王欣:GRC在现代建筑中的运用

　　前言：

      以天津港国际邮轮母港的案例介绍GRC在现代建筑中的运用

　　天津港国际邮轮母港的案例

 

　　在美丽的渤海之滨

　　　　让建筑成为飘动的丝绸！

　　　　在这里我们将打造

　　　　中国第一个海上客运丝绸之路！

　　　　--天津港国际邮轮母港  [Page]

　　设计和图纸概念：

　　1. 建筑形体用"数字建构"把创意构思使用数字技术在电脑中生成建筑形体（采用先进的犀牛软件建构）。

　　2. 借助于数控数据或设备进行建筑构件的生产及建筑的建造。

　　3. 前者的关键是“生成”，后者的关键是“建造”，两者均离不开数字技术。

　　工程概述 ：

　　1. 天津国际邮轮码头工程（客运大厦）占地面积13000mm²，建筑面积 60000mm²，局部地下一层，地上局部五层。

　　2. 工程地点：天津市东疆港区南端

　　3. 建筑师：中建国际设计顾问有限公司（CCDI)

　　4. 主体结构形式：钢结构体系

　　5. 建筑高度：32.745米

　　6. 建筑物耐火等级：一级

　　7. 建筑防水等级为：一级

　　8. 抗震设防烈度： 七度

　　9. 幕墙结构设计使用年限：50年

　　11. 建筑结构安全等级：一级

　　12. 外幕墙GRC面积42400M2 ; 单板规格：7.2m*4m ; 板块数量：约3000件；[Page]

　　单板重量: 1800kg

　　在工程的系统设计中我们需同设计师共同考虑的问题：

　　1.产品造型能力的设计，犀牛模型怎样转成数控技术，完成生产和安装要求

　　2.屋面1级防水系统的构造设计

　　3.防火设计

　　4.屋面避雷系统设计

　　5.屋面和层间排水系统设计

　　6.屋面和层间（清洁擦窗）系统设计

　　7.屋面和层间表面密封设计

　　8. 采光和灯光系统设计

　　9. 建筑节能设计标准设计

　　10. 建筑工程抗震设防和风压设计

　　11.安装系统设计

　　屋面材料组成形式：

　　GRC/热镀锌GRC背负钢架/不锈钢防水槽/屋面固定GRC檩条/屋面支撑梁

　　高分子卷材防水层/90-120mm保温层/隔蒸气层

　　0.8mm镀铝锌压型钢板/钢龙骨/主钢结构

　　GRC板

　　low-E 中空安全玻璃

　　GRC安装檩条

　　水平向龙骨 H型钢 100 x 250 mm

　　钢立柱 D 400 mm

　　通过数控技术对物体进行 三维空间坐标标注（需做CAD软件编程）--用于生产和安装空间定位。

　　天津港工程是否采用GRC材料？  [Page]

　　--需遵循以下标准

　　GRC的规范和标准：

　　《预制混凝土制品.玻璃纤维增强水泥的工厂生产控制的一般规则》

　　（BS) EN 1169-1999

　　《预制混凝土制品.玻璃纤维增强水泥的试验方法.基质坚实度的测量."坍塌"试验方法》

　　（BS) EN 1170-1-1998

　　《预制混凝土制品.玻璃纤维增强水泥试验方法.新鲜GRC纤维含量的测量.冲刷试验》

　　(BS) EN 1170-2-1998

　　《预制混凝土制品.玻璃纤维增强水泥的测试方法.喷射的GRC纤维含量测定》

　　(BS) EN 1170-3-1998

　　《预制混凝土制品.玻璃纤维增强水泥的测试方法.测定抗弯强度.简易弯曲试验法》

　　(BS) EN 1170-4-1998

　　《预制混凝土制品.玻璃纤维增强水泥的测试方法.测定抗弯强度.完全弯曲试验法》

　　(BS) EN 1170-5-1998

　　《预制混凝土制产品.玻璃纤维增强水泥的测试方法.浸渍时水吸收性的测定和干密度的测定》

　　(BS) EN 1170-6-1998

　　《预制混凝土制品.玻璃纤维增强水泥的测试方法.由于湿度引起尺寸变化极限的测定》

　　(BS) EN 1170-7-1998

　　《玻璃纤维增强水泥外墙板》

　　JC/T1057-2007

　　国家GRC行业标准：

　　《玻璃纤维增强水泥外墙板》

　　JC/T1057-2007

　　在我们工程应用中，因为GRC还未能上升到GB标准，

　　那么根据规范要求必须企业提供高于或等于国家行业标准的，企业标准和检测报告。[Page]

