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西北旺万象汇项目幕墙重难点剖析

来源:2025论文集  作者:王生 汤荣发 邹帮弼  日期:2025-4-8
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  西北旺万象汇项目以“百望观山,云潮万象”为设计理念,让建筑融入生态,让生态融入城市,形成内敛轻盈、流畅简约的整体设计风格。项目幕墙系统多样,本文重点针对自由角度装饰格栅幕墙、Skywalk空中玻璃走廊、屋顶异形采光顶等重难点进行分析总结,旨在为类似项目提供参考和借鉴。

  本篇文章内容由[中国幕墙网ALwindoor.com]编辑部整理发布:

  西北旺万象汇项目以“百望观山,云潮万象”为设计理念,让建筑融入生态,让生态融入城市,形成内敛轻盈、流畅简约的整体设计风格。项目幕墙系统多样,本文重点针对自由角度装饰格栅幕墙、Skywalk空中玻璃走廊、屋顶异形采光顶等重难点进行分析总结,旨在为类似项目提供参考和借鉴。

  关键词:自由角度格栅,装配式空中走廊,异形采光顶,参数化设计

  1、工程概况

  西北旺万象汇项目幕墙工程项目,位于海淀区西北旺镇A3地块,基地与地铁西北旺站东侧相邻,用地东西长约280m,南北长约240m。总建筑面积为50845㎡,建筑高度41.7m,幕墙面积31000㎡。本项目幕墙包括地上7#商业楼和地下下沉广场部分幕墙,幕墙系统主要包括立面装饰格栅、玻璃地板走廊、玻璃栏板、屋顶采光顶幕墙、UHPC板、彩釉玻璃幕墙、首二层大跨度玻璃幕墙、主入口玻璃幕墙等。该项目作为海淀科学城北区近年来重点布局的大型商业项目,以“自然生活创想地”为定位,致力于打造“自然、社交、户外”的特色标签,成为区域型生活、商业空间,集购物、时尚休闲、娱乐社交于一体的商业新地标。(图1.1~图1.2)

  2、幕墙系统重难点介绍

  2.1、建筑设计分析

  建筑整体外观设计与周围环境相融合,建筑幕墙外立面前后错动,通过巧妙的结构和色彩对比形成凹凸有致的律动感。彩釉玻璃采用了大面板设计,部分玻璃高度达到了6000mm,不仅具有通透性,还使建筑具有色彩和科幻现代感,增加了视觉上的美观性和装饰性;建筑二层以上立面采用装饰格栅系统和彩釉玻璃幕墙系统交错布置,铝合金格栅设计具有多个自由角度、挺拔向上、整齐一致的效果,是幕墙设计及施工重难点部位。(图2.1-1~图2.1-2)

  建筑室内打造了如同云端漫步的Skywalk空中玻璃走廊,走廊位于项目的顶层,横跨整个商业综合体,连接了不同的购物区域和休闲空间。走廊构造上采用全玻璃设计,不仅提供了极佳的视野,同时也增强了项目的现代感和科技感。走廊与向阳生长的蓝色飞鸟、充满异域情调的悬浮菠萝以及通透晶莹的采光顶天窗相互融合,为消费者提供了一个独特的休闲空间。玻璃走廊采用高强度玻璃和钢结构构造,确保了其坚固性和安全性。面板均为异形的超大玻璃,尺寸达2000x4500mm,且每块尺寸都不一样,同时支撑玻璃地板的变截面钢梁悬挑最大尺寸达到4.5米,是设计及施工的重难点部位。(图2.1-4~图2.1-5)

  本项目屋顶有三个玻璃采光顶,1个为钢结构单层网壳玻璃采光顶,2个平面结构玻璃采光顶。单层网壳玻璃采光顶采用三角形面板拟合曲面(词条“曲面”由行业大百科提供)造型,平面玻璃采光顶主要采用矩形平板面板,采光顶的设计使得室内的环境通透、明亮,形成一种蓝天、白云的装饰效果,与周围曲面造型铝板、UHPC板和格栅线条系统及自然环境相互融合、相互衬托,突显整个建筑的自然气息,同时又不失现代科幻的建筑效果。其中单层网壳玻璃采光顶为空间双曲面网壳结构构件节点数量多,形式复杂,采光顶最大跨度约为33.4米,是设计及施工的重难点部位。(图2.1-6~图2.1-8)

