超高層玻璃幕墻培訓(xùn)二

超高層建筑玻璃幕墻設(shè)計要素和施工技術(shù)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(shè)計要素

（一）玻璃幕墻是超高層建筑外圍護結(jié)構(gòu)之首選

（二）風(fēng)荷載風(fēng)洞試驗風(fēng)壓分區(qū)風(fēng)環(huán)境風(fēng)阻尼風(fēng)舒適度

1、建筑荷載分類：風(fēng)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(jié)構(gòu)的建筑幕墻，研究的是荷載組合，即風(fēng)荷載、自重荷載、地震作用、溫度作用的組合；加權(quán)配置的組合；各項的系數(shù)是不一樣的。結(jié)論：風(fēng)荷載永久占最大的份額，大約80%。2、風(fēng)荷載的確定根據(jù)國家標準《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009來計算。又分成“主要受力結(jié)構(gòu)”和“圍護結(jié)構(gòu)”的計算公式。我們研究的幕墻屬于圍護結(jié)構(gòu)，所以用公式：

用國家標準GB50009《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》來計算超高層建筑幕墻風(fēng)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(fēng)壓Wk時，高度越高風(fēng)壓越大，這不完全正確。兩項相乘，必定得出高度越高風(fēng)壓越大的結(jié)論。但這和風(fēng)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(fēng)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(fēng)壓絕對值的數(shù)量關(guān)系和位置關(guān)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(fēng)洞試驗報告顯示同一高度負風(fēng)壓永遠大于正風(fēng)壓，完全相悖。4）無法描述每一棟超高層項目獨特風(fēng)環(huán)境的真實情況。3、2012版《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》的增加和修正：(1)調(diào)整高度變化系數(shù)8.2節(jié)從450米到550米強調(diào)超高層建筑的高度

(3)干擾效應(yīng)系數(shù)8.3.2條強調(diào)超高層建筑超高層建筑群風(fēng)環(huán)境(4)風(fēng)洞試驗8.3.6條強調(diào)設(shè)備、方法、數(shù)據(jù)處理《建筑工程風(fēng)洞試驗方法標準》(2)局部體型系數(shù)8.3.3條圍護結(jié)構(gòu)強調(diào)局部體型系數(shù)

(5)順風(fēng)向風(fēng)振系數(shù)

8.4節(jié)強調(diào)超高層順風(fēng)向風(fēng)振和風(fēng)振系數(shù)

(6)橫風(fēng)向和扭轉(zhuǎn)風(fēng)振

8.5節(jié)強調(diào)超高層橫風(fēng)向和扭轉(zhuǎn)風(fēng)振(7)組合工況

8.5節(jié)強調(diào)超高層順風(fēng)向風(fēng)載、橫風(fēng)向及扭轉(zhuǎn)風(fēng)振等效風(fēng)載的組合工況(8)陣風(fēng)系數(shù)

8.6節(jié)強調(diào)超高層建筑的陣風(fēng)系數(shù)和地面粗糙度的逆向發(fā)展趨勢關(guān)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(jié)論：2012版《建筑結(jié)構(gòu)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(guān)。1）國家標準GB50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》8.1.2.“對于高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)以及對風(fēng)荷載比較敏感的其它結(jié)構(gòu)，基本風(fēng)壓的取值應(yīng)適當提高，并應(yīng)符合有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定?！?/p>

4、風(fēng)洞試驗的必須2）國家行業(yè)標準SGJ102—2003《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》5.3.3.“玻璃幕墻的風(fēng)荷載標準值可按風(fēng)洞試驗結(jié)果確定；玻璃幕墻高度大于200m或體型、風(fēng)荷載環(huán)境復(fù)雜時，宜進行風(fēng)洞試驗確定風(fēng)荷載?！?/p>