　　考虑GRC材料在国际应用的广泛性，我们在本工程技术要求中，采用了高于国家行业标准的欧标（BS）标准。

　　GRC材料比较:

　　二、设计依据及规范

　　1.计算引用的规范、标准及资料

　　1.1 幕墙设计规范：

　　《铝合金结构设计规范》                      GB50429-2007

　　《建筑幕墙》                                GB/T21086-2007

　　《金属与GRC幕墙工程技术规范》              JGJ133-2001

　　1.2建筑设计规范：

　　《高层民用建筑设计防火规范》                GB50045-95(2005年版)

　　《高处作业吊蓝》                            GB19155-2003

　　《工程网络计划技术规程》                    JGJ/T121-99

　　《公共建筑节能设计标准》                    GB50189-2005

　　《建筑表面用有机硅防水剂》                  JC/T902-2002

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

　　《建筑防火封堵应用技术规程》                CECS154：2003

　　《建筑隔声评价标准》                        GB/T50121-2005

　　《建筑设计防火规范》                        GB50016-2006

　　《建筑物防雷设计规范》                      GB50057-94(2000年版)

　　《民用建筑隔声设计规范》                    GBJ118-88

　　《民用建筑热工设计规范》                    GB50176-93

　　《民用建筑设计通则》                        GB50352-2005 [Page]

　　1.3 结构设计所采用的设计规范、标准及规程

　　《建筑结构设计术语和符号标准》 （GB/T50083-97）

　　《建筑结构可靠度设计统一标准》 （GB50068-2001）

　　《建筑工程抗震设防分类标准》   （GB50223-2008）

　　《建筑结构荷载规范》2006年版   （GB50009-2001）

　　《钢结构设计规范》 （GB50017-2003）

　　《建筑抗震设计规范》 （GB50011-2001）及2008年局部修订

　　《冷弯薄壁型钢结构技术规范》 （GB50018-2002）

　　《建筑工程设计文件编制深度规定》（2008年版）

　　《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001

　　《建筑钢结构焊接规程》JGJ81-2002

　　《钢结构防火涂料应用技术规范》CECS24：90

　　《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001

　　3.风洞试验初步报告:

　　天津港国际邮轮码头工程客运大厦风洞试验初步报告

　　北京大学湍流与复杂系统国家重点实验室

　　荷载

　　风荷载

　　天津基本风压按100年一遇取:  0.6 Kpa

　　建筑物高度为:                          38.39m

　　阵风系数A类粗造度:                1.67

　　高度变化系数 :                         1.52

　　体型系数按围护结构偏安全取: 2.0

　　风载标准值为:Fw=0.6×1.67×1.52×2.0=3.0 Kpa

　　屋面风荷载

　　根据风洞试验，屋面所有比规范值高的

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

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

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

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

　　3.GRC厂家的力学计算（摘要）:

　　恒载

　　恒载,GRC 的自重为2000 KG/m3 ，按12mm 面荷载为0.24 Kpa

　　加上钢材的自重则由程序自动考虑。

　　活载

　　检修活载取1.0 Kpa

　　地震荷载

　　七度抗震设防烈度

　　Feq=βEαmaxG/A=0.4 GK

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

　　荷载分项系数及荷载组合

　　1.35恒载+.活载(恒载控制)

　　1.2恒载+1.4活载(活载控制)

　　1.35恒载+.活载±1.4风载(恒载控制)

