超大跨度不锈钢龙骨幕墙系统分析

1、工程概况

  腾讯数码大厦位于深圳市南山区前海深港现代服务业合作区内，总建筑面积约30万平方米，共有两栋分别为230米和155米的塔楼、五座附属商墅建筑物以及下沉广场和人行连桥组成的裙房，该项目幕墙面积约11万平方米。

图一：腾讯数码大厦效果图

  幕墙类型主要包括：单元式玻璃幕墙、框架式玻璃幕墙、大堂不锈钢装饰柱幕墙、连桥幕墙、屋面采光顶、屋面格栅、雨篷、石材幕墙等。

  幕墙系统共划分为13个，其中WT-1(单元式玻璃幕墙)、WT-2(单元式玻璃幕墙)、WT-3~6(连桥幕墙)、WT-8(大堂不锈钢龙骨幕墙)为本项目的重难点系统，其局部效果如下：

图二：WT-1系统局部效果图 图三：WT-2系统局部效果图

图四：WT-3~6连桥幕墙效果图

图五：WT-8大堂不锈钢龙骨幕墙效果图

  不锈钢立柱幕墙是位于大堂，表面采用喷砂处理，对大堂位置装饰效果影响非常直接，建筑师要求表面效果达到苹果体验店不锈钢喷砂的视觉效果，采用的不锈钢立柱加工难度大并对表面处理有非常高的要求，下文对该系统进行阐述。

  2、不锈钢立柱设计分析

  2.1、招标方案介绍

  立柱为组合截面立柱，内部为70mm厚实心碳钢钢板，可视面两侧为10mm厚不锈钢板，后侧为1mm厚不锈钢板，表面喷砂处理，其中70mm碳钢钢板为受力构件，10mm和1mm不锈钢为装饰构件，碳钢钢板与10mm不锈钢钢板通过M24x90mm不锈钢猪鼻螺栓进行连接，螺栓间距800mm,1mm不锈钢板通过结构胶进行粘接固定，立柱跨度大，种类多，共58种长度，最大跨度达到19.35m，水平分格为2250mm,系统无横梁设计，在立柱上焊接三角形转接件+PVC垫片做为玻璃托件。

图六：立柱长度统计表

图七：标准横剖节点

图八：三维示意图

  2.2、深化方案介绍

  通过焊接组合实现龙骨外观尺寸，不同跨度设计不同壁厚，前后端(10mm/20mm/40mm)，两侧壁厚为10mm。壁厚计算结果数据如下表：

  从上表分析可知，深化方案完全满足结构受力要求。

  2.3、招标方案与深化方案对比

  2.3.1、外观尺寸、可视效果

  深化方案外观尺寸与招标方案完全一致，去掉螺栓后外视效果更为简洁，且能更好的保证外视效果;

图九：不锈钢龙骨外观尺寸对照

  样品实物照片如下：

  深化方案外观效果更佳主要体现在以下五个方面：

  1)招标方案立柱由10mm厚不锈钢板和70mm厚碳钢钢板拼接，由于碳钢钢板加工精度及长度较长等原因，碳钢钢板加工平整度较难保证，导致不锈钢与碳钢钢板组合时表面不平整;深化方案立柱为10mm厚不锈钢板焊接成整体，表面平整度高。

  2)招标方案立柱外侧为不锈钢板，内侧为碳钢钢板，两者通过猪鼻螺栓连接固定，碳钢钢板出现生锈时，锈水可能会从螺栓孔位置流出，污染外侧不锈钢板表面，影响效果。

  3)招标方案立柱可视面由10mm厚不锈钢板(热轧型材)和1mm厚不锈钢板(冷轧型材)组成，由于热轧和冷轧基材不一致，表面喷砂效果有一定差异，影响视觉效果。

  4)招标方案立柱后侧装饰板为1mm厚不锈钢板，两侧密封胶填缝，实际工程立柱长度较长，平整度很难保证，同时1mm不锈钢板会由多块拼接，存在拼接缝;深化方案不锈钢立柱无密封胶及拼接缝，视觉效果更优。

