超高層玻璃幕墻培訓二

超高層建筑玻璃幕墻設計要素和施工技術主講人席時葭教授2014年一、超高層建筑玻璃幕墻的發(fā)展前景

1、全世界的超高層建筑將在中國集中

集中度80%85%90%2、全世界的超高層建筑100%采用玻璃幕墻3、全世界的超高層玻璃幕墻100%是單元體幕墻

二、世界級超高層建筑（中國）玻璃幕墻特點介紹

1、單元式玻璃幕墻及組合玻璃幕墻

2、一體板單元式

直角、T型、L型、H型、任意性、無規(guī)律型

3、分體板單元式

矩形、梯形、三角形等等；

明框、隱框、半隱框等等；

單曲弧形、雙曲弧形（四點不共面）上海環(huán)球金融中心101層上海環(huán)球金融中心101層廣州珠江新城西塔103層廣州珠江新城西塔103層廣州珠江新城西塔103層深圳京基金融中心98層深圳京基金融中心98層深圳京基金融中心98層上海中心123層上海中心123層上海中心123層上海中心123層天津高銀117層天津高銀117層深圳平安115深圳平安115層深圳平安115深圳平安115深圳平安115太平金融大廈太平金融大廈廣州珠江城71層廣州珠江城71層南京紫峰大廈70層南京紫峰大廈70層迪拜塔迪拜塔迪拜塔迪拜塔三、超高層建筑的玻璃幕墻設計要素

（一）玻璃幕墻是超高層建筑外圍護結構之首選

（二）風荷載風洞試驗風壓分區(qū)風環(huán)境風阻尼風舒適度

1、建筑荷載分類：風荷載自重荷載地震作用溫度作用屬性：可變荷載永久荷載偶發(fā)荷載可變荷載組合：作為建筑外圍護結構的建筑幕墻，研究的是荷載組合，即風荷載、自重荷載、地震作用、溫度作用的組合；加權配置的組合；各項的系數(shù)是不一樣的。結論：風荷載永久占最大的份額，大約80%。2、風荷載的確定根據(jù)國家標準《建筑結構荷載規(guī)范》GB50009來計算。又分成“主要受力結構”和“圍護結構”的計算公式。我們研究的幕墻屬于圍護結構，所以用公式：

用國家標準GB50009《建筑結構荷載規(guī)范》來計算超高層建筑幕墻風荷載的標準值可能出現(xiàn)明顯的偏差。1）用8.1.1-2計算公式來計算風壓Wk時，高度越高風壓越大，這不完全正確。兩項相乘，必定得出高度越高風壓越大的結論。但這和風洞試驗報告所顯示的數(shù)值顯然不符。2）表8.2.1顯示：A類地區(qū)（300米以上）、B類地區(qū)（350米以上）、C類地區(qū)（450米以上）、D類地區(qū)（550米以上）

換而言之，300米以上的超高層建筑的高度變化系數(shù)不“變化”了！沒有了高度方向的敏感度，這是任何一棟超高層建筑的風洞試驗報告都不支持的、不契合這一數(shù)字的描述。實際測試顯示高度變化系數(shù)是變化的，是非線性變化的。3）用表格8.3.1來取體型系數(shù)的數(shù)值，無法解析超高層建筑（同一高度）正負風壓絕對值的數(shù)量關系和位置關系。表格8.3.1顯示垂直立面體型系數(shù)的正值永遠大于負值；但所有超高層建筑風洞試驗報告顯示同一高度負風壓永遠大于正風壓，完全相悖。4）無法描述每一棟超高層項目獨特風環(huán)境的真實情況。3、2012版《建筑結構荷載規(guī)范》的增加和修正：(1)調整高度變化系數(shù)8.2節(jié)從450米到550米強調超高層建筑的高度

(3)干擾效應系數(shù)8.3.2條強調超高層建筑超高層建筑群風環(huán)境(4)風洞試驗8.3.6條強調設備、方法、數(shù)據(jù)處理《建筑工程風洞試驗方法標準》(2)局部體型系數(shù)8.3.3條圍護結構強調局部體型系數(shù)

(5)順風向風振系數(shù)

8.4節(jié)強調超高層順風向風振和風振系數(shù)

