幕墙知识丨No.9 RFR精选 超高层建筑的“世界第一扭”

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重庆高科太阳座位于重庆北部新区幸福广场,由Aedas负责建筑设计,以“极光”为概念,南北立面的弧形扭曲造型,成为标志性的特色和最大的技术难点。RFR担任双曲部分的幕墙顾问,双曲幕墙面积约8000平方米,双曲幕墙板块数量多达1709块。

重庆高科太阳座塔楼的最大单层扭拧角度达8.8度/层,约为目前全球单层扭拧角最大的F&F大厦的1.5倍,远超同类项目,有望在未来成为超高层建筑的“世界第一扭”。

高层建筑和城市住宅委员会(CTBUH)在2016年对于全世界扭转塔楼进行了研究,从高度、结构紧实度以及总扭转度数进行分析比较,得出巴拿马城的F&F大厦(233米)是当时世界上单层扭转角度最大的超高层建筑,最高达5.943度/层。

“世界最高扭转塔楼”的图表(CTBUH)

纤柔扭转的“腰部”

对于性能和加工精度都要求较高的超高层单元幕墙,拟合双曲面一直是一大难题。在本项目中,RFR的幕墙团队与Aedas的建筑师深度合作,应用了两大关键性技术——双曲单元玻璃冷弯,复杂曲面幕墙设计和BIM,挑战世界级难度,实现标志性的建筑形态。

01

双曲单元玻璃冷弯技术

COLD BEND GLASS TECHNOLOGY

利用冷弯拟合技术设计扭转曲面玻璃,每块玻璃的尺寸大小以及扭曲程度均不同,成功地用平板玻璃代替双曲玻璃,节省了1100万的建设成本。

玻璃分格的每三个顶点形成的平面与第四点的距离最小的,即为此块玻璃分格的最适平面。这个距离即为将平板玻璃冷弯成双曲玻璃的冷弯量。本项目冷弯量最大为86mm,之后通过计算验证此冷弯量在许可范围之内,可以满足设计要求。

平板玻璃冷弯量分析

单片平板玻璃最大冷弯量86mm

从平面上对扭转角度最大的区域进行分析示意

玻璃冷弯研究

玻璃冷弯应力分析

对不同宽度、不同厚度的玻璃应力进行对比

02

复杂曲面幕墙设计和BIM技术

COMPLEX GEOMETRY FACADE DESIGN & BIM

独创的幕墙系统使之能适应单元板块多角度,多尺寸变化的要求,并保证幕墙性能。

由于立柱的倾斜角的变化,导致立柱和横梁相对对位的角度和位置关系变化。这个数值决定了系统横框的种类。上横梁的上部分采用分体设计,每2.5度开一套模具,并根据倾角前后错动,与立柱内腔壁(气密线、水密线)对位。

BIM几何分析图

垂直节点

在本项目中,真正做到了从整体几何优化分析,幕墙模型建模,LOD400加工图深度构建建模,到加工图数据自动生成和检查的全过程幕墙BIM流程,保证效果要求和设计思路的完整贯彻。BIM系统在方案初期模拟真实构件的效果,达到对设计呈现的效果最大把控。

节点爆炸图

BIM建模过程图

大比例的三维打印模型在帮助幕墙设计单位,施工单位与业主沟通与理解这一复杂三维单元系统起到了重要作用。

三维模型打印

建成效果与模拟效果高度一致,完美的呈现了建筑师在概念设计中的“极光”立意。

模型和实际对比图

03

可行性验证

FEASIBILITY VERIFICATION

通过“双曲单元玻璃冷弯”,“复杂曲面幕墙设计和BIM”两个关键性技术,团队解决了平板玻璃拟合双曲面的难题,实现了建筑立面柔美的弧线效果。在招标阶段之前,我们进行了玻璃冷弯试验,证实了设计假设的可行性。

根据有限元分析结果,基于整块建筑幕墙上冷弯后应力最大的玻璃,冷弯试验选取3片玻璃样品,进行冷弯前表面应力测量,分级施加冷弯量,并记录变化。试验结果证明玻璃样品能够承受最大设计值的冷弯量86mm。创新的设计与细致的求证工作为项目的实现打下了坚实可信的基础,规避了合约及安全风险。

玻璃冷弯试验

冷弯试验数据如下:

GH8冷弯夹胶玻璃风荷载作用下应力变化测试数据表(单位:MPa)

目前,重庆高科太阳座项目已进入塔楼外装塔冠钢结构安装、消防安装和空调管道施工阶段,计划于今年年底竣工。与其它扭转形体幕墙相比,重庆高科太阳座项目利用较少种类的型材模具和冷弯拟合,保证曲面平顺无错台凹凸的效果。我们期待它以标志性的建筑轮廓,为重庆市民的公共空间增添特色,成为极具活力和辨识度的城市新地标。

重庆高科太阳座(左一)与其它扭转塔楼对比

重庆高科太阳座目前即将封顶

(照片来源于网络)

04

技术展望

TECHNOLOGY VISION

针对本项目的双曲幕墙设计,在应用新的技术定制解决方案的过程中,我们认为:

  1.  采用折板冷弯空间单元体技术可以有效在工厂内完成品控,确保相邻板块之间为平行线插接,相邻板块之间胶条挤压变形协调,保障防水性能。

  2.  之前行业里面的普遍认知是玻璃冷弯受力是限制,近些年的应用研究发现玻璃翘曲冷弯受力在变形控制范围内为平面内薄膜应力, 和风荷载的弯曲应力不会叠加,因此玻璃应力并非主控因素。

  3. 冷弯变形对中空密封性能的影响随着柔性中空间隔条的发展和推广,应该可以得到有效解决。

重庆高科太阳座

High Tech Tower, Chongqing

项目信息

Information

服务类型:

业主:

建筑师:

幕墙顾问:

幕墙施工图设计:

施工单位:

服务周期:

功能类型:

地上建筑面积:

双曲幕墙面积

全过程幕墙顾问

高科集团

Aedas

RFR

中建西南院建筑幕墙设计所

亚厦幕墙

2016-2019

超高层办公/商业

6.1万m²

8000m²

RFR幕墙团队

RFR Façade Team

项目总监:

技术总监:

项目经理:

团队成员:

于辉

韩晓阳

金诗卉

董琛、李守才、宋媛、卢维宁等

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FacadeBIM

幕墙BIM网站长

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