  5)招标方案立柱由猪鼻螺栓(@800mm)连接固定，深化方案立柱无连接螺栓，无需加工螺栓孔，加工方便，表面整体性好，视觉效果更优。

  2.3.2运输、安装、经济性

  单根龙骨重量分析，取最长立柱计算，招标方案立柱重量为7087kg，吊装难度很高，且不方便加工、运输。深化方案立柱重量为2608kg，重量明显减小，对加工、运输、安装极为有利，同时具有更好的经济性。

  3、无横梁设计分析

  立柱为组合截面立柱，可视面为10mm厚不锈钢板，表面喷砂处理，内部为70mm厚实心碳钢钢板，立柱跨度大，种类多，共58种长度，最大跨度达到19.35m，水平分格为2250mm,系统无横梁设计，在立柱上焊接三角形转接件+PVC垫片做为玻璃托件。

图十：玻璃竖剖节点

  由于建筑师追求大堂的通透性，采用无横梁设计方案，效果简洁大方，玻璃通过底部斜向三角垫块承重，为非常规做法，需考虑玻璃局部应力及垫块位置对玻璃的影响，经过SAP2000有限元计算分析，该斜向三角形垫块比水平垫块有利，玻璃垫块设置在端部，对玻璃的应力和变形影响非常小， 分析结果如下：

  计算模型见图十一：

图十一：玻璃计算模型

  强度校核结果见图十二：

  在自重作用下，玻璃应力σmax=0.369 N/mm2，满足要求!

图十二：强度计算结果

  挠度校核结果见图十三：

  在自重作用下，玻璃挠度最大值dmax=0.021mm，满足要求!

图十三：挠度计算结果

  4、表面喷砂处理分析

  不锈钢表面处理方式多种多样，本项目建筑师选择喷砂处理，颗粒的大小、均匀、工艺方法都会影响表面喷砂的质感，在多次样品制作过程中，好的喷砂效果呈现需注意以下几点：

  1)材质的选择，建议选择钛钢(即316L)，由于钛的化学性更稳定，不容易生锈，比常规不锈钢的基材效果更佳，钛钢生产厂家可以选择浦项、太钢、张浦、宝钢。

  2)喷砂过程中表面容易被污染，全程需做好隔离防护，隔离材料可以选择橡胶制品。

  3)招标方案中1mm不锈钢板和10mm不锈钢板呈现出来的效果不一致，1mm不锈钢板为冷轧板，10mm不锈钢板为热轧板，相比热轧板，冷轧板具有尺寸精确，厚度均匀，表面质量优越，有利于下道工序的加工，所以冷轧板呈现更加的表面效果，热轧板处理可选择要求壁厚+2mm的原板进行刨、打磨平整掉2mm，再表面处理。

  4)喷砂完成后表面极易被污染，指纹、沾灰、刮碰都会留下比较明显的痕迹，所以表面完成后续封油处理，即防指纹处理，可有效保护表面。

  5、结语

  随着时代的发展，出现了大量的新结构、新材料、新形式、新工艺的现代建筑，尤其是新材料的应用，建筑师在建筑美学、建筑分格、体型等方面有更大的想象空间，同时也给幕墙行业带来比较大的促进和创新源动力。深圳腾讯数码大厦幕墙工程外形新颖，系统复杂多变，项目难点较多，本文选择大堂大跨度不锈钢龙骨幕墙系统进行分析介绍，多次试验并充分论证，从构造、工艺、施工等方面来提升项目品质，同时具有更佳的经济性能，给今后类似项目提供参考和工程借鉴。

　　参考文献

　　[1] 《玻璃幕墙工程技术规范》 (JGJ 102-2003)

　　[2] 《建筑幕墙》 (GB /T 21086-2007)

　　[3] 《不锈钢冷轧钢板和钢带》 (GB /T 3280-2007)

　　[4] 《不锈钢热轧钢板和钢带》 (GB /T 4237-2007)

　　[5] 《钢结构设计规范》 (GB50017-2003)

  作者：彭赞峰　邓军华来源：2019年会论文集

转自中国幕墙网