異形建筑施工幕墻工程分析

柳鈺

摘要：現階段隨著我們國家建筑行業的快速發展很多的高層建筑類都出現了異形墻面的設計，建筑風格也是越來越多樣化，出現了很多的個性類的建筑，墻面的形狀更是各式各樣，例如橢圓類型，拋物面類型等等。很多的新代表作品的建筑師結合了很多的不同類型的元素，例如金屬材料元素的結合來融入到相關的幕墻設計中，使得更加具有創意性，同時在其技術方面為了實現這一異形墻體的設計業融合了輕鋼結構技術來完成其搭建。在整個的建構過程其實包含有很多的程序，例如研發設計，加工，施工，維護以及改善等等，所以為了實現其整個過程的可行且安全，其模型針對這一塊的分析是相當關鍵。

關鍵詞：異形建筑;幕墻;結構模型

一、研究背景

目前出現了一種新類型的解決方案BIM方式，中文全稱是建筑信息模擬。英文全稱是building information modeling，所以簡稱為BIM。BIM作為復雜建筑的解決方案已成一種趨勢，計算機的建筑應用技術從二維技術變革到三維信息技術，局部變更到全局跟進都在計算機虛擬技術中直觀地體現，并將空間技術和時間結合起來，通過模型提前預知概念設計及施工建造中的誤區，保證建筑工程順利如期地竣工，在結構工程這一塊目前其工作人員都是針對其生命周期這一塊來研究進行綜合分析，其針對角度主要是為了確保其可靠和全面，目前這也是這一學科發展的趨勢。

工程概要

本工程位于湖北某市某區的大型商業綜合體裙樓中庭內（24軸/L～M軸），且裙樓主體及室內裝修已完工。鋼結構燈塔從底部（地下一層樓底面）至頂部（地上三層4.8m處）總高度約22.8米。三層樓地面與燈塔主體設置兩座鋼結構玻璃連廊相連，燈塔內設檢修平臺。鋼結構燈塔外立面附著裝飾鋁板幕墻，幕墻高度從地下一層至地上三層，高度約18米。塔頂設有玻璃圓形小屋，屋頂為鋁板屋面。鋼結構燈塔外立面安裝裝飾用不銹鋼滑梯，長度約35米。

二、 異形幕墻設計分析

（一）異形幕墻的結構設計原則

結構分析中荷載的傳遞：荷載的組合作用→令異形幕墻的板塊單元邊框（鋁桿件） →合輕鋼結構→令連接件（支座） →令主體結構。

本工程計算時對于簡單的結構這一塊我們有自己的相關計算方法，主要還是結合機構力學和材料力學方面的相關知識來進行綜合的研究分析。那么一旦遇到結構較為復雜的情況，一般采用的則是優先考慮經濟性，采取對其整體的一個受力分析來完成這一塊，使材料的用量相對的減少。

我們在進行設計的時候，為了考慮到其結構方面維護作用，優先要考慮到風荷載。該計算書在風荷載計算時，所計算的工程地面粗造度場地，基本風壓按國家規范。風荷載體形系數、風壓高度變化系數、陣風系數取值也按現行國家荷載規范要求，進行風荷載計算，并參照招標文件相關技術要求（風洞試驗報告），在進行相關計算的時候需要選取風荷載較大的來進行。而且由于溫度的影響，當其產生變化時，結構應采用可滑動設計，能滿足規范的溫度變化要求，而在結構上不產生應力作用。

場館類異形建筑優先采用萬向可調構造的幕墻墻體。在異形建筑的墻面構造過程中，一般是采取混凝土和主體鋼為主來進行搭建，將其固定在這兩者之間，這樣一來其具有客觀的可調能力。搭建好相關的模型后一般也會進行相關的實驗，在實驗中加入風荷載以及地震等等情況時，這個時候會有相關的一些力學響應，因此在其設計中需要樹立很多的條款原則：

