装饰幕墙和幕墙新型面料|轻型GRC幕墙板在工程中的应用

                     

参考文章1

【BCW】赵西安:装饰幕墙和幕墙新型面料

 建筑幕墙

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装饰性幕墙的大量应用

传统的幕墙具有建筑功能,包括封闭、保温隔热、隔声、防渗、防水等作用。而现在公共建筑中广泛采用非封闭性装饰幕墙,建筑艺术性很强。部分装饰幕墙还兼具遮阳功能(图 1,2)。

图1 开缝全玻幕墙,中国建研院

图2 开口金属板装饰幕墙,福州中心

1.1

单层装饰幕墙

单层装饰幕墙仅仅起到围挡和分隔建筑空间的作用(图 3~6),或者本身只是建筑艺术作品(图7~10),因此比较常用开孔金属板,由钢管结构支承。

图3 贵阳奥体中心开孔金属板幕墙,内外通透

图4 上海茶会所,镂空铜板幕墙

图5 济南奥体中心,柳叶形外幕墙,开孔金属板

图6 2010年上海世博会阳光谷,单层双曲幕墙

图7 英国开孔不锈钢板马头,高36m

图8 重庆国泰艺术中心,方钢管装饰屋顶

图9 常州100m河豚鱼上岸,开孔铜板

图10 天津环形塔,高度60m,由金属波形条带连接而成

1.2

双层幕墙的外幕墙

许多工程的内幕墙起建筑功能作用,外幕墙只是作为建筑装饰或做遮阳用。由于无需密闭,因此面板材料和幕墙形式都不受限制。密孔金属板和开口金属板是外幕墙的首选材料(图 11~28)。

图11 江苏武进莲花会展中心,花瓣是单层装饰玻璃幕墙

图12 青岛某银行,外幕墙为三角形双弯玻璃,表现大海起伏波涛,点支撑,开缝

图13 杭州某湖滨会馆,外幕墙为点支玻璃圆盘,开缝

图14 武汉电影中心,土豪金铝板

图15 上海中心商场,金色铝板

图16 武汉市民中心,红色密孔金属

图17 福州文化中心

图18 厦门闽南大剧院,内为红色铝板幕墙,外为大开孔铝板

图19 天津大学生体育馆,多重方铝管装饰幕墙

图20 佛山艺术村,镂花铝板幕墙

图21 合肥安徽广电中心,370 个篆体汉字,字体尺寸达9m,由索网支承

图22 南京六合规划展览馆,“茉莉花”装饰幕墙,金属网板

图23 北京西坝河,多重大开口铝板叠合,内部为玻璃幕墙

图24 浙江桐庐国际金融中心,六角形铝框装饰外幕墙

图25 广西钦州,菱形方格装饰外幕墙

图26 合肥铂客公寓,开孔铝板装饰外幕墙

图27 杭州奥体中心,开孔金属条板组成双曲面

图28 武汉汉秀演出中心,红灯笼装饰幕墙。支承结构索网,圆盘挂件覆盖

2

新材料面板的广泛应用

2.1

离子型中间膜夹层玻璃

离子型中间膜(SGP,最早由美国杜邦公司开发)比常用的 PVB膜强度高 5 倍,抗剪模量高 50 倍,玻璃破碎后保持较高的剩余承载力,不会下垂脱落,安全性很高。夹层后,玻璃的力学性能相当于同厚度的整片玻璃,因此可以减小玻璃厚度降低玻璃重量。目前已经有许多工程采用了 SGP 夹层玻璃(图 29)。

SGP 中间膜还为超大尺寸玻璃的应用提供了条件。我国已生产最大 18m×3.6m 的超白热弯钢化夹层玻璃和 6 夹层 18m×0.8m 超高玻璃肋,用于世界各地的苹果专卖店(图 30)。

图29 采用SGP 夹层玻璃的一些工程

图30 上海浦东苹果店,玻璃高度12.6m(左)和纽约苹果店,玻璃高度13.6m(右)

2.2

金属面板

除了原有的铝板和彩色钢板以外,不锈钢板、铜板幕墙也用在公共建筑幕墙中(图 31~34)。在大家为钢板防腐问题大伤脑筋的时候,建筑师却采用了生锈钢板作为装饰面板,别具一格。2004 年北京世界葡萄大会博览园大门和售票大厅墙面采用的生锈钢板如图35 所示。铜板价格高昂,以前极少在幕墙上大规模应用,但 2014 年辽宁牛河梁红山文化遗迹博物馆和成都博物馆,大面积采用了铜板(图 36,37),其中成都博物馆用了 20 000m2铜板,堪称世界之最。

