建筑结构丨改头换面块钛金板密拼

时间:2020-8-4来源:本站原创作者:佚名 点击:
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来源:建筑幕墙▲1门头部位完工效果01

工程概况

年11月5日,首届中国国际进口博览会开幕,举办之前对国家会展中心场馆进行了提升改造,其中位于迎宾广场核心区的国家会议中心幕墙工程是改造的重点工程。改造增加的新的表皮是浅香槟色的金属板——钛金板,完工效果如图1,2所示。整体建筑自内向外共5层,如图3所示。▲2连廊部位完工效果▲3建筑表皮拆分图02

建筑形体分析及分格的划分

通过BIM对模型的表皮进行分析,确定本项目存在平板、单曲和双曲面(图4)。在板块划分过程中,需要综合考虑以下因素:▲4形体分析结果(1)尽可能减少分缝以满足建筑师要求,过多的分缝会削弱建筑造型的整体性。(2)满足钛金板镀钛尺寸的限制要求。本项目板块类型众多,很多板块为组合板块,通过grasshopper软件对板块进行分析(图5),对于超规格的板块重新进行分格的划分。▲5镀钛尺寸模拟(3)转角部位采用转角一体板设计。根据板块所在位置不同,转角一体板由两块板或三块板组成(图6)。转角一体板为一个双曲面和两个单曲面的拼接,对加工精度的要求很高,最终完工效果流畅挺拔(图7)。▲6一体板示意图▲7转角部位完工效果(4)分缝要美观,要与整体双曲异形的造型契合。选择水平方向平切,竖直方向适应形体变化,采用双曲线划分的方案,并对特殊部位进行特殊处理,保证分格线的连续。根据以上原则,运用BIM软件对分格进行划分,最终完成的分格方案满足板块加工要求,整体分格线条流畅,与建筑形体完美契合(图8)。▲8钛金板分格模型03

效果的实现

要实现建筑效果,需要确定以下因素:(1)材质及表面处理的选择。香槟色金属板的实现有多种方式,对铝板氟碳喷涂、铝板镀钛及不锈钢板镀钛工艺进行对比论证,最终采用不锈钢板镀钛工艺,其效果最好,颜色均匀、金属感强,满足建筑要求(图9)。▲9不锈钢镀钛效果(2)颜色及拉丝方向。不锈钢钛金板是一种很特殊的材料,在不同的角度和光线条件下颜色会发生变化,同时拉丝方向也对钛金板的颜色影响很大。为了产生不同的颜色效果,钛金板以2m为界,2m以上为横向拉丝,2m以下为竖向拉丝。(3)穿孔样式选择。经过对大小孔、疏密孔、泡沫孔、异形孔、均匀孔等方案的比对,通过样品制作及BIM模拟,最终选择了均匀孔的方案,孔径为15mm,2m以下部分穿孔率为15%,2m以上部分穿孔率为40%。(4)板块接缝设计。钛金板拼缝效果关系到整体建筑的造型,经过多种方案对比,采用突出横向分缝且整体接近密拼效果的横向6mm、竖向3mm方案。最终完工效果如图10所示。▲10完工效果04

钛金板成型工艺分析

本项目钛金板包括平板、单曲板、双曲板、转角一体板四种类型,加工难度逐步提升,其中转角一体板是将一个双曲板与一个(或两个)单曲板拼接形成的,是本项目的难点。一体板的加工组装流程为:不锈钢卷开平——开孔——校平——拉丝——单曲面、双曲面成型——氩弧焊拼接——打磨修正——焊接定型方管——镀钛——成品保护。单曲面部分成型方法:1)模具成型;2)激光切割+多轴辊滚圆+数控折弯成型。双曲面部分成型方法:液压拉伸成型+双曲背筋拼焊。加工过程中采用激光开孔,保证平整度,优先采用机械拉丝,通过批次及工艺控制,减少钛金板色差。05

构造节点的实现

本工程门头是双曲异形的造型,增加的主体龙骨为双曲异形圆管。为了减少现场焊接,幕墙次龙骨通过抱箍固定到主龙骨上,带抱箍的转接件上设置长条孔,用于固定T形次龙骨,配合抱箍的角度调节,可以实现三维六向调节(图11,12)。▲11标准横剖节点▲12标准竖剖节点06

