目單元式扭面幕墻也采用單元式等壓腔的基本原理，考慮到該項(xiàng)目采用單元板塊拼接成扭面幕墻，并且層間位移角比較大，為增加幕墻的密封性能，幕墻設(shè)計(jì)在室內(nèi)側(cè)分格

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