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BIM技术在采光顶幕墙设计中的应用

发表时间：2020/10/19 来源：《基层建设》2020年第19期作者：张铁生

[导读] 摘要：现如今，我国是经济迅猛发展的新时期，国家大力提倡BIM技术的应用及落地，各地频频颁布了相关的政策和标准。

        斯达（天津）工程设计咨询有限公司天津 300350
        摘要：现如今，我国是经济迅猛发展的新时期，国家大力提倡BIM技术的应用及落地，各地频频颁布了相关的政策和标准。幕墙工程作为BIM技术应用中的一个方向，在设计和施工中涌现出一些新的工作流程和施工方法。本文主要介绍了BIM技术在成都东安湖木棉花酒店项目采光顶幕墙设计中的应用，希望给幕墙从业者及幕墙BIM设计人员提供一些思路。
        关键词：BIM技术;幕墙BIM设计
        引言
        天然光环境是人类视觉中最舒适和亲切的环境.研究表明，室内良好的天然光环境能够纾解人们紧张情绪、提高工作效率，对人类生理和心理健康都有着很大的促进作用.同时，有效的天然采光设计可以在一定程度上降低建筑照明、制冷和采暖能耗，在建筑节能方面意义重大.随着大进深大空间建筑的不断涌现，为了使建筑空间内部能够获得充足的天然光照明，屋面采光成为其常用形式.屋面作为建筑最上层覆盖的外围护结构，为建筑的耐久性和安全性提供保证，而且成为防水、节能、环保、生态及智能建筑技术发展的平台.采光屋面作为以天然采光为目的的功能屋面，也有着发挥建筑形态塑造、色彩呈现、意境表达、艺术创造等功能，因此采光屋面对透光材料也有着较为特殊的要求。
        1施工特点
        ①工程伞状结构曲面折线型立体采光顶，通过异型玻璃连接安装施工而成，因多面角度玻璃碰撞多角度控制比平面钢结构采光顶直角实现困难，通过异型玻璃与五角星型钢结构安装形成立体效果。②根据本工程的特点利用计算机三维设计进行局部结构面重新分割，并辅助异型钢结构与玻璃采光顶架定位放线，使得玻璃与异型钢结构的骨架定位准确、角度及标高误差小。③采光顶的测量定位是本工程的重点，因此在施工中采用空间立体交叉放线，及时解决采光顶玻璃面间拼缝交接处钢骨架碰撞问题，使横向、纵向坐标、轴线与钢结构主体的坐标、轴线相吻合，以便于型材、玻璃下料与安装的准确率。
        2 BIM技术在采光顶幕墙设计中的应用
        2.1采用移动式小型门式起重机吊装采光顶
        （1）由张弦梁跨中向两端对称铺设采光顶，以使张弦梁均匀受力，均匀变形。（2）室内包梁铝板安装完毕并验收合格后，即可先行拆除吊挂架，拆除区域和顺序与采光顶玻璃安装顺序一致。（3）从张弦梁跨中开始向两端对称安装采光顶玻璃，玻璃由架在张弦梁上的专用门式起重机进行垂直运输，水平运输则使用专用平板车。（4）吊装用大门式起重机采用□120×80×4焊接而成，高4000mm，宽3000mm，2个三角形支腿放置在相邻两榀张弦梁的上表面，支腿底部与主体钢结构固定，以防吊装过程中发生滑移。在支腿底部采用6mm厚钢连接板与结构钢立柱通过M12螺栓固定。门式起重机的横梁上固定额定荷载5kN的电动葫芦。
        2.2密封胶起鼓情况
        本工程所用的中性固化建筑用硅酮密封胶是一种单组分中性固化的硅酮密封胶。在气温25℃的环境下，胶体完全固化约需10d时间。固化时间及技术参数应满足行业标准JG/T471—2015《建筑门窗幕墙用中空玻璃弹性密封胶》中H型要求，并满足GB14683—2017《硅酮和改性硅酮建筑密封胶》规范的要求。经试验，该密封胶的相容性和剥离粘结性试验，邵氏硬度、标准状态拉伸粘结性能均符合要求。采光顶玻璃板块于2019年4~5月施工，玻璃板块间胶缝也随之完成，6月逐步进行采光顶天沟龙骨及不锈钢的安装工作。7~8月份正值炎夏，开始不锈钢天沟两侧密封胶打胶施工。先进行第1层打胶，待第1道密封胶施工完毕后进行第2道密封胶施工。本工程最长的胶缝是沿天沟不锈钢板与采光玻璃板块的竖向缝，按2~3m长度循环连续逐条施工。

