复杂的曲面店面:镜子



复杂的曲面店面:镜子

为 PC Hooftstraat 138 设计​​了一个定制的结构玻璃店面。开发商 Warenar Real Estate 与 UNStudio、Arup 和 Octatube 组建了一个设计团队。立面采用扭曲的几何形状,带有精确细致的玻璃连接和定制的非正交钢和玻璃门。在一楼,立面开始与相邻的建筑物齐平,但随着上升,它也向外倾斜和悬臂,以便从远处更清晰可见。

为了获得最佳质量和简约细节,设计了一种方案,其中大多数元素可以在工厂中预先组装成三个 2m x8,5m 高的大型单元。弯曲玻璃元件之间的连接全部与不锈钢元件粘合在一起,以保护边缘并强调弯曲的几何形状。

通过将不锈钢板粘合到用作冷却肋的玻璃元件上,将部分位于内部和部分位于外部的退火弯曲元件的热破裂风险降至最低。各方在整个项目中的频繁协作导致成功交付,在施工阶段没有玻璃破损。设计耗时数年,工厂组装耗时数月,但现场施工仅需 2 天。

一、简介

1.1.时间线及项目基本信息

2019 年 12 月,PC Hooftstraat 138 的外观正式向公众展示。开发商 Warenar Real Estate 在其广泛发布的水晶屋项目(Oikonomopoulou et al.2016)之后,组建了一支多元化的专家团队,以建造另一个高质量和创新的外墙。UNStudio 被要求作为建筑师设计一个特殊的宝石,以提高 PC Hooftstraat 这一侧的建筑质量;阿姆斯特丹最高档的购物街。这颗宝石现在被命名为 Thelooking Glass。

立面的设计类似于纺织品中的曲线,从一开始就主要以弧形玻璃为特色。立面的地面、一楼和二楼部分根据街道的历史特征分为三部分,因此可以区分三个垂直的立面。立面的三分法不仅是建筑,而且还被用作结构和施工的指导原则。立面的一些昵称指的是这种多样性,例如“三巨头 iPhone”或“瑞士手表”。

图 1a) PC Hooftstraat 138 立面的前视图,b) 悬臂玻璃盒的详细视图和 c) 向上的视图

图 1a) PC Hooftstraat 138 立面的前视图,b) 悬臂玻璃盒的详细视图和 c) 向上的视图。©伊瓦布洛姆。

本文重点介绍了外立面的特殊玻璃部分,它覆盖了底层和一层,总高度为 8.5 m,宽度为 6.5 m。它具有各种独特的弧形玻璃面板和结构结合的不锈钢元件。在地面上,立面开始与相邻的建筑物齐平,但随着上升,它也向外倾斜和悬臂,以便从远处更清晰可见。

Arup 于 2017 年 2 月被要求提供幕墙工程服务,因此与 UN Studio 合作推进技术设计并实现梦想和抱负。经过各种设计和行业咨询会议,产生了支持招标文件的细节和计算。2017 年底,三家国际优质幕墙承包商被邀请竞标 PCSA 和施工。

不幸的是,弯曲和独特的性质导致开发商的成本显着增加,因此在 2018 年初开始了价值工程阶段。讨论了多个设计方案,选择一个后,Octatube 被纳入设计团队以帮助优化并最终按照商定的预算构建设计。在第一层引入了一个几乎不可见的玻璃分区,并以这样的方式修改了几何形状,以便只需要单曲面玻璃元素。

2018 年底,完成了一项精致的设计,并与阿姆斯特丹市政府进行了初步讨论,然后于 2019 年 2 月提交了文件以获得建筑许可证。此后不久,在西班牙 Cricursa 开始生产玻璃。Octatube 工厂的建设立即开始。预组装单元于 2019 年 5 月仅用两天时间就安装到现场。 2019 年 8 月进行了通过认证的绝缘胶粘剂连接以及外墙工程的最终整理的砖厂。

1.2.曲面玻璃

建筑是一个不断发展的领域,新的趋势不断涌现,旧的趋势正在消退、转变和重新出现。在过去的几十年里,设计师完全接受了复杂的几何形式,这主要是由于参数化和计算设计的进步。建筑行业的所有主要参与者都相对迅速地响应了这一需求,成功地建造了结构钢、混凝土或木材的波浪形项目。

如今,机器人和增材制造技术的新趋势正在进一步推动这一界限。在玻璃设计中,矩形简约建筑在过去几年非常突出,充分体现了玻璃技术的进步。最近,在玻璃幕墙中也可以看到复杂几何形状的趋势。每个实现的项目都是更多变化的参考和催化剂。

