大跨度异形扭曲幕墙结构层次分析任杰强，刘让平，黄立沙 （梅溪湖投资（长沙）有限公司，长沙410205） 【摘 要】结合长沙梅溪湖国际文化艺术中心大剧院实例，针对大跨度异形扭曲幕墙的特点和难点，对其主要结构层次进行分析，供今后类似工程参考。 【关键词】大跨度；异形扭曲；幕墙；结构层次 【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2017.04.109 1 工程概况长沙梅溪湖国际文化艺术中心位于长沙市岳麓区梅溪湖畔，总占地面积10万m2，总建筑面积12万m2，投资近30亿元，建成后将成为湖南省规模最大、功能最全的文化艺术殿堂。文化艺术中心包括1800座的大剧院、500座的多功能小剧场和10000m2的艺术馆3大主体建筑。总体方案由世界著名建筑事务所ZAHA HADID进行设计，极具流线感的双曲面造型，给深化设计和施工带来极大的挑战。 大剧院高度52.12m，整体跨度约200m，属于大跨度空间结构。大剧院幕墙由面层由玻璃、铝板和新型材料GRC（Glass Fiber Reinforced Concrete，玻璃纤维增强水泥）板部分组成。整体模型如图1所示。  图1 大剧院幕墙模型 2 工程难点2.1 构造层次多，难度大 本幕墙工程分为保温系统、防排水系统、虹吸系统、泛光照明系统、二次钢结构系统、铝板幕墙、玻璃幕墙、GRC幕墙、防雷系统9大系统组成。所有9大系统需在主体钢结构与幕墙外表皮之间的1m空间内完成，并需解决防排水问题、表皮效果精度、三维体系碰撞等问题，难度极大。 2.2 防排水设计施工难 由于本项目屋面防水系统面积较大，覆盖GRC系统、金属屋面系统、玻璃幕墙、排水天沟等，跨越多个幕墙系统，其中GRC系统和金属屋面采用开放式设计，给不同系统接缝处和防水系统穿越处的防水工作带来了极大的困难。 2.3 GRC制作安装难 整个大剧院幕墙需安装3000多块无一相同的GRC板。面板多为双曲面造型，是当今建筑工程中施工最复杂、技术难度最大、科技含量最领先的幕墙工程。本项目GRC幕墙所占比例较大，且板块偏大并重量偏重、板块数量较多、板块规格多，导致GRC面板吊装比较困难，安装过程中很难用人工操作的方式进行垂直运输及安装，在安装过程中必须有吊装机械全程配合。 3 主要结构层次分析大剧院屋面幕墙（以GRC区域为例）主要层次为主体钢结构（含辅助钢结构）、防水保温层（含防水檩条及两层防水）、GRC檩托檩条（二次钢结构）、GRC面板（含背负钢架），三维构造如图2所示。  图2 屋面GRC系统三维构造图 3.1 保温防水系统 大剧院幕墙保温系统位于主体钢结构与防水层之间，层次依次为76mm高压型钢板、防水隔汽膜、80mm厚保温岩棉。本工程采用保温岩棉导热系数不大于0.04，满足设计节能要求[1]。 基于大剧院复杂弯扭曲线，防水必须随形，而普通的自粘卷材、TPO等都无法达到不渗漏的要求。而本工程的另一难度在于GRC板块的钢结构檩托需要从主体钢结构上生根，部分无法生根的还需增加辅助钢结构，这就造成防水层将有成百上千个穿越点。而穿越点的防渗是异形幕墙屋面防水世界难题，据此本工程屋面防水系统设计为2层，第一层为液体橡胶，采用阻燃型喷涂速凝橡胶沥青防水涂料（与镀锌钢板黏结强度≥0.8MPa，断裂伸长率≥1000%，耐热度140℃无流淌），第二层为直立锁边板。其层次依次为防水主次檩条、0.8mm厚矮立边、高精级铝合金支座、2mm厚柔性防水层、0.9mm厚铝镁锰直立锁边板。本工程立面采用一层防水设计，层次依次为防水主次檩条、0.7mm厚镀锌铁皮、2mm厚柔性防水。保温防水系统施工如图3所示。 3.2 天沟及虹吸系统 屋面天沟采用2mm厚的316不锈钢水槽，其层次结构为50mm×50mm×3mm镀锌方管支撑钢结构、50mm保温岩棉、不锈钢水槽、柔性防水层。天沟必须与幕墙随形，就必须分小段扭曲后焊接，这就给施工带来很大难度。每段天沟板之间采用高频氩弧焊焊接，为避免天沟板由于温度的变化产生的拉伸变形，在天沟纵向间隔每不大于50m处设置一道伸缩缝将天沟完全断开。天沟落水斗处设有虹吸盘及不锈钢虹吸管，通过虹吸系统将雨水排入室外综合排水管网。  图3 保温防水系统施工 3.3 GRC系统 GRC系统层次依次为二次转换钢结构、背负钢架、18mm厚玻璃纤维水泥板。因考虑整体变形，GRC二次钢结构与檩托的连接全部采用螺栓连接。GRC板安装就位后，通过支座垂直和水平方向的长形孔来进行GRC板三维的精确调整。 大剧院GRC幕墙约35000m2，由3000多块无一相同板组成。本工程采用的GRC板抗折强度≥18MPa，抗冲击强度≥8kJ/m2，基本规格约5m×2.2m；平均板块重量935kg。GRC面板由内外两层组成，外表面为装饰层，厚度3mm，采用白水泥、砂等组成。内层为结构受力层，厚度约为15mm，采用普硅水泥、石英砂、长玻璃纤维等组成。其板面成型喷砂处理后涂刷防水及防污涂料[2]。 本工程通过数字化建造BIM技术的介入，采用RHINO+ GH自动形成GRC背附钢架，采用CNC雕刻机编程深化，完成模具主要控制线所需的支撑板块的切割加工。并通过研发基于微信平台的GRC构件管理系统，使每块GRC板都带有二维码“身份证”，包含位置、尺寸等相关信息，保证其一次吊装成功，也解决异形GRC板安装数据查询的难题。 4 结语综上所述，本文通过长沙梅溪湖国际文化艺术中心大剧院实例，介绍了大跨度异形扭曲幕墙结构层次，解决了其防排水、塑型等的一系列问难题，获得了良好的效益，也为其他类似工程提供一些参考。 【参考文献】 【1】JC/T 1057—2007玻璃纤维增强水泥外墙板[S]. 【2】王德勤，王琦，刘建林.临沂大剧院螺旋状异型金属屋面设计[J].中国建筑防水，2015（3）:1-5. Long Span Abnormity Twist Wall Hierarchical Structure Analysis REN Jie-qiang，LIU Rang-ping；HUANG Li-sha 【Abstract】Combined with the example of grand theatre of Meixihu international cultural&arts center gallery in Changsha,this paper is aiming at the features and difficulties of long span abnormity twist wall,and analyzes main hierarchical structure,in order to offer reference for similar projects in the future. 【Keywords】long span;abnormity twist;wall;hierarchical structure 【中图分类号】TU201 【文献标志码】A 【文章编号】1007-9467（2017）04-0019-02 【收稿日期】2016-12-22 【作者简介】任杰强（1983～），男，湖南长沙人，工程师，从事建筑工程施工技术研究。 |
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