王欣:GRC在現(xiàn)代建筑中的運用

　　前言：

      以天津港國際郵輪母港的案例介紹GRC在現(xiàn)代建筑中的運用

　　天津港國際郵輪母港的案例

 

　　在美麗的渤海之濱

　　　　讓建筑成為飄動的絲綢！

　　　　在這里我們將打造

　　　　中國第一個海上客運絲綢之路！

　　　　--天津港國際郵輪母港  [Page]

　　設計和圖紙概念：

　　1. 建筑形體用"數(shù)字建構"把創(chuàng)意構思使用數(shù)字技術在電腦中生成建筑形體（采用先進的犀牛軟件建構）。

　　2. 借助于數(shù)控數(shù)據(jù)或設備進行建筑構件的生產(chǎn)及建筑的建造。

　　3. 前者的關鍵是“生成”，后者的關鍵是“建造”，兩者均離不開數(shù)字技術。

　　工程概述 ：

　　1. 天津國際郵輪碼頭工程（客運大廈）占地面積13000mm²，建筑面積 60000mm²，局部地下一層，地上局部五層。

　　2. 工程地點：天津市東疆港區(qū)南端

　　3. 建筑師：中建國際設計顧問有限公司（CCDI)

　　4. 主體結(jié)構形式：鋼結(jié)構體系

　　5. 建筑高度：32.745米

　　6. 建筑物耐火等級：一級

　　7. 建筑防水等級為：一級

　　8. 抗震設防烈度： 七度

　　9. 幕墻結(jié)構設計使用年限：50年

　　11. 建筑結(jié)構安全等級：一級

　　12. 外幕墻GRC面積42400M2 ; 單板規(guī)格：7.2m*4m ; 板塊數(shù)量：約3000件；[Page]

　　單板重量: 1800kg

　　在工程的系統(tǒng)設計中我們需同設計師共同考慮的問題：

　　1.產(chǎn)品造型能力的設計，犀牛模型怎樣轉(zhuǎn)成數(shù)控技術，完成生產(chǎn)和安裝要求

　　2.屋面1級防水系統(tǒng)的構造設計

　　3.防火設計

　　4.屋面避雷系統(tǒng)設計

　　5.屋面和層間排水系統(tǒng)設計

　　6.屋面和層間（清潔擦窗）系統(tǒng)設計

　　7.屋面和層間表面密封設計

　　8. 采光和燈光系統(tǒng)設計

　　9. 建筑節(jié)能設計標準設計

　　10. 建筑工程抗震設防和風壓設計

　　11.安裝系統(tǒng)設計

　　屋面材料組成形式：

　　GRC/熱鍍鋅GRC背負鋼架/不銹鋼防水槽/屋面固定GRC檁條/屋面支撐梁

　　高分子卷材防水層/90-120mm保溫層/隔蒸氣層

　　0.8mm鍍鋁鋅壓型鋼板/鋼龍骨/主鋼結(jié)構

　　GRC板

　　low-E 中空安全玻璃

　　GRC安裝檁條

　　水平向龍骨 H型鋼 100 x 250 mm

　　鋼立柱 D 400 mm

　　通過數(shù)控技術對物體進行 三維空間坐標標注（需做CAD軟件編程）--用于生產(chǎn)和安裝空間定位。

　　天津港工程是否采用GRC材料？  [Page]

　　--需遵循以下標準

　　GRC的規(guī)范和標準：

　　《預制混凝土制品.玻璃纖維增強水泥的工廠生產(chǎn)控制的一般規(guī)則》

　?。˙S) EN 1169-1999

　　《預制混凝土制品.玻璃纖維增強水泥的試驗方法.基質(zhì)堅實度的測量."坍塌"試驗方法》

　?。˙S) EN 1170-1-1998

　　《預制混凝土制品.玻璃纖維增強水泥試驗方法.新鮮GRC纖維含量的測量.沖刷試驗》

　　(BS) EN 1170-2-1998

　　《預制混凝土制品.玻璃纖維增強水泥的測試方法.噴射的GRC纖維含量測定》

　　(BS) EN 1170-3-1998

　　《預制混凝土制品.玻璃纖維增強水泥的測試方法.測定抗彎強度.簡易彎曲試驗法》

　　(BS) EN 1170-4-1998

　　《預制混凝土制品.玻璃纖維增強水泥的測試方法.測定抗彎強度.完全彎曲試驗法》

　　(BS) EN 1170-5-1998

　　《預制混凝土制產(chǎn)品.玻璃纖維增強水泥的測試方法.浸漬時水吸收性的測定和干密度的測定》

　　(BS) EN 1170-6-1998

　　《預制混凝土制品.玻璃纖維增強水泥的測試方法.由于濕度引起尺寸變化極限的測定》

　　(BS) EN 1170-7-1998

　　《玻璃纖維增強水泥外墻板》

　　JC/T1057-2007

　　國家GRC行業(yè)標準：

　　《玻璃纖維增強水泥外墻板》

　　JC/T1057-2007

　　在我們工程應用中，因為GRC還未能上升到GB標準，

　　那么根據(jù)規(guī)范要求必須企業(yè)提供高于或等于國家行業(yè)標準的，企業(yè)標準和檢測報告。[Page]