  2.2、幕墙系统重难点分析

  2.2.1自由角度装饰格栅系统

  2.2.1.1自由角度装饰格栅设计

  自由角度装饰格栅,分布于建筑的东、南、西、北立面(图2.2.1.1-1),由二层到屋顶檐口位置,层高5m。格栅竖向模数为1250mm,水平模数为300mm。格栅共计1.7万多件,格栅朝向角度极不规则,角度范围0o~±90o,每隔一定度数为一个变化角度。如西立面,二层S-J轴位置,格栅竖向一列起始角度为-65~-90度,以其中起始-70度的一排格栅(格栅编号为:W_S2_H302_-70,编号最后面的数字为角度值)为例,从-70度开始每间隔6个相同角度后增加5度到-65度,然后排布6个-65度后,增加5度到-60度排布,同理逐步增加一直到0度(图2.2.1.1-2~4)。格栅同排跟同列竖直方向的角度均不一致,如何精准保证格栅的朝向角度是设计及施工过程中的关键。

  格栅系统整体构造:格栅截面为50~100x250mm,格栅采用铝合金转接件与横向钢龙骨进行连接,格栅背部设置1.5mm镀锌钢板,抹胶密封,作为防水立面,从镀锌(词条“镀锌”由行业大百科提供)钢板缝中挑出T型铝合金底座,用于连接格栅,通过铝合金插芯调节格栅的角度。(图2.2.1.1-5~7)

  格栅片及插芯构造:格栅片截面设置两螺钉孔眼及两连接卡槽,铝合金插芯-2内腔设置四个卡位点,外侧设置两螺钉孔眼及两插翅,顶、底封堵铝单板中部设置大圆孔,两侧设置螺钉孔。铝合金插芯-2的插翅与格栅的卡槽进行卡接,后与封堵铝单板(词条“单板”由行业大百科提供)进行连接,通过封堵铝单板的四个螺钉孔旋入沉头螺钉(图2.2.1.1-8)。

  格栅连接构造:铝合金底座型材为T型,一端与龙骨立柱连接,一端与夹板型材连接。上下片铝合金夹板型材与底座型材夹在一起。铝合金旋转格栅与铝合金插芯-2连接;封堵铝板开有圆孔,顶底封堵铝板与格栅顶底连接进行封闭,形成完整的格栅片。铝合金夹板型材与铝合金插芯-1连接后,完整的格栅片与铝合金插芯-1进行插接,形成悬挑格栅系统。铝合金底座可实现上下、左右、前后方位调节,插芯-1可实现各种角度的旋转调节。(图2.2.1.1-9)

  2.2.1.2自由角度装饰格栅安装

  自由角度格栅系统的难点在于旋转格栅的角度定位,需要定位到每一根格栅,格栅角度均通过插芯型材开孔定位,安装前掌握格栅编号与排版,格栅为单根安装,由下至上,安装背板之前需预先安装好铝合金底座,格栅上下采用插芯型材插接,具体如下:

  (1)放网格控制线(垂直、水平)作为钢龙骨安装依据,钢龙骨精确定位(水平、进出、左右);放网格控制线(垂直、水平)作为铝合金底座安装依据,铝合金底座精确定位(水平、进出、左右)(图2.2.1.2-1~3)。

  (2)铝合金夹板型材与铝合金插芯-1调整好设计角度后,旋入沉头机丝进行固定

  (3)带有铝合金插芯-2的格栅底部插入铝合金插芯-1上,插芯-1两侧卡座与插芯-2的四个卡位点进行卡接,限制格栅水平方向的转动。

  (4)将带有铝合金插芯-1的上部铝合金夹板型材插入格栅顶部的铝合金插芯-2,快速完成安装。格栅现场安装顺序为从左到右,从下到上安装。(图2.2.1.2-4~8)

