基于三层面板体系的生态单元式幕墙
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作者: 李 维 崔开富 张继昭
摘要:有南京水立方之称的鼓楼医院南扩工程单元幕墙系统设计采用了独一无二的三层面板体系的生态单元式幕墙。本文从构造设计、结构设计、生态设计等方面系统地阐述了该单元幕墙系统的设计理念、系统设计的重点、难点及绿色生态在幕墙中的体现。
关键词:鼓楼医院、三层面板体系、构造设计、结构设计、绿色生态幕墙
新建的南京鼓楼医院南扩工程建筑面积达22万余平方米,在国内医院中单体建筑面积最大,有4个街区围绕着这座医疗大厦,其中门诊部5层,急诊及医疗中心14层,医技部6层,总投资13亿以上。整个工程外立面设计新颖,造型独特,幕墙系统采用了独一无二的三层面板体系及绿色生态设计,错落有致如水晶般熠熠生辉。这座现代化“医疗城”是南京的“水晶方”,一座标志性医疗建筑。
一、幕墙系统构造设计
鼓楼医院南扩工程幕墙工程单元系统主要包括凹单元系统DMQ1A、带花台凸单元系统DMQ1B、凸单元系统DMQ1C三种。
1、框架与面板系统构造设计
1.1、凹单元系统DMQ1A由平面龙骨体系与玻璃面板及层间背衬铝板构成,板块标准宽度1300mm,高度有4800mm、4200mm、3500mm等,高度上共分为两个分格从而形成上横梁、中横梁、下横梁的格局。
1.2、带花台凸单元系统DMQ1B由空间龙骨体系及三层面板体系构成。空间龙骨体系是在凹单元系统DMQ1A平面龙骨的基础上,向平面外垂直延伸400mm形成的空间体系,在上横梁与中横梁处形成框架作为花台龙骨,在中横梁与底横梁处突出基层龙骨形成固定凸窗框架,在突出的框架两侧设置内平开窗。空间三层面板体系构成:第一层面板体系即凹玻璃单元;第二层面板体系位于凸窗框架外的凸窗玻璃单元,面板采用6玉砂(1#)VST70(2#)+1.14乳白PVB+0.38透明PVB+6C+12A+8C夹胶中空钢化玻璃;第三层面板为遮阳板,采用进口4mm穿孔复合铝板,采用一横一竖的布局方式。穿孔板背侧采用针对性设计的铝合金井字形框架作为支撑体系并采用不锈钢连接件固定于凸窗框架伸出的四根铝合金圆管之上。
1.3、凸单元系统DMQ1C与带花台凸单元系统DMQ1B类似,只是不带花台。
2、带凸台、花台和穿孔板的凸单元构造设计
带凸台、花台和穿孔板的凸单元系统的构造设计是技术研发创新的结晶。玻璃凸台、花台和穿孔板三个系统都是悬挑在基本单元之外的系统,总悬挑距离达700mm。
通过认真分析研究论证,我们设计了近百套铝型材模具,设计了全新的铝合金多点契合结构、铝合金拉紧支撑结构等连接构造,辅以全隐蔽的螺栓螺钉连接,创造性地解决了这一难题,确保了连接的可靠性、受力合理性、工艺先进性、内外饰美观性以及整个系统的高水密性和高节能性。
3、单元系统防水构造设计
单元式幕墙雨幕原理防水是幕墙系统的水密性、气密性、节能性的关键。
3.1、该单元式幕墙系统横竖缝最外层对碰胶条形成雨屏,为第一道密封(打有排水孔,是非完全密封;内部横竖方向对插硬胶条形成第二道密封,第一道与第二道密封之间形成的腔体为等压腔。每个单元板块的上横框第二道密封采用横向连续的硬质胶条密封,形成水坝;竖向则搭接密封在横向胶条外,每层高度为一个密封单元。十字封口处顶部缝隙则用耐候密封胶实现全密封,既起披水作用,又阻止空气向室内渗透,使雨水沿胶板排到竖框前部,通过外部雨幕胶条的泻水口排出室外,有效解决十字缝处漏气和漏水问题。
3.2、铝型材连接处理:铝型材角部连结及拼接处采用高防水端面胶及组角胶,确保所有型材连接处不会发生渗漏。
3.3、胶条连接处理:交圈胶条角部连接处采用整体成型及组角耐候胶保证在一定设计变形情况下不渗漏。
3.4、三道密封设计:第三道插接采用铝条和密封胶条结合的方式,即可同时起到插接和有效密封作用,并实现柔性连接。
3.5、该系统设计为横锁型单元式幕墙系统,上下单元之间竖向插芯起到传递弯矩及安全吊装作用,可有效防止平面变形作用下相邻板块发生侧移;