3）國家行業(yè)標準《建筑工程風(fēng)洞試驗方法標準》正在編制中，將確定試驗設(shè)備、試驗方法和數(shù)據(jù)處理。5、風(fēng)洞試驗報告研讀原則1）風(fēng)壓重現(xiàn)期主體結(jié)構(gòu)100年一遇；圍護結(jié)構(gòu)50年一遇；幕墻圍護結(jié)構(gòu)相互關(guān)系10%2）風(fēng)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(fēng)壓區(qū)的判斷超高層建筑高度的2/3處、角部4）高度關(guān)注負風(fēng)壓的變化趨勢極值、負風(fēng)壓和正風(fēng)壓的關(guān)系5）幕墻風(fēng)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(fēng)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(nèi)安裝便捷、安全

4）最復(fù)雜的幾何形狀，可在工廠內(nèi)用先進

的設(shè)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(fù)極為困難（四）單元式幕墻的力學(xué)模型簡支梁多跨連續(xù)梁(1)一點固定(2)前后轉(zhuǎn)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(shè)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(shè)計

(含定位、調(diào)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(shè)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(shè)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(yīng)力的分析）天津津塔經(jīng)三維放樣分析得出結(jié)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(yīng)力分析扭擰應(yīng)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(jié)合的方法來分析，并通過測試與有限元分析，得出結(jié)論：扭擰引起的玻璃板塊中最大應(yīng)力值較低，遠小于鋼化玻璃的強度設(shè)計值，不利影響較為有限；并且扭擰與風(fēng)及水平地震荷載引起的應(yīng)力最大區(qū)域分布不同（扭擰狀態(tài)下，玻璃應(yīng)力較大區(qū)域位于玻璃板塊的角部；在風(fēng)及水平地震荷載作用下，應(yīng)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(yīng)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(yīng)力值與玻璃強度設(shè)計值相比，能滿足規(guī)范要求，并具有較大的安全度。考慮扭擰影響后，在最不利的風(fēng)及水平地震荷載作用下，玻璃周邊支承鋁框、幕墻與主體結(jié)構(gòu)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(yīng)力分析扭擰狀態(tài)與非扭擰狀態(tài)下應(yīng)力比較：單元幕墻在扭擰狀態(tài)下，負風(fēng)壓及水平地震荷載作用時玻璃的應(yīng)力最高，此時，外層玻璃表面最大應(yīng)力達到29.71MPa；單元幕墻在未扭擰狀態(tài)下，負風(fēng)壓及水平地震作用時玻璃最大應(yīng)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(yīng)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(chǎn)生的應(yīng)力比較：最大扭擰部位玻璃應(yīng)力分析經(jīng)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(yīng)力最大值為3.809MPa，中空玻璃的表面應(yīng)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(yīng)力最大值為7.591MPa，雙層中空玻璃表面應(yīng)力最大值為5.029MPa，稍大于重力作用下的水平玻璃板塊應(yīng)力，兩者量級相同，均遠小于鋼化玻璃的強度設(shè)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(shè)計

1）防火設(shè)計（單元式和構(gòu)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(yīng)

封堵的質(zhì)量要求高

典型案例

⑴2）防雷設(shè)計（單元式和構(gòu)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(nèi)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(shè)計一定要和LED、航空警示燈、室內(nèi)扶手、擦窗機相結(jié)合●關(guān)鍵點，所有的單元板塊打孔均必

須在工廠內(nèi)完成

●關(guān)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(shè)計

●關(guān)鍵點完整的等壓腔構(gòu)作

●關(guān)鍵點不能在單元式中夾帶構(gòu)件式（十二）超高層單元式隱框玻璃幕墻

安全夾之設(shè)計

●關(guān)鍵點化學(xué)粘結(jié)應(yīng)由機械鏈接來雙保險

●關(guān)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(guān)鍵點“煙囪效應(yīng)”的雙刃劍一般外循環(huán)單元式雙層幕墻構(gòu)造一般內(nèi)循環(huán)單元式雙層幕墻構(gòu)造（十四）超高層單元式玻璃幕墻之

自然通風(fēng)的問題

●簡單的自然通風(fēng)不被采用

安全風(fēng)險超高層一般不開啟

●自然通風(fēng)涉及“氣舒適度”

●室內(nèi)開通風(fēng)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(shù)

1.測量定位微調(diào)技術(shù)1）測量技術(shù)是單元