  2.2.2 Skywalk空中玻璃走廊系统

  2.2.2.1 空中玻璃走廊系统设计

  Skywalk空中玻璃走廊位于室内七层周圈观光连廊部位,主要由栏板玻璃与地板玻璃组成,地板玻璃底部设有从主体钢结构外挑的变截面钢梁,钢梁外包防火板+不锈钢饰面,上面满铺防火地板玻璃:玻璃采用10(TP)(酸蚀高硼硅玻璃)+1.52SGP+10(TP)(高硼硅玻璃)+1.52SGP+10(TP)(高硼硅玻璃)+1.52SGP+10(TP)(高硼硅玻璃)+1.52SGP+10(TP)(高硼硅玻璃)mm全钢化超白夹胶玻璃;外侧设置不锈钢立柱+半钢化玻璃护栏,栏杆玻璃采用8(HS)+1.52SGP+8(HS)mm半钢化超白夹胶玻璃。整个连廊玻璃为异形超大玻璃造型,面板尺寸达2000x4500mm,且每块面板尺寸都不一样,同时支撑玻璃的变截面钢梁悬最大悬挑尺寸达到4.5米,设计及施工难度极大。(图2.2.2.1-1~2)

  变截面低碳钢悬挑梁构造:变截面低碳钢悬挑梁与低碳钢端件焊接成整体,2块20mm厚低碳加劲钢板和2块15mm厚低碳加劲钢板分别焊接在悬挑梁两侧,提高悬挑梁的稳定性,以上组成悬挑梁的整体,称为变截面悬挑结构,悬挑结构通过螺栓固定在主体结构支撑上。(图2.2.2.1-3~4)

  玻璃地板构造:8mm不锈钢板作为副框安装在玻璃地板上,整体俯视为凹凸造型,副框地板玻璃拼装时,两片玻璃的凹凸块相互契合,各自形成连接块。凸块上设有一个长条孔,在凸块表面设置2mm厚钢垫片,钢垫片上设有一个大圆孔和两个小圆孔,2个M5的螺栓通过钢垫片与凸块连接,长条孔的设置,使得地板可在平面内进行安装定位调节,调节完毕后,通过大圆孔往凸块的长条孔内灌环氧树脂胶,进行固定,大圆孔为灌浆孔,两个小圆孔为排气孔,保证环氧树脂胶充满长条孔。灌浆设计使得结构牢固,安装简便,全过程无焊接作业。(图2.2.2.1-5~7)

  在10mm连续低碳钢板下部,设置凸型低碳钢垫块,钢垫块凸出部位与10mm连续低碳钢板连接,两侧下沉部位与变截面钢梁连接,间隔250mm布置。凸型低碳钢垫块设计,不仅起到承托作用,还能抵抗一部分楼板弹性变形,使结构更加可靠,人们行走在走廊上具有更高的舒适度。(图2.2.2.1-6~7)

  一体式栏杆构造:2块10mm厚不锈钢板组成夹具,一端夹在栏杆立柱上(焊接固定),5块6mm厚不锈钢板组成整体钢架。1块365×121×6mm不锈钢板、2件钢架、1块365×121×10mm不锈钢板(栏板托块)组成玻璃槽,形成一体式栏杆连接架。悬挑梁前端开有凹口,组合件中230×150×20mm低碳钢板插到凹口内,焊接固定,形成连接座。(图2.2.2.1-8~10)

  针对悬挑空中玻璃走廊系统结构,合理考虑结构特征、受载与边界条件以及连接方式,对连廊结构的变形应力、舒适度等进行控制,对地震下结构、钢梁稳定性、人行舒适度等进行分析,同时对悬挑梁节点构建力学有限元分析模型,保证结构的安全及符合设计使用要求。(图2.2.2.1-11~18)

  2.2.2.2 空中玻璃走廊系统安装

  该系统位于7F空中连廊位置,采用钢结构玻璃幕墙设计,玻璃厚度较大,单块玻璃重量较大,搭设组合移动架进行钢龙骨的安装,玻璃面板利用龙架进行吊装,并在骨架上铺设脚手板(底部挂设防坠兜网)进行玻璃面板安装。(图2.2.2.2-1)