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第1道密封胶全部施工完毕后约2d（根据现场施工安排），进入第2道密封胶施工；玻璃板块之间和不锈钢板之间的短缝为横向缝，长度分别为1.5m和2.3m。经检查，起鼓主要发生在较长的竖向胶缝，已施工完成的第2遍密封胶表面产生大面积规则性变形，呈麻花状，有的发生于端部，有的则是整条胶缝起鼓。
        2.3龙骨编号及导出
        龙骨生成后，在交接位置进行端部切角。之后按照Z轴高度方向及顺时针方向的顺序进行编号。根据编号对每一根龙骨进行Make2d后进行标注。标注完成后通过SEG_GHToExcel电池对每一段龙骨进行导出。此工作流程的优点是可以实时调整龙骨尺寸及进行端部切角。若以传统方式在设计过程中调整一下龙骨规格，所有相关图纸都需要一张一张调整，浪费时间并且容易出错。通过GH编程进行设计，程序做好以后可以随便调整参数，比如龙骨尺寸、方向等均可调整。待所有设计确认无误后就可以一键出加工图及导出数据表格，优势明显。
        2.4SGP夹层玻璃
        作为夹层玻璃不可或缺的材料，中间膜在很大程度上影响整个玻璃制品的质量和性能.目前市面上使用的夹层膜以聚乙烯醇缩丁醛（PVB）膜为主，而普通PVB夹层玻璃，一旦破碎会产生很大的弯曲变形，整块脱落的危险增大，给玻璃采光屋面安全带来挑战.美国杜邦公司制备了一种新型离子性中间膜Sentryglas®Plus，简称SGP膜，具备与玻璃极强的黏接性能，促进夹层玻璃性能的提升.SGP膜力学性能优异，它的剪切模量是PVB膜的50倍以上，撕裂强度比PVB膜高5倍.通过实验和模拟得出，PVB夹层玻璃梁开裂后的裂缝贯穿整个截面，而SGP夹层玻璃梁开裂后形成一个扇形的碎裂域，在梁截面内部形成新的承力机制.研究表明，在-20~60℃范围的温度下，SGP膜的剪切强度和刚度均能保证其在玻璃和支承结构之间传递载荷，因此SGP夹层玻璃梁在断裂后仍能表现出很强安全性能.比较了SGP、PVB、EVA（乙烯-醋酸乙烯）三种夹层玻璃在变温度、长时间载荷下的性能，结果SGP夹层玻璃的中间挠度和纵向应变最小，而且SGP胶片滑动位移甚至小到可以忽略不计.因此，SPG夹层玻璃破损后的抗弯曲能力，使整片从高空落下的概率大大降低，采光屋面上玻璃板块能够突破规范中单块小于2.5m2、长边小于2m的限值.因此，当SGP夹层玻璃作为承重构件时，可以增大全玻璃采光顶的跨度，拓展空间体系；而当SPG夹层玻璃作为采光顶的面板材料，又能够放宽单块玻璃的尺寸，简化支承结构.除此之外，SPG膜对水分不敏感，外露的条件下也不会开胶、分离，作为采光屋面边缘构件无须封边即可投入工程应用.价格昂贵和专利垄断是限制SGP夹层玻璃大规模应用的重要原因，但随着技术壁垒的打破和成本的降低，SGP夹层玻璃将会取代PVB夹层玻璃成为采光屋面玻璃的首选。
        结语
        BIM技术的应用为项目节省了很多时间，也为设计人员减少了很多出错的机会，然而幕墙BIM应用远不止于此。此外，还可以使用revit软件进行设计，设计完后可直接统计工程量并计算材料用量及后续管理。还有诸多技术可以使用，如通过CATIA或者Inventor进行设计，设计成果可以直接导入CAM进行材料加工，等。本文对工程采光顶的设计原则及结论进行了描述，并着重讲解了BIM技术应用点，希望能给后续幕墙设计工程提供其幕墙设计上设计思路参考。
        参考文献：
        [1］朱天送．多曲面幕墙BIM应用［J］．施工技术，2018(S1)：1590－1593．
        ［2］GB50017—2017，钢结构设计规范［S］．北京：中国建筑工业出版社，2017．
        ［3］JGJ255—2012，采光顶与金属屋面技术规程［S］．北京：中国建筑工业出版社，2012．
        ［4］JGJ102—2003，建筑幕墙工程技术规范［S］．北京：中国建筑工业出版社，2003．
        ［5］JG/T231—2018，建筑玻璃采光顶技术要求［S］．北京：中国标准出版社，2018．