　　考慮GRC材料在國際應用的廣泛性，我們在本工程技術要求中，采用了高于國家行業(yè)標準的歐標（BS）標準。

　　GRC材料比較:

　　二、設計依據(jù)及規(guī)范

　　1.計算引用的規(guī)范、標準及資料

　　1.1 幕墻設計規(guī)范：

　　《鋁合金結(jié)構設計規(guī)范》                      GB50429-2007

　　《建筑幕墻》                                GB/T21086-2007

　　《金屬與GRC幕墻工程技術規(guī)范》              JGJ133-2001

　　1.2建筑設計規(guī)范：

　　《高層民用建筑設計防火規(guī)范》                GB50045-95(2005年版)

　　《高處作業(yè)吊藍》                            GB19155-2003

　　《工程網(wǎng)絡計劃技術規(guī)程》                    JGJ/T121-99

　　《公共建筑節(jié)能設計標準》                    GB50189-2005

　　《建筑表面用有機硅防水劑》                  JC/T902-2002

　　《建筑材料放射性核素限量》                  GB6566-2001

　　《建筑防火封堵應用技術規(guī)程》                CECS154：2003

　　《建筑隔聲評價標準》                        GB/T50121-2005

　　《建筑設計防火規(guī)范》                        GB50016-2006

　　《建筑物防雷設計規(guī)范》                      GB50057-94(2000年版)

　　《民用建筑隔聲設計規(guī)范》                    GBJ118-88

　　《民用建筑熱工設計規(guī)范》                    GB50176-93

　　《民用建筑設計通則》                        GB50352-2005 [Page]

　　1.3 結(jié)構設計所采用的設計規(guī)范、標準及規(guī)程

　　《建筑結(jié)構設計術語和符號標準》 （GB/T50083-97）

　　《建筑結(jié)構可靠度設計統(tǒng)一標準》 （GB50068-2001）

　　《建筑工程抗震設防分類標準》   （GB50223-2008）

　　《建筑結(jié)構荷載規(guī)范》2006年版   （GB50009-2001）

　　《鋼結(jié)構設計規(guī)范》 （GB50017-2003）

　　《建筑抗震設計規(guī)范》 （GB50011-2001）及2008年局部修訂

　　《冷彎薄壁型鋼結(jié)構技術規(guī)范》 （GB50018-2002）

　　《建筑工程設計文件編制深度規(guī)定》（2008年版）

　　《鋼結(jié)構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50205-2001

　　《建筑鋼結(jié)構焊接規(guī)程》JGJ81-2002

　　《鋼結(jié)構防火涂料應用技術規(guī)范》CECS24：90

　　《金屬與石材幕墻工程技術規(guī)范》JGJ133-2001

　　3.風洞試驗初步報告:

　　天津港國際郵輪碼頭工程客運大廈風洞試驗初步報告

　　北京大學湍流與復雜系統(tǒng)國家重點實驗室

　　荷載

　　風荷載

　　天津基本風壓按100年一遇取:  0.6 Kpa

　　建筑物高度為:                          38.39m

　　陣風系數(shù)A類粗造度:                1.67

　　高度變化系數(shù) :                         1.52

　　體型系數(shù)按圍護結(jié)構偏安全取: 2.0

　　風載標準值為:Fw=0.6×1.67×1.52×2.0=3.0 Kpa

　　屋面風荷載

　　根據(jù)風洞試驗，屋面所有比規(guī)范值高的

　　測點3=5.88 測點9=3.93 測點14=3.34 測點19=3.57 測點25=3.66 測點32=4.12

　　測點4=5.42 測點10=5.58 測點15=3.49 測點20=3.18 測點26=3.44 測點38=3.03

　　測點5=3.34 測點11=3.05 測點17=3.20 測點23=3.25 測點30=4.43 測點39=3.35

　　測點8=4.70 測點13=3.89 測點18=3.21 測點24=3.28 測點31=4.12 測點44=3.26 [Page]

　　3.GRC廠家的力學計算（摘要）:

　　恒載

　　恒載,GRC 的自重為2000 KG/m3 ，按12mm 面荷載為0.24 Kpa

　　加上鋼材的自重則由程序自動考慮。

　　活載

　　檢修活載取1.0 Kpa

　　地震荷載

　　七度抗震設防烈度

　　Feq=βEαmaxG/A=0.4 GK

　　按15mm GRC+stud frame的面荷載為 20×0.1×0.4=0.8 Kpa

　　荷載分項系數(shù)及荷載組合

　　1.35恒載+.活載(恒載控制)

　　1.2恒載+1.4活載(活載控制)

　　1.35恒載+.活載±1.4風載(恒載控制)

　　1.35恒載+.1.3活載±1.4風載(活載控制)

　　1.35恒載±1.4風載

　　1.2恒載+0.6活載±1.4地震±0.28風載

　　鋼框架設計的組合參見附件A

　　撓度控制

　　懸挑部分 1/100

　　非懸挑部分 1/200

　　GRC板件計算

　　屋頂面層計算：(15mm 厚GRC，面層3mm)

　　設計荷載為3.0×1.4+1×1+0.24×1.35=5.524 Kpa

　　按鋼框架的設計公式

　　詳見PCI-MNL-128 PCIs recommended practice for GFRC panels

　　板片彎矩為

　　M=0.65 (0.75)=0.65×0.75×5.524×0.5×0.35×0.35/8=0.0206 KN-m

　　截面抗彎系數(shù)為

　　Zprov=600/2×152/6=11250 mm3

　　截面應力為

　　σ=M×1e6/Zprov=20600/11250=1.83 N/mm2 < 6 N/mm2 OK!

