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本期嘉宾
包旻熙
Eckersley O'Callaghan 副总监
“了解材料属性;确保获取准确且详尽的设计规格要求;考虑到幕墙的替换策略和耐用性;专注于节点和界面设计;足够的质量控制与基准测试。”
本期项目1
新加坡滨海湾金沙苹果店
物尽其用:用玻璃作为结构
项目地点:新加坡滨海湾
建筑设计:Foster+Partner建筑事务所
建筑面积:建筑直径30米
新加坡滨海湾金沙苹果店是一个直径30米的球体坐落于水面的项目。建筑师和业主提出要求,希望项目效果是从水里缓缓升起的一个泡泡。
为了实现此效果,要求外表皮玻璃使用隐框设计,且不能有任何夹具。同时最大化玻璃的透明度,精简龙骨尺寸,把盖板及遮板结合。所以在设计的时候,我们遵循的原则就是“物尽其用”。
©Eckersley O'Callaghan
我们设想把玻璃作为结构单元引入到整个系统中,类似钢构件的隔板或者交叉支撑的方式,提供平面内侧向的支撑。这种系统最大的挑战,是如何精准控制玻璃板与背后支撑龙骨的相互作用。
从受力角度考虑,需要解决垂直方向横荷载的问题。我们希望把玻璃的横荷载直接传递到龙骨上。第一,因为玻璃本身在承受横荷载的时候,设计强度会降低。第二,龙骨竖向的立柱,本身就是最直接有效的传力路径。
▲ 垂直荷载传递示意
© Eckersley O'Callaghan
在水平方向,我们在工厂提前粘接了托架,玻璃运到项目工地时,与龙骨和横梁可以实现机械链接,在水平方向与龙骨起到协同作用。
▲ 水平荷载传递示意
© Eckersley O'Callaghan
▲ 项目施工现场
© Eckersley O'Callaghan
玻璃板最大的板幅是3x9m,用冷弯夹胶技术制作。在现场用平板玻璃通过夹胶,在高压氟里把形状固定。这种做法的优点:第一,节约生产成本;第二,不影响镀膜;第三,尺寸灵活。
我们使用的所有玻璃是圆锥形,通过不同的纬度变化圆锥形半径,最后呈现拟合成一个类似的球体。
▲ 玻璃运输过程
© Eckersley O'Callaghan
最后,我们实现了尺寸非常小的龙骨,十根长达22米的立柱组成了这个球体。横截面尺寸是80x120mm,玻璃通过托架直接机械固定在横料上,玻璃跟塑料之间用结构胶连接,玻璃和玻璃之间只用了耐候胶。
▲ 细节图
© Eckersley O'Callaghan
▲ 施工的过程中,把玻璃固定到下框孔上
© Eckersley O'Callaghan
▲在屋顶上,做了一排可以打开的天窗
© Eckersley O'Callaghan
▲ 项目最终效果
© Eckersley O'Callaghan
▲ 室内效果
© Eckersley O'Callaghan
本期项目2
香港的太古里二区
以少胜多:17米玻璃的无肋支撑
项目地点:香港港岛东区
建筑设计:奥雅纳
我们负责项目的所有幕墙,包括整个建筑的单元式幕墙,以及超大板幅的大堂玻璃幕墙。用四个字总结大堂玻璃幕墙的设计创新点就是“以少胜多”。
我们在一开始方案设计的时候,玻璃幕墙最高点尺寸大概是17米,而业主希望做成无肋的大玻璃。
▲大堂幕墙无肋支撑17m
© Eckersley O'Callaghan
考虑到香港的台风天气因素,大堂玻璃位置的风压大概是3.5kPa~4kPa,如果用常规做法,玻璃相当于上下两端支撑,玻璃厚度会非常离谱,基本上是生产不了的难度。同时,因为香港的法规要求,无法完全考虑100%的SGP夹胶,和玻璃之间的复合偶合作用,会导致玻璃配置非常的厚。无论从生产难度、成本角度还是视觉效果都是很不尽如人意。
我们通过创新设计,最终的配置变到了4x12m,而且不管高低所有的玻璃尺寸都是统一。
© Eckersley O'Callaghan
我们引入了预张拉的不锈钢拉杆,解决了这种超高尺寸玻璃之间的拼缝问题。把整个玻璃幕墙展开后,可以看到有一部分幕墙只有3米多高,不需要使用到拉杆。在比较高的地方则需要通过使用玻璃缝之间的拉杆来实现。
© Eckersley O'Callaghan
最有挑战性的是在转角的位置,从模型中看到,因为玻璃通过拉杆在竖边进行支撑的时候,拉杆本身的挠度很大,所以平板玻璃的挠度与转角弯曲玻璃的挠度之间的变形差非常大。
© Eckersley O'Callaghan
平板玻璃的挠度最大可以达到200mm,弯曲玻璃的每一片玻璃弯曲都是沿着法向方向弯曲。
© Eckersley O'Callaghan
我们通过初期一系列的分析,找到一种设计既可以把拉杆放到玻璃缝中,同时保证能够适应位移变化。最后是做一个伸缩缝在底下然后拉杆在两侧来实现。
© Eckersley O'Callaghan
由于幕墙的挠度非常大,门框位置需要与幕墙一起改动,所以我们在门框底下做了一个削接。
© Eckersley O'Callaghan
拉杆的每一个拉张力最大可以达到1,500kN,需要刚度非常大的上下钢梁作为支撑。我们需要把钢梁与主体结构做成固结,这样的话钢梁就会变得很长,它再热膨胀内应力就会很大。
所以,我们又研发了一个可以滑动的节点,来释放钢梁本身热应力。
© Eckersley O'Callaghan
© Eckersley O'Callaghan
▲ 在一些创新的节点中,做了非常详细的有线元计算,保证在局部玻璃应力不会出现问题
© Eckersley O'Callaghan
▲ 杆件底部做了局部模型,保证不锈钢拉杆受力能够满足要求
© Eckersley O'Callaghan
该系统是自主研发的完全创新系统,我们做了大量的测试,包括全套的PMU风雨实验、风压试验、平面内位移实验,保证系统的可行性。
▲ 现场施工
© Eckersley O'Callaghan
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