探索 | 遮阳百叶作为幕墙结构

九月底,老同事卞慧勤打来电话,五矿集团因就他们在西安会议中心的工程竣工,作一个项目观摩及技术论坛,还带着书记陈强同志立即飞到广州找我谈这件事。
我接待了他们,就此事进行磋商。
工程竣工,他们想急办,又快到国庆长假,大家都没有时间了。讨论后决定在节后的那个周六进行。
吸收以前论坛的杂音较多的教训,我希望学术会议可以干净一点,全部报告都是幕墙技术。

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论坛专题为幕墙创新,重点挑选了嘉宾和主持,选择几个不同类型的创新为主的专家作报告,拿出真货示众。
希望中国建筑学会建筑幕墙学术委员会所有在册专家都能参加。
当然,五矿瑞和(上海)建设有限公司支持了全部费用,令会议得以顺利进行。他们也有大批技术人员到现场交流学习,体现到这是一家真诚的把技术做好的企业。
论坛上,我作了题为:“外装饰遮阳百叶作为幕墙结构使用的设计方法及问题剖析”演讲。
1.大型工程中的遮阳百叶
建筑设计之初,在规划整个建筑时应思考帷幕各立面的构造,包括结构、面材、百叶、灯光、清洗装置等,而工程中的遮阳百叶往往成为一些设计者“利用”的对象。许多工程外加了遮阳百叶,但同时另做结构,浪费材料,污染空间……

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多哈塔的外墙是为双层皮幕墙。因当地日照强烈,夏季酷热,为了达到合理的采光、遮阳、节能需求,整个塔楼外包铝质百叶遮阳,并于玻璃幕墙内侧设置了电动遮阳卷帘。外部的遮阳系统网分四层,外三层材质为铝合金,内层为矩形钢结构。每一个单元由四个蝶形领结元素拼接而成,东南西北不同方向按每年的阳光辐射的强度调整蝶形领结遮阳网层数,使建筑设计更加合理,又恰如其分地给建筑披上了一层神密的面纱,极具阿拉伯文化韵味。内层为单元式铝框玻璃幕墙(钢化中空玻璃)。双层幕墙间每层设计检修通道
这种遮阳是建立在双层幕墙和检修通道上,双重结构无可非议。
多层“领结”外装饰,也是在简单的叠合中自我可靠固定,达到省料、少遮挡、无污染的目的。

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上海诺华园区C4的幕墙是遮挡与立柱共用,省室内空间、省材料,同时达到幕墙和遮阳的目的。

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纯遮阳百叶,置于幕墙之外,另做结构体系,百叶没有其它功能。

2.遮阳百叶作为结构使用

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西安万科·金域华府,百叶作为幕墙支承龙骨

项目建筑玻璃幕墙系统主要为竖明横隐外挂遮阳百叶构造,设计之初即综合考虑幕墙系统造价与建筑外观效果实现的最佳组合方案。遮阳百叶建筑外观纵向尺寸大,耗费材料较多,通常幕墙外挂遮阳百叶都是作为装饰构件来实现,即室内幕墙立柱单独作为结构件来设计,这样幕墙外挂遮阳百叶系统幕墙造价要比普通无遮阳百叶玻璃幕墙系统每平米要增加不少费用。
最优化的设计,是以外遮阳百叶作为幕墙竖向结构件的形式来实现幕墙的外观。这样既保证了建筑外观效果的实现,又同时遮阳百叶作为幕墙竖向结构件的功能来实现,达到了以普通幕墙的造价来实现带遮阳百叶的幕墙外观效果。在幕墙安装上,考虑了幕墙系统可以从室内进行安装和拆换玻璃(亦可从室外进行安装),给现场安装作业条件更多的选择空间。

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北京大兴国际机场,利用遮阳百叶作为幕墙结构的幕墙。
 

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北京首都机场T3航站楼,75°的斜幕墙,水平荷载由横向12米长,135X530的百页作为龙骨结构。垂直荷载由顶部牛腿通过玻璃缝中的分段拉杆串连承载。

3.构造安全的几个问题

问题一:
横向支承板固焊连接与拉杆是否一致协同工作?