图31 深圳设计展览馆,不锈钢弯板

图32 哈尔滨冰雪画博物馆,凝固的冰雪洪流,不锈钢蜂窝复合板

图33 采用不锈钢板的一些高层建筑

图34 武汉万达广场,不锈钢球面板,加上LED视频,达到奇特的装饰效果

图35 北京世界葡萄博览园大门(左)和售票大厅(右)采用生锈钢平板和开孔板

图36 牛河梁红山文化遗迹博物馆青铜板幕墙和屋面

图37 成都博物馆铜板幕墙和屋面

2.3

玻璃丝加强混凝土板(GRC板)

我国早在 1960 年代就进行了 GRC 结构的研究工作,但是当时玻璃丝的耐碱问题没有解决,所以 GRC 在工程中没有被广泛应用。之后耐碱玻璃的出现,为 GRC 制品的推广应用打开了前景。GRC 有各种颜色,表面可以做各种花纹和造型,镀上金属颜色,可以满足建筑师的多种创意要求(图 38)。

图38 采用GRC面板的一些工程

2.4

ETFE 薄膜和其他织物

我国第一个大型 ETFE 气枕幕墙工程水立方于 2008 年建成。2014 年大连建成的全运会场馆采用四边形气枕(图 39);而红海滩体育场则配合当地的红色海滩,用红色 ETFE 薄膜直接覆盖(图40)。其他典型项目代表见图 41~43。

图39 大连全运会体育场,四边形ETFE气枕

图40 大连红海滩体育场,红色ETFE薄膜幕墙

图41 沙特阿拉伯国家图书馆,张拉索网薄膜面料的遮阳装饰幕墙

图42 内蒙沙漠度假村,张拉膜材装饰幕墙

图43 青岛国际园艺博览会,360°观景台

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结语

时尚潮流的建筑正朝两个方向发展:1)超跨度、大体量建筑不断出现;2)建筑物的外形日趋复杂,建筑师的创作思维越来越不受限制。这都对幕墙技术提出了越来越高的要求。为了满足建筑艺术的要求,装饰性幕墙应用越来越广泛,这些装饰性幕墙往往采用新型的面板材料和新颖的表现形式,这就要求幕墙厂家迅速提高技术水平,更好地适应工程实际需要。

参考文章2

【BCW】轻型GRC幕墙板在南京青奥会议中心工程中的应用

 建筑幕墙 

南京青奥会议中心位于建邺区江山大街北侧,建成后将作为 2014年第二届世界青年奥林匹克运动会会议中心投入使用。青奥会议中心建筑面积约40万㎡,主体由46.9m高的6层会议中心、314m高的68 层五星级酒店和 249.5m高的58层会议型酒店构成。两栋高层塔楼与会议中心之间的距离分别为15m和21.12m,并通过空中走廊连通。

方案设计出自著名建筑师扎哈·哈迪德之手, 建筑的雕塑感很强,从高空俯瞰就好像一艘外太空的帆船,寓意青年人扬帆远航、乘风破浪的拼博精神(图1)。

图1 南京青奥中心建筑效果图

幕墙设计

1.1 幕墙方案设计

南京青奥会议中心是一座空间结构复杂的全钢结构建筑。其中会议中心建筑部分采用了下部分开、上部合拢,21~27m整层转换,形成四条腿板凳的纯钢结构,实现整个建筑功能的转换和体型的完整性(图2)。

图2 群楼整体结构示意图

设计方案确定后,面对外立面多视角造型结构,幕墙材料的选择成为深化设计的关键问题。为最大限度实现建筑外观的要求,满足紧迫的施工周期,经过多种幕墙材料专家的论证后,轻型GRC幕墙板因具有轻质、高强、生产周期快、施工便捷及可实现复杂建筑形体要求等优点,被最终确定为项目的幕墙材料。南京倍立达新材料系统工程股份有限公司作为全球专业的GRC幕墙板研发制造厂家,也因为具有雄厚的技术实力和丰富的复杂大型项目经验以及优秀的幕墙设计团队,得以进行相关内容的实施。在与扎哈·哈迪德建筑设计事务所、中国建筑设计研究院及深圳华森幕墙顾问公司经过深入探讨和论证后,通过三维犀牛模型图和建筑结构图分解,最终确定将会议中心外立面及双子塔楼76m处异形结构以下,全部使用轻型GRC挂板,合计面积约13万㎡,这在超大规模的异形建筑结构中是史无前例的。要完成数字构建和GRC幕墙板的完美结合,深化设计的工作主要由生产厂家的设计团队完成。在收到华森提供的建筑结构图以及三维犀牛模型图后,设计团队就按照专业分工展开了安装方案设计、板块分割及板型设计、二次结构设计、节点支撑牛腿定位设计、背负钢结构设计、产品设计和力学计算等工作。