(6)橫風向和扭轉風振

8.5節(jié)強調超高層橫風向和扭轉風振(7)組合工況

8.5節(jié)強調超高層順風向風載、橫風向及扭轉風振等效風載的組合工況(8)陣風系數(shù)

8.6節(jié)強調超高層建筑的陣風系數(shù)和地面粗糙度的逆向發(fā)展趨勢關系(9)溫度作用由于超高層建筑的大量涌現(xiàn)增加的第九章結論：2012版《建筑結構荷載規(guī)范》的增加、修正都和超高層建筑及超高層建筑群有關。1）國家標準GB50009—2012《建筑結構荷載規(guī)范》8.1.2.“對于高層建筑、高聳結構以及對風荷載比較敏感的其它結構，基本風壓的取值應適當提高，并應符合有關結構設計規(guī)范的規(guī)定。”

4、風洞試驗的必須2）國家行業(yè)標準SGJ102—2003《玻璃幕墻工程技術規(guī)范》5.3.3.“玻璃幕墻的風荷載標準值可按風洞試驗結果確定；玻璃幕墻高度大于200m或體型、風荷載環(huán)境復雜時，宜進行風洞試驗確定風荷載。”

3）國家行業(yè)標準《建筑工程風洞試驗方法標準》正在編制中，將確定試驗設備、試驗方法和數(shù)據(jù)處理。5、風洞試驗報告研讀原則1）風壓重現(xiàn)期主體結構100年一遇；圍護結構50年一遇；幕墻圍護結構相互關系10%2）風環(huán)境以建筑高度的1～1.5倍為半徑。

R=500米、R=750米、R=1000米等。3）最高風壓區(qū)的判斷超高層建筑高度的2/3處、角部4）高度關注負風壓的變化趨勢極值、負風壓和正風壓的關系5）幕墻風壓分區(qū)原則安全原則節(jié)省原則粗線條原則3～5個區(qū)（400～

500米）或100米一個風壓分區(qū)加工安裝便利原則（三）單元式幕墻是超高層玻璃幕墻系統(tǒng)的

唯一選擇

單元體的歷史

單元體優(yōu)勢

1）大幅度提升施工速度

2）有效吸收層間位移、層間壓縮及溫變

3）可全程在室內安裝便捷、安全

4）最復雜的幾何形狀，可在工廠內用先進

的設備來解決

單元體弱點

1）成本較高

2）水密性系統(tǒng)較為脆弱

3）單元體損壞后修復極為困難（四）單元式幕墻的力學模型簡支梁多跨連續(xù)梁(1)一點固定(2)前后轉動(3)上下插入(4)微量移動(5)每一塊板都能動（五）單元式幕墻水密理論-----等壓腔----

十字頭封堵的設計工程一：工程一：工程一：工程二：工程二：工程三：工程三：工程一：工程一：工程一：工程二：工程二：工程二：工程二：工程三：工程三：工程三：工程三：（六）單元式玻璃幕墻吊掛系統(tǒng)之設計

(含定位、調整及防滑脫系統(tǒng))