从理论上讲,玻璃作为“固化流体”应该是探索和支持由参数化建模推动的当代建筑当前趋势的绝佳材料。玻璃部件的成本受玻璃产品需要经历的过程数量的影响,并受到制造机械当前能力的限制。探索形式的可能性取决于个人技能和经验,也许是过去威尼斯和波西米亚玻璃工匠大师昔日辉煌的遥远残余。

在 Thelooking Glass 的设计过程中,研究了所有可能达到所需形状的想法,例如塌落退火和化学增韧的传统方法。或者简化几何形状以适应圆柱形状,然后可以在回火过程中弯曲。我们还在层压过程中尝试了冷弯技术的想法,并可能在原位进行额外的冷弯。

英国孟买蓝宝石温室(Lenk et al.2018)或阿姆斯特丹梵高博物馆(Bijster et al.2015)也使用了类似的概念。由于几何形状的复杂性、所需的视觉质量、严格的公差和建议的细节,建议使用塌陷退火玻璃。外部可见的夹板在建筑上是不受欢迎的,这反过来意味着原位冷弯不是一种选择。层压过程中的冷弯被认为过于专业,具有商业劣势。

二、 概念和原理图设计

2.1.几何曲面玻璃与产业互动

立面的设计因其几何形状而特别。立面由三个具有相似几何形状的钢和玻璃盒子组成。四个主要的 3d 曲线定义了一个单元的主要几何形状,见图 2。定义立面盒内边缘的两条曲线(1 和 2)相对简单,因为它们是平面曲线,仅在立面平面内弯曲。两条前曲线(3 和 4)更复杂,从底部开始变窄,为门提供空间,然后在外墙平面内向外弯曲,并向外弯曲。

在底部,曲线 1 和 3 之间的距离为 250 毫米,顶部为 500 毫米;立面悬臂在顶部向外 250 毫米,以便从远处可见。图 2a 显示了当立面采用扭曲玻璃元素时的表面最小半径的初步分析,就在门洞上方。然而,在咨询了多个玻璃行业各方后,得出的结论是,此类玻璃部件在理论上是可以制造的,但会给项目计划带来重大风险并增加成本。

最小半径小于 0.5 m,因此非常弯曲。为了使立面几何合理化,门被做成了平面,扭曲的元素被一个平面元素和一个弯曲元素取代。业界的反馈也为设计团队提供了以下设计规则:

a) 不要使用带有弯曲玻璃元件的斜边;
b) 考虑到弯曲玻璃的理论公差为每米 1 毫米;
c) 大弧形前窗玻璃的最小宽度设计为 250 毫米(曲线 3 和 4 之间的最小距离)。

这些建议被纳入细节的几何形状和设计中。此外,在一楼引入了玻璃隔板,将面板的高度从超过 8 m 降低到超过 5 m。这减少了生产公差,并会增强简约的细节。“切割”的另一个优点是立面的顶部仅由平面元素组成。

图 2a) 带有扭曲玻璃板的初始立面的曲率分析和 b) 合理化立面的几何形状

图 2a) 带有扭曲玻璃板的初始立面的曲率分析和 b) 合理化立面的几何形状。

2.2. 结构概念

为了用三个钢和玻璃盒子创建立面,带有弧形玻璃和多个玻璃接头,也向外悬臂,为该单元引入了一个结构概念,可以分为三个主要部分。这也在图 3 中可视化。

第一个组成部分是与建筑物主体结构的连接。该建筑经过彻底重建,包括一个新的地下室和楼层。地下室结构由现浇混凝土制成,带有一个整体的向外悬臂水平部分,为外墙提供刚性支撑。上部结构由钢制成,带有混凝土地板。主要结构的挠度由建筑物的主要结构工程师提供:Brouwer & Kok。为了允许楼层的差异(垂直)沉降,决定仅在底部垂直支撑立面。一楼和二楼设计了进出立面平面的水平支撑,与玻璃隔断相匹配。连接设计为固定在混凝土上的钢支架,允许执行公差。

立面结构概念的第二个组成部分是玻璃箱周围的钢框架。在 Arup 的设计审查期间讨论了所谓的“相框”概念,该概念将允许预组装玻璃盒。框架由矩形空心型材 (RHS) 制成,尺寸为 120 mm x 60 mm x 8 mm。玻璃与钢架相连,钢架与支架相连,在运输和施工中使用。门的支架和支架也连接到这个框架上。在施工现场定位框架并将其连接到支架后,还在“相框”之间进行了一些额外的连接,以专门增加带有长支架的门连接的刚度。