首先，在整個工程的結構這一塊設計中需要注重抗風，這在整個工程中都是很重要的原則。風荷載一般是作用于墻面上的，且是直接垂直于幕墻上，那么所以在進行相關設計的時候，要求在其結構生命周期中最大風荷載作用下還能夠不影響它的正常運作，而且當受到陣風的時候依舊能夠保證完好不被破壞，這樣能夠合理減少事故的發生。目前有很多的高層建筑以及異形建筑的搭建，很多這些建筑隊風都是高度敏感的，那么這一類就需要進行相關的風洞實驗，其主要就是為了確定風荷載。對于這一類型的墻體風荷載的分析一般為了其結果最終相當的準確，都會采取區分歸納以及總結等等方法來進行全面的計算。

其次在設計中抗震的設計也是很重要的，那么針對這一塊其設計彈性限度值應該被擴大，應該比平面變形值的三倍來進行設計，在設計中需要注意三大水準。涉及到第一水準的時候就是要保證相關墻體的完整性，基本上沒有損壞不用進行相關的維修且還能夠投入使用中;第二水準那么就是對應的墻體會有輕微的裂痕但是在經過相關的修整后不影響繼續投入使用;第三水準則是對應的墻體損壞有點嚴重，玻璃碎裂，但幕墻整體受力框架體系不癱塌。本工程異形幕墻為“四肢伸展”的矮扁空間造型，水平抗震能力較好，豎向地震作用不能忽視，應考慮三個方向的抗震構造。

（二）異形幕墻模型的結構分析方法

1、結構抗風

按程度來分可劃分為A類型，所以在進行設計的時候其風洞實驗相關的計算值都是按最大的來選擇。

持續的風作用對異形幕墻的破壞作用主要表現在以下幾個方面：

1.1 可開啟門窗因為未關閉或鎖裝置破壞被強風刮落。

1.2 在異形幕墻的局部端部懸臂結構，根部抗彎能力不足導致破壞。

1.3 角部及立面凹槽區域會產生較大的風力，危及工程結構及人身安全。

1.4 強風使異形幕墻構件發生塑性變形，導致幕墻漏水或其它安全隱患。

2、結構抗震

當地震發生的時候對建筑的破壞是很大的，一般是分為兩大塊垂直層面以及水平層面的，現階段我們國建采用了相關的分析法來對這一塊的過程進行詳細的分析。這篇文章中涉及到的工程設計的地震的加速度值是零點一，相關城市的防震指數為七度，工程中采用幕墻規范的抗震算法——將地震作用的動力荷載轉化為靜力荷載簡化計算，然而現在針對異形墻體這一塊的技術發展的異常迅猛，所以這一塊相關的設計以及理念都還需要進一步的完善和改進，一旦涉及的更加復雜的時候，需要有限元法計算其承載力和變形。結構抗震分析按以下步驟進行：

2.1首先從已發生震害現象開始，主要有石材幕墻槽口開裂、全玻幕墻下支撐結構破壞、伸縮縫處幕墻風琴板裝置破壞等等。從現象分析幕墻框架和玻璃的破壞原因，分析伸縮縫預留位置尺寸限值;

2.2從幕墻抗震設計的一般規定檢查工程項目的符合度，如水平位移可調構造的最大調整范圍，玻璃是否剛性接觸等等。幕墻規范規定幕墻玻璃邊緣至邊框槽底的間隙應符合下式要求：

其中u lim一分格框變形限值，一玻璃豎邊長，一玻璃橫邊長，一玻璃與左右框的平均空隙，取值時應考慮1.5mm;一玻璃與上下框的平均空隙，取值時應考慮1.5 mm的施工偏差;的施工偏差。

三、 結語：

本文針對具體工程進行研究，具有一定的局限性，其異形幕墻幾何模型繁多，結構體系設計造成各不相同，對于異形幕墻結構共性規律還應進行更為廣泛的研究。目前急待解決異形幕墻的通用產品設計，去應對多角度、大調整位移量的異形幕墻施工難題，雙曲鋁板的模具生產制造的效率有待提高。

參考文獻：

[1]梁少寧.基于BIM的幕墻工程集成化應用[J] 華南理工大學.2015，（5）

[2]李留超.全面質量管理在建筑幕墻工程中的應用研究[J] 北京化工大學.2015，（11）