2020年高級(jí)經(jīng)濟(jì)師建筑與房地產(chǎn)經(jīng)濟(jì)專業(yè)論文：港珠澳大橋澳門(mén)口岸管理區(qū)幕墻技術(shù)研究

【關(guān)鍵詞】強(qiáng)臺(tái)風(fēng);開(kāi)縫鋁板幕墻;BIM技術(shù);屋頂飄帶遮陽(yáng)棚

1.概述

港珠澳大橋澳門(mén)口岸管理區(qū)項(xiàng)目是舉世矚目的粵港澳三地跨境銜接工程-港珠澳大橋項(xiàng)目的重要配套工程。項(xiàng)目位于珠海拱北南側(cè)的珠澳口案人工島上，四面環(huán)水，與澳門(mén)半島隔水相望，因?yàn)楣ぷ鞯脑?，筆者非常榮幸參與了本項(xiàng)目的幕墻技術(shù)工作。因?yàn)樗拿利愶L(fēng)采，因?yàn)樗莫?dú)一無(wú)二，雖時(shí)過(guò)一載，仍值得筆者用文字記錄它的點(diǎn)點(diǎn)滴滴。

澳門(mén)口岸管理區(qū)建筑面積超過(guò)60萬(wàn)m2，主要包括一棟6層樓高的旅檢大樓、出入境車(chē)庫(kù)，以及市政外圍配套設(shè)施，建筑幕墻最大高度：46.476m，幕墻類(lèi)型主要有玻璃幕墻、鋁板幕墻、鋁合金百葉、格柵玻璃等。本文重點(diǎn)闡述旅檢大樓工程中使用的鋁板幕墻、開(kāi)縫鋁板幕墻及屋頂鋁板遮陽(yáng)蓬等系統(tǒng)。

2.建筑立面鋁板幕墻的介紹

根據(jù)本工程建筑設(shè)計(jì)及構(gòu)造的要求，外飾面板有鏤空雕花鋁板、實(shí)心鋁板兩種，均采用開(kāi)縫式系統(tǒng)的做法。所謂“開(kāi)縫式鋁板幕墻系統(tǒng)”，是指在鋁板板塊的接縫處采用不打膠的工藝，通過(guò)開(kāi)縫讓鋁板背后的空氣層能夠順暢的流通，可以起到良好的絕熱及吸聲效果，且在空氣層流通的過(guò)程中可以將冷凝水揮發(fā)掉。由于接縫處采用不打膠的工藝，減少了鋁板的表面污染，使鋁板表面保持長(zhǎng)期清潔。常規(guī)采用打膠做法的鋁板幕墻，如果鋁板安裝或精度不足導(dǎo)致縫隙大小不一，可以采用打假膠縫的做法進(jìn)行彌補(bǔ)，而不打膠的開(kāi)縫鋁板幕墻只有通過(guò)提高安裝精度或設(shè)置更多的可調(diào)節(jié)構(gòu)件來(lái)彌補(bǔ)，本工程中，我們?cè)跇?gòu)造設(shè)計(jì)上考慮鋁板可三維調(diào)節(jié)性，確保鋁板安裝精度高。幕墻構(gòu)造節(jié)點(diǎn)做法如圖3所示。

本系統(tǒng)構(gòu)造特點(diǎn)如下：

2.1 因工程地處海島，工程環(huán)境復(fù)雜，大級(jí)別臺(tái)風(fēng)頻發(fā)，且海邊腐蝕性特別強(qiáng)，在設(shè)計(jì)中要重點(diǎn)考慮幕墻安全性、耐久性、美觀性，因此在幕墻系統(tǒng)選材上留有一定的富余量，確保幕墻系統(tǒng)能抵抗十七級(jí)臺(tái)風(fēng)，且幕墻構(gòu)件盡量選用鋁合金型材，確保構(gòu)件的耐久性。

2.2 因立面效果的要求，鋁板分格為2000mmx2000mm，鋁板規(guī)格較大，海島風(fēng)壓大，局部位置風(fēng)荷載達(dá)到5.5kPa，經(jīng)計(jì)算后實(shí)心鋁板采用4.0mm，具有中葡特色的鏤空雕花藝鋁板采用6.0mm鋁板，材質(zhì)均為30003-H24。鋁板采用四涂三烤的表面處理方式，具有很好的抗腐蝕性能，局部立面圖片如圖4所示。

2.3 鋁板面板與附框組合做成小單元板塊的形式，板塊的豎直方向通過(guò)掛接方式進(jìn)行固定，橫向通過(guò)鋁板附框之間的插接固定，采用這種方法使鋁板的四邊都有固定，且鋁板單元可以自由伸縮變形，提高了鋁板幕墻的抗風(fēng)壓能力的同時(shí)又避免了鋁板出現(xiàn)“鼓肚子”的情況的發(fā)生，如圖5所示。

2.4 在橫剖方向，板塊進(jìn)出位的調(diào)節(jié)通過(guò)M10不銹鋼螺栓與鋁合金“U”底座之間的移動(dòng)調(diào)節(jié);在縱剖方向，通過(guò)“L”型底座與不銹鋼螺栓端部鋁合金鋸齒墊塊之間咬合移動(dòng)調(diào)節(jié)。