1.2 外观效果设计

为了表现建筑设计师想要达到的视觉效果和文化内涵,前期的外观效果打样工作至关重要。一方面建筑师并没有一个实实在在的实物作为参照,需要不断地根据建筑师和南京河西指挥部领导的要求进行试验和调整;另一方面,也要考虑GRC制品自身在颜色和质感表现力上的范围和局限。通过同建筑师和业主进行充分沟通,使打样人员增强对外观效果的理解度,一步步达到或接近建筑师的要求,并在此基础上获得最佳的视觉效果(图3)。

图3 鱼鳞状建筑外观

1.3 GRC幕墙板设计

1.3.1 板型设计

该项目建筑外观造型复杂,在深化设计时发现结构冲突和碰撞特别多,为了充分体现建筑的灵动性和整体感,经过深化设计后将 GRC板型分为四类:1)平板:4.5万㎡,板块规格为 3m×2m,最大板块6m×3m;2)折板:4.2万㎡,板块规格为(2+2)m×2m,最大板块(5+2)m×3m;3)双曲面板:3万㎡,板块规格为3m×2m,最大板块 6m×4m;4)单曲板:1.8万㎡,板块规格为 3m×2m,最大板块 6m×3m。板块分格设计从屋面到层间都必须在统一斜向线上,同时还需严格对应凹形洞口玻璃窗板块的分缝。为了保证产品耐久性和力学安全性能的要求,板型设计还包含了产品厚度设计,通过力学计算最终确定的产品厚度为 15mm,连同产品的背负钢架,GRC板的平均重量约为 50kg/㎡,完全符合薄壳、高强的GRC特性。

1.3.2 节点设计

对于安装节点的设计,平板通过主桁架檩条与GRC板背负钢架采用螺栓进行柔性连接(图4)。对于折板安装节点的设计,则是采用将产品背负钢架与次结构安装龙骨螺栓连接的方式。图5为典型的折板安装节点大样,主钢结构上先安装支撑次龙骨,次龙骨上对应GRC背负钢架的安装点预装连接角码,GRC板就位后再用螺栓进行固定。

图4 平板节点图

图5 折板节点图

1.3.3 背负钢架设计

根据不同板面形状进行每一块背负钢架的选材、结构定位设计。折板的背负钢架采用三角支撑形设计,GRC板面与背负钢架采用L形柔性连接,有效化解了局部应力集中可能造成板面破坏的不良后果。平板及曲面板的背负钢架则采用平面结构设计,纵向主梁安装、板面与背负钢架的连接方式与折形板一致(图6)。

图6 背负钢架与GRC板面连接方式

1.3.4 防水设计

该工程屋面防水设计采取的方案是GRC板边缝下檐安装不锈钢导水槽,绝大部分的雨水将通过导水槽引入天沟集中排放。在GRC板下方另做一层屋面防水体系,确保万无一失。层间板的防水则是采用结构防水和内部防水相结合的方案,连接缝位置设计成企口槽,背面打胶,墙面部位再另外制作一层防水体系,保证了层间和檐口结构的整体防水效果(图7)。

图7 屋面防水导水槽和天沟导水槽示意图

1.3.5 力学计算

由于GRC单板面积远远超出了常规设计的板面尺寸,为了确保板面系统的安全性和生产制作的可操作性,GRC板安装体系的力学计算工作尤为重要和谨慎。力学设计人员依据相关国内外的设计规范对照工程风荷载、雪荷载及抗震烈度等级的要求进行了反复测算,对不同部位、不同板形都逐一进行验证,安全系数均达到1.5以上,相关力学设计指标都超过其他幕墙材料(图8)。

图8 力学计算示意图

2 GRC幕墙板的生产制造

2.1 材料

GRC具有轻质、高强、可塑性好的优点。该工程GRC板的原材料和生产制作过程执行国标与欧标中较高的标准。水泥采用了进口优质白水泥,白度在90%以上,强度等级达到了42.5级,骨料则是全部采用SiO2>96% 的优质石英砂,纤维采用了ZrO2含量大于16%的耐碱玻璃纤维。此外,为了能满足GRC板长期耐久性和力学性能的要求,还掺加了罗门哈斯、巴斯夫和西卡等公司生产的优质添加材料,各种原材料都符合美国预制混凝土协会(PCI)GFRC推荐性规范对原材料的性能参数要求。在材料配比上经过反复试验,灰砂比控制在 1:1,水灰比控制在0.38,纤维含量控制在5%,产品在符合表面颜色效果要求的基础上达到了欧标优质品的指标。背负钢架全部采用符合国标要求的优质方矩管,按焊接规范要求进行焊接组装后,再进行整体热浸镀锌,保证内外镀锌层的厚度达到70um以上,确保50年以上的防腐性能要求。