  (1)变截面低碳钢悬挑梁安装

  悬挑结构装配前,在变截面钢梁后部的底端,连接倒T形的钢件,钢件长度为150mm,焊接在50mm厚钢板上,50mm厚钢板与倒T型交接位置,设置T型开口,T型开口上部,从主体结构支撑面板伸出2-15mm厚纵向布置钢板,两个钢板各自穿上M16调节螺栓,通过旋转调节螺栓,可调节悬挑结构的左右位置;T型开口的下部,从主体结构支撑面板伸出25mm厚横向布置钢板,钢板各自穿上M16调节螺栓,通过旋转调节螺栓,可调节悬挑结构的上下位置,达到快速调节定位的目的。待调整到满足安装要求的位置,将悬挑结构与主体支撑结构通过螺栓进行连接固定,完成悬挑结构的安装。(图2.2.2.2-2~5)

  (2)一体式栏杆安装

  1)首先将一体式连接架与连接座对接,通过2个M20螺栓进行连接;

  2)玻璃槽放置成品三元乙丙U型槽胶垫,将玻璃面板放置在胶垫U槽上;

  3)安装6mm厚不锈钢夹板,通过4颗M10沉头螺钉固定;

  4)玻璃上部装配U型胶垫,将上部扶手钢板连接,完成栏杆的安装。(图2.2.2.2-6~9)

  2.2.3屋面采光顶幕墙

  2.2.3.1 屋面采光顶设计

  屋顶位置设置3个采光顶:1个单层网壳钢结构玻璃采光顶,2个平面异形钢结构玻璃采光顶。采光顶为玻璃及铝单板组合,面板采用10+12Ar+8+1.52PVB+8mm中空三银Low-E彩釉夹胶玻璃,龙骨采用焊接直角钢龙骨,表面采用防腐(词条“防腐”由行业大百科提供)底漆+防火涂料,钢龙骨外侧设置铝合金底座转接调节,排水(词条“排水”由行业大百科提供)方式为全隐无组织外排。(图2.2.3.1-1~2)

  单层网壳采光顶为空间双曲面造型,采用双面铝单板与玻璃间隔布置的形式,钢结构杆件为150x70x250x10mm厚热轧梯形钢龙骨;12mm厚钢板焊接中心件,中心件采用铸钢件,四周采用150x70x250x10mm厚热轧梯形钢龙骨,钢件与钢件及龙骨之间采用坡口等强连接。支座钢件与铝合金底座连接,可调节铝合金底座的高低,定位后通过螺钉拧紧固定;支撑辅助型材通过铝合金压块固定在底座上,支撑辅助型材与铝合金边框连接一端设置有球头构造,铝合金边框设置有凹槽构造,球头嵌入凹槽里面,可调节采光顶面板的角度。(2.2.3.1-3~5)

  平面异形采光顶面层采用三银Low-E玻璃,主、次龙骨杆件均采用150x250x10mm厚热轧矩形钢龙骨,周圈环梁采用200x250x10mm厚矩形钢管。(图2.2.3.1-6)

  2.2.3.2 屋面采光顶安装

  (1)建立采光顶钢结构的参数化模型,生成钢构(词条“钢构”由行业大百科提供)件加工图。本项目单层网壳采光顶钢结构节点采用“铸钢件”形式,铸钢件数量共141个,通过铸钢件与杆件进行拼接,有效提高拼装效率,保证安装精度及质量。(图2.2.3.2-1~3)

  (2)采光顶钢立柱定位安装。(图2.2.3.2-3)

  (3)采光顶钢结构钢节点定位安装。(图2.2.3.2-4~5)

  (4)采光顶钢结构连接杆件安装。(图2.2.3.2-6)

  (5)采光顶面层安装。(图2.2.3.2-7)