2.5 為了使用鋁板的加強(qiáng)及安裝更有保證，鋁板與鋁肋及掛件之間均采用直徑6mm不銹鋼沉頭航空鉚釘進(jìn)行機(jī)械固定，并根據(jù)計(jì)算確定鉚釘?shù)拈g隔及大小。其加工工藝流程為：鋁板表面開(kāi)沉頭孔→航空鉚釘固定→表面打磨→表面噴涂，噴涂完成后，鋁板的外立面效果良好。

2.6 因鋁板系統(tǒng)為開(kāi)縫式，如鋁板通過(guò)螺釘直接固定在鋼龍骨上，螺釘處容易耐腐，為避免這種情況的發(fā)生，采用在鋼龍骨內(nèi)預(yù)埋鋼錨固套件的加工工藝，鋼錨固套件由圓鋼板與預(yù)攻螺紋鋼柱組成，其工藝流程為：鋼龍骨工藝孔加工→鋼錨固套件預(yù)埋焊接→鋼錨固套件臨時(shí)封口→鋼龍骨熱鍍鋅。待鋼龍骨安裝后，鋁合金底座用帶不銹鋼螺釘與螺紋鋼柱進(jìn)行固定，有效地避免了因螺釘直接固定在鋼龍骨上而出現(xiàn)腐蝕，鋼錨固套件預(yù)埋如圖6所示：

3.開(kāi)縫鋁板及其連接的結(jié)構(gòu)計(jì)算介紹

本工程的荷載計(jì)算遵循國(guó)標(biāo)荷載規(guī)范的同時(shí)，還要遵循澳門(mén)特別行政區(qū)第29/2001號(hào)行政法規(guī)《建筑鋼結(jié)構(gòu)規(guī)章(REAE)》、澳門(mén)特別行政區(qū)第29/2001號(hào)行政法規(guī)《建筑鋼結(jié)構(gòu)規(guī)章(REAE)》。旅檢樓建筑高度為32.0m，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：Wk=4.113kpa，結(jié)構(gòu)計(jì)算過(guò)程中，分別對(duì)鋁板幕墻的主次龍骨、鋁板面板、鋁板加強(qiáng)肋、鋁合金U型底座、鋁合金掛件、M10不銹鋼螺栓組、直徑6mm不銹鋼航空鉚釘?shù)染M(jìn)行驗(yàn)算。由于版幅所限，下面僅選取鏤空雕花鋁板的計(jì)算進(jìn)行介紹。

鏤空鋁板規(guī)格為2000x2000mm，面板厚度t=6mm，金屬面板型號(hào)3003-H24，f1=100Mpa。荷載根據(jù)澳門(mén)政府法令第56/96/M號(hào)：《屋宇結(jié)構(gòu)及橋梁結(jié)構(gòu)之安全及荷載規(guī)章》進(jìn)行荷載計(jì)算：陣風(fēng)風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)值：Vkh=46(Hz/10)0.12 +19 ，Vkh =71.856m.s-1 風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值：Wkh = Vkh2/1632 ，得出：Wkh=3.164kPa，而風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：Wk= Wkh(Cpe+Cpi)，建筑物外墻之外風(fēng)壓系數(shù)Cpe及內(nèi)風(fēng)壓系數(shù)Cpi可通過(guò)查表可得分別為：1.0，0.75。代入公式可得：Wk=5.537kPa。分析得出：利用澳門(mén)荷載規(guī)范計(jì)算出來(lái)的風(fēng)壓比根據(jù)國(guó)標(biāo)荷載規(guī)范約大30%。

根據(jù)規(guī)范《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》 JGJ 102-2003，計(jì)算出幕墻平面分布水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值：qEK =0.134KN.m-2，荷載組合有：Comby1=1.5 Wk+ 1.3×0.5×qEK ， 得出：comby1=8.392 kPa，Combwy=1.0 Wk，得出：Combwy=5.537 kPa，將相關(guān)數(shù)據(jù)導(dǎo)入ANSYE之workbench軟件中，進(jìn)行面板的分析。荷載設(shè)計(jì)值作用下面板的最大應(yīng)力如圖7。

面板最大應(yīng)力σa=53.2Mpa

荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下面板最大撓度如圖8。

撓度最大值：df=3.43mm

4. BIM技術(shù)的應(yīng)用

我司BIM團(tuán)隊(duì)依據(jù)施工圖按照旅檢大樓、通道樓等各系統(tǒng)類(lèi)型為依據(jù)建立工作集，快速搭建LOD200模型直觀展示幕墻的真實(shí)表現(xiàn)，將模型與主體鋼結(jié)構(gòu)、土建模型進(jìn)行合模后，進(jìn)行三維可視化、檢查碰撞、模型深化等工作，提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并及時(shí)解決問(wèn)題 。然后，用基礎(chǔ)模型結(jié)合最終幕墻施工圖的節(jié)點(diǎn)圖深化建模，將所有的幕墻嵌板都通過(guò)參數(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)幕墻表皮，達(dá)到自適應(yīng);對(duì)幕墻每一個(gè)桿件加入相應(yīng)參數(shù)，模型構(gòu)件的參數(shù)可以提取加工、定位所需的數(shù)據(jù)，依據(jù)需求制作加工圖、定位圖，此階段模型深度已達(dá)到LOD400，這些模型工作，為我司設(shè)計(jì)外觀擬合、下單、施工管理帶來(lái)了極大的方便。下面以旅檢樓屋頂飄帶遮陽(yáng)棚處為例進(jìn)行介紹。