工程一：工程一：工程一：工程一：工程二：工程二：工程二：工程二：工程三：工程三：工程三：工程三：工程三：（七）單元式玻璃幕墻設計之

公母插接槽

工程一：工程一：工程一：工程一：工程二：工程二：工程二：工程二：工程三：工程三：工程三：工程三：工程三：（八）單元式玻璃幕墻設計中的

玻璃配置

1）平直鋼化夾膠中空

Low-E膜

陽光控制膜雙涂層膜

自爆問題熱工問題光污染問題光畸變問題2）四點不共面

熱彎（不可能完全相同曲率半徑）

冷彎（扭擰量及扭擰應力的分析）天津津塔經三維放樣分析得出結論，在B區(qū)67層、68層、69層位置扭擰量最大玻璃單元板塊最大扭擰量為25.3mm最大扭擰部位玻璃應力分析扭擰應力分析采用實物單元幕墻樣板試驗與單元幕墻樣板有限元分析相結合的方法來分析，并通過測試與有限元分析，得出結論：扭擰引起的玻璃板塊中最大應力值較低，遠小于鋼化玻璃的強度設計值，不利影響較為有限；并且扭擰與風及水平地震荷載引起的應力最大區(qū)域分布不同（扭擰狀態(tài)下，玻璃應力較大區(qū)域位于玻璃板塊的角部；在風及水平地震荷載作用下，應力較大區(qū)域位于玻璃板塊中心區(qū)域），從而使得扭擰對最不利受力狀態(tài)的玻璃最大應力值的影響極為有限（由29.58MPa增大到29.71MPa），將考慮扭擰作用后的玻璃最大應力值與玻璃強度設計值相比，能滿足規(guī)范要求，并具有較大的安全度?？紤]扭擰影響后，在最不利的風及水平地震荷載作用下，玻璃周邊支承鋁框、幕墻與主體結構的連接件的強度和變形均能滿足規(guī)范要求。因此，為滿足建筑外形需要，采用扭擰方法，使單元幕墻板塊安裝形成曲面是安全可行的。最大扭擰部位玻璃應力分析扭擰狀態(tài)與非扭擰狀態(tài)下應力比較：單元幕墻在扭擰狀態(tài)下，負風壓及水平地震荷載作用時玻璃的應力最高，此時，外層玻璃表面最大應力達到29.71MPa；單元幕墻在未扭擰狀態(tài)下，負風壓及水平地震作用時玻璃最大應力為29.58MPa。扭擰狀態(tài)下僅比未扭擰時增加0.13MPa，為扭擰時最大應力的0.44％，影響極小。扭擰狀態(tài)下與玻璃水平自然放置自重變形產生的應力比較：最大扭擰部位玻璃應力分析經過有限元分析計算，與扭擰板塊尺寸相同的水平放置的玻璃板塊在重力荷載作用下，單層玻璃表面應力最大值為3.809MPa，中空玻璃的表面應力最大值為3.914MPa

；單元幕墻板塊在扭擰狀態(tài)下，單層玻璃表面應力最大值為7.591MPa，雙層中空玻璃表面應力最大值為5.029MPa，稍大于重力作用下的水平玻璃板塊應力，兩者量級相同，均遠小于鋼化玻璃的強度設計值84MPa，對后續(xù)的承載性能影響不大。廣州珠江城深圳京基金融中心98層上海中心123層上海中心123層上海中心123層上海中心123層（九）單元式玻璃幕墻

防火、防雷之設計

1）防火設計（單元式和構件式根本區(qū)別）

●層間防火封堵必須和單元板塊安裝同步進行

●因為單元式使用于超高層

超高層巨大的煙囪效應

封堵的質量要求高

典型案例

⑴2）防雷設計（單元式和構件根本區(qū)別）

●每一塊單元板塊相互是絕緣的；

●每一塊單元板塊均要避雷跨接線；

●固定跨接線的螺釘必須帶膠帽，必須在工廠

內完成

●超高層隱框單元式玻璃幕墻接雷電面的問題（十）單元式板塊設計一定要和LED、航空警示燈、室內扶手、擦窗機相結合●關鍵點，所有的單元板塊打孔均必

須在工廠內完成

●關鍵點，所有的螺釘孔都要密封，

都要帶膠帽（十一）單元式玻璃幕墻

維修和板塊更換之設計

●關鍵點完整的等壓腔構作

●關鍵點不能在單元式中夾帶構件式（十二）超高層單元式隱框玻璃幕墻

安全夾之設計

●關鍵點化學粘結應由機械鏈接來雙保險

●關鍵點安全夾必須是通長的

點荷載線荷載面荷載工程二：（十三）超高層雙層單元式玻璃幕墻之

初步介紹

關鍵點“煙囪效應”的雙刃劍一般外循環(huán)單元式雙層幕墻構造一般內循環(huán)單元式雙層幕墻構造（十四）超高層單元式玻璃幕墻之

自然通風的問題

●簡單的自然通風不被采用

安全風險超高層一般不開啟

●自然通風涉及“氣舒適度”

●室內開通風氣南京紫峰大廈70層南京紫峰大廈70層南京子峰大廈70層太平金融大廈太平金融大廈四、超高層建筑玻璃幕墻之施工技術

1.測量定位微調技術1）測量技術是單元