3.6、构件和面板可独立更换性设计:系统设计采用了铝压条固定玻璃的方式,一旦面材发生意外破损,更换起来十分便,比起普通单元式幕墙更具优势;
4、隐蔽式开启窗系统设计:该单元幕墙隐蔽式凸窗开启系统是本工程一大亮点。内平开窗位于凸窗幕墙的两侧面,遮阳穿孔板后部,对幕墙立面效果没有影响。其数量多,开关使用较频繁,其结构安全性、防水性、构造合理性、使用灵活性、耐久性、节能性的保障至关重要。凸窗两侧的内平开窗相对开启,具有自身对流通风功能。窗扇板采用隔热型保温面板,窗扇与窗框采用隐藏式合页进行连接。开启窗密封设计采用两道密封,内排水设计,保证幕墙开启窗的气密性、水密性。
二、幕墙系统结构设计
本工程幕墙单元板块典型宽度为1300mm,最大高4800mm。凸窗玻璃配置为6+1.52PVB+6+12A+8中空钢化夹胶玻璃,尺寸为1840X3340mm,单块玻璃面板重约300Kg。
1、玻璃面板结构设计
凸窗玻璃面板尺寸大、重量大,四周飞边最大尺寸达460mm,玻璃与单元框架交接处四边采用结构胶二次分离式结构固定以抵抗水平荷载作用,在框架顶部与玻璃交接处采用两个点式驳接件承受竖向自重荷载作用,并采用有限元软件ANSYS进行建模分析,很好的解决了超大型凸窗玻璃面板的结构设计问题。
2、单元外凸窗框架结构设计
凸窗玻璃面板及框架总重约350 Kg,且悬挑在基本单元外,凸窗连接设计至关重要不但关系到结构安全,而且凸窗框架变形过大也将影响开启窗的正常使用。我们采用有限元软件对框架进行了模拟计算,充分优化了设计截面,既满足了结构要求也满足使用功能和外观的要求。
三、幕墙系统绿色生态设计
1、本工程单元幕墙龙骨采用高性能隔热断桥铝合金型材,隔热材料采用聚酰胺玻璃纤维(PA66GF25),其截面高度达27mm具有优异的隔热性能。透明部位玻璃采用6low-e+12A+C6中空钢化玻璃,传热系数K<1.9W/m2.K,透光率LT>60;凸窗玻璃采用6玉砂(1#)VST70(2#)+1.14乳白PVB+0.38透明PVB+6C+12A+8C夹胶中空钢化玻璃传热系数K<1.9W/m2.K,层间非透明部位玻璃采用6C+12A+6C透明中空钢化玻璃+2mm铝单板+50保温岩棉,传热系数K<1.0W/m2.K。第三层穿孔板及第二层凸窗玻璃飞边充分起到遮阳的作用,整个幕墙所用材料均为环保材料。
2、本工程单元幕墙采用了一体化内凹式花台设计,在凸窗的上部设计了一个内倒四棱锥台外长方体形状的内凹式花台系统,同时还设计了T型管道内排水系统。每个花台容积约0.15立方米,可容纳2个花盆用以种植绿色植物,花台面板采用3mm厚氟碳喷涂铝合金板,内凹式花台还可有效收集雨水和进行内排水。
如果花台本身万一发生渗漏怎么办?完全不用担心,花台底下幕墙内部还另外设计了可排渗漏水的二次防水和二次内排水系统,使幕墙具有卓越的防水排水性能。
3、鼓楼医院单元板块独特的三层面板体系:通透舒适的第一层面板(透明部分),整齐划一的第二层面板(凸窗玉砂玻璃),错落有致的第三层面板(穿孔遮阳板)。整个体系及绿色生态花台的设计充分展现了新时代绿色生态建筑的设计理念,展现了以人为本、创造优美环境的设计理念。
四、结语
鼓楼医院三层面板体系的生态单元幕墙工程是具有里程碑意义的一项工程,她创造了幕墙行业的独特性和多项第一,填补了多项空白:
第一个基于三层面板体系的单元幕墙;
第一个真正意义上的带有雨水收集系统和二次内排水系统的绿色生态单元幕墙;
第一个具有品字形水晶般独一无二造型的单元幕墙;
第一个集凸窗系统、生态花台系统、雨水收集内排系统、外遮阳系统和自身对流通风开启系统于一身的多功能高集成化单元幕墙。
生态、节能、高性能、高舒适、多功能、高集成化,以及独一无二的个性化表观设计,这是鼓楼医院南扩工程幕墙系统的特点,是现代幕墙系统的巅峰之作,也是现代高端幕墙技术发展的趋势所在。相信越来越多的幕墙设计师将沿着这一趋势,创造出越来越多的高端幕墙精品。
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