  2.2.4下沉广场UHPC板幕墙系统

  UHPC板幕墙系统,位于下沉广场负一层、负二层位置,UHPC表面为波浪纹,采用干挂形式,接缝位置退缝打胶,龙骨采用钢结构支撑。UHPC幕墙板采用模块化设计,工厂预制,现场安装,有效提高施工效率。此外,UHPC幕墙板具有出色的装饰效果,可以呈现出天然石材材料的质感,同时可塑性强,通过表面加工成波浪纹的效果,增加了建筑的曲线质感,使建筑外观更加美观大气。(图2.2.4-1~6)

  2.2.5不锈钢驳接件彩釉玻璃幕墙系统

  不锈钢驳接件彩釉玻璃幕墙系统位于二层到檐口位置东、西立面,面板由15mm钢化彩釉玻璃构成,采用竖向大板块,玻璃分格高度达6000mm,玻璃中部采用不锈钢夹具六点支撑形式,顶底入槽固定,主龙骨(词条“主龙骨”由行业大百科提供)立柱采用钢方管,表面氟碳涂装(词条“涂装”由行业大百科提供)。六层局部位置为中空玻璃区域,采用12Low-E+12Ar+12mm超白钢化中空彩釉玻璃,立柱龙骨为钢铝结合,面板为条纹彩釉图案,通过彩釉图案,给建筑增添色彩和现代感。(图2.2.5-1~3)

  2.2.6主入口大跨度玻璃幕墙系统

  主入口大跨度玻璃幕墙系统,为竖明横隐玻璃幕墙系统,竖向装饰线条宽度80mm,外包1.2mm不锈钢板,玻璃面板为12+12A+12mm超白钢化中空玻璃,首二层钢龙骨通高连续,跨度高达10米左右,直角钢氟碳喷涂(词条“氟碳喷涂”由行业大百科提供)表面。中部隐框分格,顶底入槽或者明框,钢立柱为竖向受压杆件,外侧采用铝合金压板及扣盖固定玻璃。(图2.2.6-1~3)

  3、BIM技术应用

  本项目幕墙系统多,大面采用框架式幕墙+格栅系统,面板分格多样及格栅角度排布复杂;屋顶主要为双曲面造型的采光顶,面板造型及尺寸多样,设计、施工难度大;空中玻璃走廊为异形玻璃,每一块都不一样。为此,全过程运用BIM技术显得尤为重要,通过建立参数化模型,进行平板拟合曲面、输出面板加工图、指导施工等工作,使得项目顺利实施。

  3.1参数化建模

  利用犀牛+grasshopper 参数化平台,以幕墙原始表皮为基础,将构件参数的输入数值与模型的设计数值 ( 长度、角度、空间位置关系等 ) 进行关联。并确定各种幕墙构件之间逻辑关系,利用尺寸驱动快速生成1:1幕墙构件BIM三维模型。(如图3.1~3.3)

  设置平板拟合曲面、面板排版等参数化模块,快速准确表达双曲面幕墙构造,为幕墙提料阶段打下基础。(如图3.4~3.5)

  3.2 生成幕墙构件加工图及数据信息导出

  以参数化模型中幕墙构件的构件信息作为数据源,经过逻辑的处理及分析,自动生成零件(幕墙面板,龙骨等)的二维加工图,加工图的生成快速且准确。

  自动生成提供的材料清单表格,并将所需面板或零件编号、材质、尺寸,图号等加工数据信息自动输入,比传统的CAD加工图的绘制方式,大大的缩短了设计和加工的时间,同时提高了下料设计的准确度。(如图3.6~3.8)

  4、结束语

  西北旺万象汇项目已顺利竣工,成为了海淀科学城北区集购物、时尚休闲、娱乐社交于一体的商业新地标,为周边人们提供高品质的消费体验。项目实施过程中研发了自由角度格栅系统、装配式玻璃走廊系统、BIM参数化设计等技术,获得两项技术专利:一种格栅片、一种悬挑走廊结构及装配式玻璃走廊系统。本文通过对自由角度装饰格栅幕墙、Skywalk空中玻璃走廊、屋顶采光顶幕墙的设计与施工重难点进行分析,为今后类似项目的实施提供了重要的参考价值。

作者单位:金刚幕墙集团有限公司

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