　　1.35恒载+.1.3活载±1.4风载(活载控制)

　　1.35恒载±1.4风载

　　1.2恒载+0.6活载±1.4地震±0.28风载

　　钢框架设计的组合参见附件A

　　挠度控制

　　悬挑部分 1/100

　　非悬挑部分 1/200

　　GRC板件计算

　　屋顶面层计算：(15mm 厚GRC，面层3mm)

　　设计荷载为3.0×1.4+1×1+0.24×1.35=5.524 Kpa

　　按钢框架的设计公式

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

　　板片弯矩为

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

　　截面抗弯系数为

　　Zprov=600/2×152/6=11250 mm3

　　截面应力为

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

　　能承受的极限荷载为

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

　　风载极限值为

　　(18.1-1×1-0.24×1.35)/1.4=11.98 Kpa

　　根据风洞统计的测点数据显示。全部能通过。

　　柔性锚栓25×4钢板

　　按钢框架GRC的设计理论，此钢板将受轴压力  [Page]

　　单轴设计压力为:

　　N=5.524×0.55×0.55=1.67 KN

　　根据GB 50017轴心受压构件的规定

　　柔性锚栓的截面性质:：截面为C类截面

　　A=25×4=100 mm2

　　最大有效长度Lc=0.7×250=175 mm

　　回转半径ry=0.866

　　有效长细比λ=Lc/ry=175/0.866=202

　　稳定系数φ=0.176

　　轴应力

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

　　能承受的最大轴力为

　　215×100×0.176/1000=3.784 KN

　　换算成风压为

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

　　根据风洞试验统计的测点数据显示。屋顶需要单独设计的测点为165，风压为9.34Kpa

　　位于最东南面的檐口位置。层间需要单独设计的为测点617,风压为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!

　　能承受的极限风压为

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

　　绑定块的抗剪应参见拉拔测试。经验数值为10 KN左右> 1.67 KN   [Page]

　　下面GRC在现代建筑中的运用通过倍立达厂家提供的工厂对大跨度产品,单件板块

　　(约35m²)的生产短片向大家介绍

　

　层间板起吊装运

　　工地现场对大跨度GRC产品, 的吊装短片

　　                                                                  --倍立达厂家提供

　　在确定天津港工程采用GRC以前我们参考了一些世界典型的GRC工程案例  [Page]

　　

伦敦金融大厦

　　迪拜工程  [Page]

　　中东阿布扎比工程

　　

沙特工程　

　　

　　新加坡机场酒店  [Page]

　　新加坡怡丰城

　　"怡丰城"可说是本地最具设计美感的商场。沿着港湾的白色流线型摩登建筑，既像涌动的海浪，又像飘荡的风帆。

　　整个建筑的结构不是以层层楼面切割空间，而是空间与空间衔接成流线的体验。来往人流有如水里飘来游去的鱼儿。

　　它出自世界级日本建筑大师伊东丰雄（Toyo Ito）之手，也是自然主义派建筑家在本地的第一个作品。伊东丰雄将活动和流动的概念，融入空间与钢筋水泥结构里，他说：“我要让游人在shopping的时候，感觉如在海上扬帆一般。”[Page]

　

　澳门威尼斯人赌城一期

　　长春影视城

　　我们借助数字化生产工具实现复杂的不规则的建筑形体的可能性；从上述实例我们同样也看到，要实现这类非线性的形体，需要选用合适的材料，采取合理的结构系统，选择可行的构建制造途径以及精确的施工过程。

　　事实上，这类非线性建筑的实现依赖于一个崭新的数字化设计、生产、施工产业链的诞生，从形体的生成开始，到形体的最终建成，每一个环节均离不开数字技术。

　　在"天津港国际邮轮母港"工程中，我们同业主通过多方考察，最后选择了南京倍立达公司。

　　相关的GRC产品和安装的深化设计是有厂家自己来完成的。

                                                                                                    作者：中建国际（CCDI）设计顾问有限公司    王欣
（中国混凝土与水泥制品网 转载请注明出处）