BIM全过程数字化、参数化设计

本项目整体为双曲异形穿孔板,工期紧张,采用普通出图方式很难实现,需要借助BIM技术来实现,所以全程数字化、参数化设计是本项目的指导思想。1方案阶段本项目为改造建筑,是在老的建筑外侧增加一层新的表皮,方案阶段需要通过BIM模型将新表皮与老建筑进行合模,根据干涉情况对表皮进行修正(图13)。BIM模型深度达到LOD深度。▲13BIM模型与老建筑合模(1)通过BIM技术对表皮分格进行划分,分格方案确认之后以分格方案为基础,向内偏移并进行修正后,得到主体龙骨定位线(图14)。▲14主体龙骨定位数据(2)根据龙骨定位线进行深化,得到最终的主体钢龙骨。(3)将最终深化完成的主体钢龙骨与幕墙表皮进行合模,针对存在的问题对主体钢龙骨进行修正(图15)。▲15与主体结构的合模及模型修正建议(4)对板块数据进行分析,确定平板、单曲板、双曲板、转角一体板的具体位置及数量,对特殊板块确定外包轮廓尺寸,为板块加工提供依据,提前发现超规格板块并进行调整(图16)。▲16板块信息统计(5)在满足建筑效果的情况下进行三次BIM修模,减小加工难度。2施工图阶段本项目为双曲异形板块,每个板块均不相同,只能通过BIM技术对标准节点做法进行深化,将生根牛腿、横向通长T形龙骨及竖向T形生根点的位置在模型中表达清楚,为以后的安装提供定位依据(图17)。BIM模型深度达到LOD深度(图18)。▲17生根牛腿及T形龙骨模型▲18BIM模型本项目为改造建筑,与门洞的收口、地面的收口、坡道的收口、山墙部位的收口等不能按照理论建模,要配合全站仪打点,对交接部位进行轮廓点定位,将定位点的空间坐标返到基于相同坐标基点的BIM模型中,对模型进行修正。3加工图阶段利用BIM插件按照错位梅花孔布置原则在双曲板上进行排孔(图19),根据BIM模型自动生成板块加工图、T形龙骨加工图、转接件加工图。BIM模型深度达到LOD深度。▲19BIM排孔4施工阶段根据BIM模型,基于与施工测量相同基点的坐标系,提供相关生根坐标点(图20),为施工安装提供定位数据。主要提供以下数据:1)生根牛腿的定位点;2)面板固定用T形钢龙骨的定位点;3)面板交点理论数据定位点。根据以上数据,安装过程中自内而外,从转接件到面板层层定位,保证安装精度。▲20定位数据07

施工安装

整体施工方案中,龙骨安装采用登高车(图21),面板安装采用满堂脚手架(图22)。通过对材料小样、工厂工艺样板、现场视觉样板逐步推进,最终的效果得以保证(图23)。安装过程中对20个点进行测量定位(图24),板块按照先转角后大面的安装顺序进行逐步安装(图25)。门拱与玻璃幕墙交接的特殊部位,门拱的精度必须保证,采用的安装措施如下:1)门拱部位先安装与玻璃交接的板块,确保与玻璃交接部位的精度;2)出厂之前在工厂对门拱部位板块进行预拼装(图26),保证板块的加工精度满足要求。▲21登高车施工▲22满堂脚手架施工▲23样板逐步推进▲24测量放线(20测量点)▲25板块安装顺序▲26工厂预拼装08

结语

sketchup、犀牛、Grasshopper等三维软件的运用和双曲面异形钛金板新的成型工艺以及BIM测量定位与可调节安装系统等新技术新工艺的配合,共同造就了上海国家会展中心钛金板异形幕墙。随着社会的发展,更多的新材料运用到日益丰富变化的建筑造型中,只有不断创新,才能适应社会的发展,取得更大的辉煌。项目名称:国家会展中心(上海)场馆功能提升工程国家会议中心(上海)外立面装饰工程工程地点:上海国家会展中心F3区建设单位:国家会展中心(上海)有限责任公司设计单位:华东建筑设计研究总院总承包单位:上海建工集团股份有限公司幕墙顾问:苏州金螳螂幕墙有限公司幕墙深化和施工单位:苏州金螳螂幕墙有限公司

作者简介

牟永来

苏州金螳螂幕墙有限公司幕墙设计总院院长,高级工程师。中国金属结构协会铝门窗幕墙委员会专家、苏州市土木建筑学会建筑金属结构委员会副主任、上海市建筑科技委会幕墙结构评审组专家。代表幕墙项目:苏州中心商业裙房及大鸟屋面、观音圣坛、重庆来福士广场T4塔楼、上海静安嘉里中心、上海世贸国际广场。END

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