2.2 模具制造

对于大型双曲面幕墙板材均采用大地模制作工艺,最大程度地保证相衔接曲面板块拼接的准确度,将模具制作误差控制在可控范围内。同时,对于复杂造型的双曲面部位,采用CNC数码雕刻工艺保证造型的精确度(图9~11)。

图9 CNC数码雕刻设备图10 GRC喷射生产线图11 GRC模具制作

2.3 生产工艺

对于GRC产品而言,一般的生产工艺流程是先制作好模具,再进行配料搅拌,通过专用的喷射机械将混合好的水泥砂浆连同切断的耐碱玻璃纤维(长度一般为30mm)一起均匀地喷到模具表面,在层层均匀喷射过程中不断辊压密实,直至达到设计的厚度,最后经养护硬化后脱模。在南京青奥中心项目的产品制作过程中,由于建筑构造的特殊性,设计成功地将数字三维技术引入到生产控制过程中,解决了模具制作、产品尺寸控制、接缝控制等难题,将复杂面的三维定点误差控制在了3mm以内,背负钢架安装点误差也能较好地控制在连接角码的误差调节范围内。同时通过技术创新和装备改进成功解决了产品脱模、翻转以及转运、吊装等技术难题(图12)。

图12 产品表面精细化喷射与大型航吊对产品进行运转

2.4 质量控制

生产中,工厂按照 ISO9001质量管理体系并对照美国预制混凝土协会PCI-130的规范要求进行质量管理和控制。同时设立品管部,由十余名品质控制员对原材料、模具、过程、产品进行质量跟踪和控制,并建立标准的实验室,对每天每个班次的产品抽样进行性能测试。并建立了详细的质量档案,每块GRC板都有特定的数码识别身份,主要工序质量都具有追溯性。表1列举了该项目产品的主要物理力学性能参数值。

表1 GRC板物理力学性能指标

3 GRC 幕墙板的安装

3.1 支撑钢结构安装

支撑钢结构是指主体钢结构同GRC板背负钢架连接的部位。支撑钢结构体系也是由GRC板生产工厂根据主体钢结构图进行深化设计的。屋面板支撑钢结构包括桁架上的所有檩条及支架,由安装公司根据设计图纸先进行檩条及支架的加工,再安装至屋面主梁的桁架上。层间板支撑钢架则是直接设计成一定长度的箱体框架,再焊接到外檐主钢结构上。

3.2 产品安装

3.2.1 屋面的安装

对照设计图纸先进行屋面支撑檩条系统的安装,再按顺序从屋脊和檐口部位自上而下或自下而上吊装GRC屋面大板,按分仓纵列线先固定所有板块与檩条系统的主要安装连接件,最后借助测量器具进行定位调节和拼缝处理,背面安装导水槽(图13)。

图13 屋面板安装

3.2.2 层间板的安装

先完成支撑钢架和主钢结构的焊接,并保证安装点的位置准确。再吊装产品并连接安装角马,待一定区域全部完成后再进行局部的定位调节,保证产品接缝的均匀一致(图14)。

图14 层间板安装

3.2.3 误差调节和质量控制

从生成到建成的设计工作是对应三维犀牛模型进行的,理论上可以确保安装的精度,但施工过程具有不确定性,需要进行必要的误差调节以保证建筑外形和接缝的顺畅和一致(图15)。倍立达公司与中建三局对施工过程的控制和协调都很到位,从而使这个难度巨大、时间紧迫的项目顺利实施。

图15 安装接缝

4 GRC 幕墙板的表面防护

对于GRC板表面的防护,一直以来都是GRC材料专家最为关注的问题。防护不仅是要在产品表面形成较好的防水效果,同时要保持产品色彩及亚光颗粒质感,并且要具有很好的自洁性能与耐久性。经过慎重考察与多次实验,南京青奥中心项目中GRC板表面采用了国际先进的无机杂化硅丙乳液,此种防护剂是在其固化过程中,由挥发剂引发无机类化学物迁移至防护剂表面,在防护涂层表面形成一层无机材料,既能实现一定的亲水性,又能抵制光触媒、光腐蚀(图16)。

图16 防护剂测试对比

结语

轻型GRC幕墙板在南京青奥中心项目的应用,是GRC幕墙板首次大规模应用于现代公建场馆,标志着中国GRC行业观念创新、技术发展和工程应用达到了国际领先水平(图17)。随着现代建筑设计个性化和数字化发展趋势,以及国家级产品执行标准和施工规范的出台,相信GRC板这一功能型、智慧型、环保型的新型墙体材料,在未来的建筑领域中会发挥更加出色的作用。

图17 建设中的南京青奥中心

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