A、超长,超大纤细构件 文化类建筑经常需要创建超大空间,从而超大、超长构件很普遍。由于受到工厂化制作及运输极限,采用装配式连接工艺才能制作超大、超长构件,并能解决方便运输和施工难题。
图2.2-01中反映“东方艺术中心”实施时研究的现场高强度螺栓抗弯连接技术,连接位置要设于构件在荷载作用下产生的弯矩较小的位置(如图2.2-01),这样可以避免构件对连接处的过高工艺要求。这种工艺对设计超长构件,具有较高指导意义。
由于该工程施工时解决了近30m构件运输半径问题,未采用该工艺。但是各项试验证明这种设计是创新和有效的。图2.2-02 中反映了天津图书馆超长 16.825 M构件,采用类似“装配式”连接工艺的另一个成功案例。通过采用该装配工艺实现了超长构件完全工厂化制造,提高直线度,并有效减少场实施焊接工作量。
B、通透构件:玻璃作为结构构件 玻璃改变了世界,从望远镜,显微镜到化学实验,大到天文观测、小到探索微观世界、微生物,再到洁净试验等均提供了可能,同时平板玻璃-浮法玻璃-超节能玻璃/不碎结构玻璃的发展方向预示玻璃作为结构构件和超节能通透构件比例一定会上升。图2.2-03~06 展示了其中,一些玻璃作为结构的项目。\
图2.2-07、07A 展示了“浦东图书馆”反吊空中花园吊挂结构玻璃和苏州博览中心装饰翼: 玻璃作为通透结构构件,遵循以下设计原则:玻璃作为碎性材料,需要严格控制孔边应力:
多片玻璃按一片强度承载力计算(试验证明多片效应非常弱,图2.2-09)。图2.2-08 展示玻璃孔中填充高强度、高模数结构胶,但实验表明只有10%~30%的补强,意味着即使采用2~3片单片合成的夹胶玻璃,边缘抗压强度基本上只有单片起作用。建筑师经常担心技术上无法实现超长玻璃构件或完成后出现质量问题。例如,天津美术馆14M玻璃肋施工过程中所遇问题。
2.3复杂外皮
复杂外皮、弧面3D空间交接外皮,对设计、制作和安装提出了高标准要求。图2.3-01、2.3-02是复杂体型典型代表,其共同特点是外皮采用曲面等复面,交接处多、构件尺寸多而异型,针对这样的项目,采用建筑信息化模型设计工具(BIM技术平台)能有效地化解设计问题,既通过建模、现场测量与合模、四维虚拟模拟施工工艺等方法,在施工前解决所有技术问题,为一次性施工,减少返工创造条件。
复杂外皮设计应遵循以下原则:
A、应进行整体设计。世博主题馆为例,采用建模,从交接处开始设计,确保了不留实测,进行精确对接,克服了极短工期挑战。如图2.3-03。
B、尽量采用单元,半单元等“模块化”、“装配化”体系,减少采用框架体系。现在数字化、软件技术的进步,使过去复杂,难设计外皮变得容易,可以在模型中精确定义,随时取出下料等尺寸数据,方便于制造。甚至设计图纸不必打印,无纸化加工。
所以采用单元半单元系统,并工厂化制造是品质保证的前提,随着劳务成本的快速上升,必将成为趋势,而且可以逐渐降低成本。
2.4新材料应用于外皮
一般认为接下来高科技突破将集中于纳米、生物、信息和材料技术。文化类建筑外皮所用材料丰富,品种也多,新技术将改变外皮面貌,其中新材料应用更是直截了当,能为丰富外皮创造条件。例如,纳米自洁表面的处理技术、仿生材料、超节能玻璃材料(当前双中空LOW—E玻璃提供保温效果可以与传统砖墙的保温效果相当)、不碎的结构玻璃、高性能防水混合物、高强度金属(例如高强度铝合金,钢材)等新型复合材料。产生能量的玻璃瓦等也将为绿色建筑外皮提供更多选择。
东方艺术中心所用玻璃(夹穿孔金属玻璃):
但由于新材料往往具有未被认知的特性,必须详细审查其针对性技术标准和要求,否则会带来系列问题,这些可能发生的问题,概括起来如下:
A、复合材料粘结剂寿命短或无法满足内部应力(力学,温度等应力)要求,出质量问题。
B、材料使用环境不对造成质量问题。例如,适合室内使用的石材直接用于外部环境中,吸收率超标而出现问题。
C、密封材料与基材不相溶,还是普遍现象。
D、构造方式与材料特性不匹配,存在安全隐患。
E、维护工艺不过关,品质难以持久。例如:GRC板,混凝土挂板等。
F、产品使用环境,条件不当,无法发挥其应有作用。例如,建筑立面上直接使用光伏板,其太阳能转换效率低,无投资价值。
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