4.1 BIM技術(shù)在屋頂飄帶遮陽(yáng)棚處的應(yīng)用

旅檢樓的屋頂飄帶遮陽(yáng)棚在外立面呈現(xiàn)為流動(dòng)變化的曲面，造型豐富、視覺(jué)沖擊效果比較強(qiáng)，由于構(gòu)造復(fù)雜，技術(shù)要求高，工序較多，施工難度增大。為了精準(zhǔn)定位下料、實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目精細(xì)化管理，保證工期、質(zhì)量，我司使用REVIT模型和Rhino模型提取幕墻鋼龍骨構(gòu)件、面板板塊的加工尺寸及數(shù)量、編號(hào)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度分批次運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)。

由于漸變的遮陽(yáng)棚的形態(tài)異樣構(gòu)造與鋼結(jié)構(gòu)有發(fā)生交叉關(guān)系，使幕墻鋁板的設(shè)計(jì)、制作加工難度加大，我們采用 Rhino軟件中的插件Grasshopper快速生成鋁板表皮，通過(guò)其參數(shù)化設(shè)計(jì)，能非常精準(zhǔn)地劃分鋁板表皮分格，同時(shí)可以提取鋁板板塊定位信息(空間三維坐標(biāo))。并分析曲面存不存在不共面的情況，如果存在不共面的地方，可以把單曲優(yōu)化成平板。同時(shí)可以取出鋁板與鋼架交接截面線，作為此處鋁板銑口依據(jù)，通過(guò)對(duì)該模型的分析得到的數(shù)據(jù)我們可以看出是否存在異型板塊，這樣為我們提供鋁板加工圖制作提供了大大的方便，并且通過(guò)提前擬合，可以確保建筑效果。

通過(guò)上述分析、擬合后，按模型導(dǎo)出來(lái)的數(shù)據(jù)生產(chǎn)鋁板面板，每塊鋁板都按照模型編號(hào)進(jìn)行編碼，并放置在通過(guò)BIM模型合理布局的區(qū)域。安裝時(shí)，先通過(guò)模型將面板所對(duì)應(yīng)的編號(hào)及位置，轉(zhuǎn)化為圖紙交到施工隊(duì)手中，工人借助現(xiàn)場(chǎng)吊車(chē)將面板運(yùn)送至安裝位置，再通過(guò)全站儀進(jìn)行面板定位，確定已調(diào)正位置后，按照一定的間距用螺釘固定在鋼龍骨上。當(dāng)每一塊安裝完成時(shí)，都進(jìn)行檢查、調(diào)整、校正、固定，使其符合質(zhì)量要求，保證整個(gè)遮陽(yáng)棚的外觀效果。

另外，在現(xiàn)場(chǎng)的施工管理中，我們利用BIM技術(shù)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了施工控制，利用模型虛擬施工中遇到的安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本、碰撞問(wèn)題，并提前采用事前預(yù)防、事中監(jiān)控、事后處理的全過(guò)程監(jiān)控措施，起到了良好的效果，節(jié)約了工程成本，保證工程質(zhì)量和進(jìn)度。最后，在項(xiàng)目的竣工移交后提交一版本項(xiàng)目LOD500階段竣工模型給總包單位，總包單位對(duì)單位的模型進(jìn)行合模以完成竣工最終模型，為今后幾十年的項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理提供數(shù)據(jù)支持。

港珠澳大橋是我國(guó)重點(diǎn)戰(zhàn)略性工程，它的重要性不言而喻，為確保項(xiàng)目的整個(gè)壽命周期內(nèi)的可靠性，我們每一個(gè)環(huán)節(jié)都精雕細(xì)刻，采用可靠的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工，使得工程的各項(xiàng)性能指標(biāo)都取得了良好的效果，在2018年9月16日17級(jí)臺(tái)風(fēng) “山竹”中經(jīng)受住了考驗(yàn)，得到了社會(huì)的認(rèn)可。隨著科學(xué)的發(fā)展，技術(shù)的進(jìn)步，幕墻技術(shù)也日新月異，我們應(yīng)充分學(xué)習(xí)并利用先進(jìn)的科技手段來(lái)分析、解決問(wèn)題，不斷地研究、不斷應(yīng)用，不斷地總結(jié)，不斷地提高幕墻應(yīng)用技術(shù)，為我國(guó)的幕墻技術(shù)的進(jìn)步添磚加瓦。

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