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首都国际机场的支承横向龙骨百叶是以钢板固定焊接在主结构体系上的,很显然是不能随中间的拉杆同时升降变形。这个时候,需要的是拉杆有足够的强度,极少徐变、蠕变和间隙压缩。
问题二:
串连拉杆的螺纹累积公差、徐变、时间蠕变等是否可以忽略不计?

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每块玻璃层都用一根拉杆,它们之间以一个管状螺母联接,三角螺纹的公差、配合、间隙。受力后可以慢慢压缩积累,经过一些气候变化、地质变动、构造应力释放后,受荷肯定有所不同,这种徐变会缓慢增加,最终会离散性增长长度。
问题三:
如果串连的拉杆松弛,水平套芯是否可以承受几吨的重力荷载?

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随着拉杆的徐变,重力使横向铝合金支承龙骨下降,铝合金龙骨和处于龙骨两端的套芯必然承受极大的重力,必须清楚计算其不受到破坏,否则后果不堪设想。
问题四:
如果铝套芯受压变形或撕裂,是否会影响其支持水平荷载?

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很明显,铝套芯受压变形是很容易撕裂的,此时不排除全部构造失效破坏,无法回弹恢复原始状态。
问题五:
超过10米跨度的铝合金百页作为风荷载主受力结构,在中段几根拉杆松弛后,中段下弯,是否可以维持正常工作状态?

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这个问题还涉及百叶自身受到上下风荷载、自重荷载时的抗弯能力,还有拉杆的位置是否解决了前后的平衡稳定,诸如此类,不一而足……
4.幕墙百叶的节点设计
虽然说是遮阳百叶,但室外的百叶素来都以外观为主。这与女性美貌与智慧并重一样,还是美貌优吧!

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有的设计师把遮阳百叶设计成艺术品、替代窗的通风器等等。

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把室内龙骨做在外面的意念经过。

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把室内龙骨做成通风器的构想截面。

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通风器的内外开关状态

 

探索 | 遮阳百叶作为幕墙结构立柱通风器的拆装部件

 

通风器装配动画

 

探索 | 遮阳百叶作为幕墙结构索框幕墙百叶节点设计。

 

探索 | 遮阳百叶作为幕墙结构柱杆幕墙百叶的节点设计。

 

探索 | 遮阳百叶作为幕墙结构主结构支承柱杆幕墙百叶的节点设计。

 

探索 | 遮阳百叶作为幕墙结构玻璃百叶支承幕墙的节点设计。

 

5.百叶支承的构造安全
幕墙百叶的支承,一定要直接机械固定在幕墙主结构龙骨上,不得间接地固定在幕墙附属结构或玻璃上,百叶必须是有效的刚性机械固定。任何柔性、间接、粘贴等等固定方法都会带来公共安全风险。
其实,就现在中国建筑现状来说,机场和高铁站房等公共建筑是最多使用遮阳百叶作为结构的。

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对于超过两个单元跨距的支承百叶,重力荷载应尽量使用同一种形式。百叶边部必须有可靠机械固定;而且边部尽量使用绞接以满足温度变形需要;中部用杆索时的原则是必须是极少徐变的(增加承载力);百叶挠度控制能够满足自身重力和正负风压;杆索前后位尽量适应全部重力平衡。
探索 | 遮阳百叶作为幕墙结构铝合金百页在作幕墙中部的节点。
 
探索 | 遮阳百叶作为幕墙结构铝合金百页在作支承结构的边部节点。
 

探索 | 遮阳百叶作为幕墙结构支承结构的节点的各种零部件组合。

 

探索 | 遮阳百叶作为幕墙结构

铝合金百页各种加工组合构件状态。
关于螺栓和索母:各种层次的行业人员的认知差别很大。
建筑师说:
你帮我包得艺术一点就可以。

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像这样。

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这样。
结构师:
受力以后肯定滑动不了。

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像这样。

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像这样。

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像这样。
机械师:
没有索母这个螺丝没上紧。

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像这样。

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像这样。

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其实更应该这样!
我的关注点是构造合理和连接安全,至于结构的长短、粗细、厚薄,自有结构师计算,往往好的节点会为建筑师带来外观的惊喜;为结构师带来构造的应力释放和材料的善用;为业主省却不少金钱。
帷幕创新不过如此。
老罗说幕墙

老罗说幕墙

我还没有学会写个人说明!

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