　　能承受的極限荷載為

　　11250×6×1e-6/(0.65×0.75×0.5×0.35×0.35/8)=18.1 Kpa

　　風載極限值為

　　(18.1-1×1-0.24×1.35)/1.4=11.98 Kpa

　　根據(jù)風洞統(tǒng)計的測點數(shù)據(jù)顯示。全部能通過。

　　柔性錨栓25×4鋼板

　　按鋼框架GRC的設計理論，此鋼板將受軸壓力  [Page]

　　單軸設計壓力為:

　　N=5.524×0.55×0.55=1.67 KN

　　根據(jù)GB 50017軸心受壓構件的規(guī)定

　　柔性錨栓的截面性質(zhì):：截面為C類截面

　　A=25×4=100 mm2

　　最大有效長度Lc=0.7×250=175 mm

　　回轉(zhuǎn)半徑ry=0.866

　　有效長細比λ=Lc/ry=175/0.866=202

　　穩(wěn)定系數(shù)φ=0.176

　　軸應力

　　σ=1.67×1000//0.176/100=95 N/mm2 < 215 N/mm2 OK!

　　能承受的最大軸力為

　　215×100×0.176/1000=3.784 KN

　　換算成風壓為

　　Fwm=(3.784/0.55/0.55-1-0.24×1.35)/1.4=8 Kpa

　　根據(jù)風洞試驗統(tǒng)計的測點數(shù)據(jù)顯示。屋頂需要單獨設計的測點為165，風壓為9.34Kpa

　　位于最東南面的檐口位置。層間需要單獨設計的為測點617,風壓為11.06 Ka.

　　M6 ×70螺栓

　　Fs=1.67 KN

　　A=24.3 mm2

　　τ=1.67×1000//24.3=68.7 N/mm2 < 190 N/mm2 OK!

　　能承受的極限風壓為

　　(190×24.3/1000/0.5/0.55-1-0.24×1.35)/1.4=11.04 KpaOK!

　　綁定塊的抗剪應參見拉拔測試。經(jīng)驗數(shù)值為10 KN左右> 1.67 KN   [Page]

　　下面GRC在現(xiàn)代建筑中的運用通過倍立達廠家提供的工廠對大跨度產(chǎn)品,單件板塊

　　(約35m²)的生產(chǎn)短片向大家介紹

　

　層間板起吊裝運

　　工地現(xiàn)場對大跨度GRC產(chǎn)品, 的吊裝短片

　　                                                                  --倍立達廠家提供

　　在確定天津港工程采用GRC以前我們參考了一些世界典型的GRC工程案例  [Page]

　　

倫敦金融大廈

　　迪拜工程  [Page]

　　中東阿布扎比工程

　　

沙特工程　

　　

　　新加坡機場酒店  [Page]

　　新加坡怡豐城

　　"怡豐城"可說是本地最具設計美感的商場。沿著港灣的白色流線型摩登建筑，既像涌動的海浪，又像飄蕩的風帆。

　　整個建筑的結(jié)構不是以層層樓面切割空間，而是空間與空間銜接成流線的體驗。來往人流有如水里飄來游去的魚兒。

　　它出自世界級日本建筑大師伊東豐雄（Toyo Ito）之手，也是自然主義派建筑家在本地的第一個作品。伊東豐雄將活動和流動的概念，融入空間與鋼筋水泥結(jié)構里，他說：“我要讓游人在shopping的時候，感覺如在海上揚帆一般?！盵Page]

　

　澳門威尼斯人賭城一期

　　長春影視城

　　我們借助數(shù)字化生產(chǎn)工具實現(xiàn)復雜的不規(guī)則的建筑形體的可能性；從上述實例我們同樣也看到，要實現(xiàn)這類非線性的形體，需要選用合適的材料，采取合理的結(jié)構系統(tǒng)，選擇可行的構建制造途徑以及精確的施工過程。

　　事實上，這類非線性建筑的實現(xiàn)依賴于一個嶄新的數(shù)字化設計、生產(chǎn)、施工產(chǎn)業(yè)鏈的誕生，從形體的生成開始，到形體的最終建成，每一個環(huán)節(jié)均離不開數(shù)字技術。

　　在"天津港國際郵輪母港"工程中，我們同業(yè)主通過多方考察，最后選擇了南京倍立達公司。

　　相關的GRC產(chǎn)品和安裝的深化設計是有廠家自己來完成的。

                                                                                                    作者：中建國際（CCDI）設計顧問有限公司    王欣
（中國混凝土與水泥制品網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請注明出處）