立面结构概念的第三个也是最复杂的组成部分是一个混合不锈钢和玻璃的盒子,连接到工厂完全组装的“相框”。这是一个混合箱,因为主要结构元件是玻璃,但不锈钢元件包裹在玻璃周围,在门洞周围提供额外的刚度,并用于连接。现代版本的彩色玻璃窗,但现在弯曲并采用不锈钢和结构硅胶 (DC993)。

最大的玻璃元素是前面板(图 3 中的 #1 和 #2),其中顶部 (#1) 由底部 (#2) 垂直支撑。面板 #2 在底部固定和支撑。由于立面几何形状,它在 x 和 y 方向都有偏心。x 方向(立面平面内)的偏心通过将面板连接到门框来解决,y 方向(立面平面外)的偏心通过与侧面板的结构硅胶连接来解决。

在立面的顶部,一个弯曲的钢屋顶元件也为顶板提供了 x 方向的支撑。所谓的“J 型面板”(#7 和 #8)连接到门框上,并在与玻璃面板 #4 的连接处由一根额外的隐藏钢棒约束。不锈钢板通过结构硅胶粘在侧板(#4 和 #5)上,与周边框架的局部钢连接用螺栓固定。前面板(#1 和 #2)在结构上粘在侧面板上,中间是不锈钢。

图 3 结构概念说明

图 3 结构概念说明

2.3. 全球体系结构分析

立面的结构分析是通过具有不同复杂性的多个模型完成的。玻璃厚度选择为足够的厚度(2 x 12 毫米)用于硅胶连接,并仔细评估门洞附近的刚度。在设计过程之初,制作了玻璃元件的单独模型,重点放在带有偏心支撑的前部元件上(图 3 中的 #1 和 #2)。

在图 4 中可以看到由 Arup 和 Octatube 制作的模型示例。前面板由垂直于表面和表面平面的风加载,因为外墙向外悬臂。顶部面板的静载荷转移到底部面板,并由于曲率产生垂直和水平反作用力。结构硅胶和钢框架的刚度包括在玻璃评估中。钢框架还通过直接施加风荷载进行检查,反作用力用于设计和检查支架。

结构有机硅通过详细的连接模型进行检查,如下一段所示,但也根据道康宁指南进行了手工计算检查。

图 4a) 前窗玻璃模型,b) 仅钢框架模型,以及 c) 玻璃几何形状和钢截面的组合模型

图 4 a) 前窗玻璃模型,b) 仅钢框架模型,以及 c) 玻璃几何形状和钢截面组合的模型。

2.4. 粘合剂连接

在最初的设计阶段,设计团队开发了一个玻璃角细节,在整个角部使用不锈钢截面。不锈钢钢筋纯粹是一种美学组件,不会为结构系统增加任何强度或刚度。然而,它确实增强了系统的弹性:通过保护脆弱的玻璃边缘。特别是在设计的第一阶段,不锈钢截面的几何形状会非常复杂,因为扭曲的玻璃元素导致角细节的角度发生变化,如图 5 所示。

两种研究的制造技术是带有铸造和铣削钢筋的 3D 打印砂模。玻璃角被提议作为在玻璃平面之间传递剪切力和张力的结构接头。由于几何复杂性和由此产生的偏心,在接头中预计会有名义弯矩。结构有机硅被选为具有长期跟踪记录的粘合剂,除了众所周知的安装限制以及所需的质量控制以确保令人满意的粘合外,还证明了其能力是合理的。

制造商规定的两个分量 DC 993 的相对低(动态)设计应力:0.14 MPa。然而,实际(拉伸)强度要高得多。在代表 50 年风化的耐久性测试期间,1.59 MPa 的初始拉伸强度仅降低至 1.52 MPa(道康宁,2019 年)。这很好,因为连接细节会暴露在雨水、阳光和温差下。

硅胶还能够适应曲面玻璃和不锈钢之间在所有方向上指定为 +/-2mm 的公差。结构硅胶已经应用于其他项目,例如阿姆斯特丹的梵高博物馆(Bijster 等人., 2016)。这将有助于与公共当局讨论以获得建筑许可证,而不会因验证测试而显着延长施工计划。

图 5 a)、b) 和 c) 角细节的初始设计选项,连接玻璃板的角度不同

图 5 a)、b) 和 c) 角细节的初始设计选项,连接玻璃板的角度不同。

结构硅胶细节的挑战在于,由于角部的偏心,硅胶中会出现弯曲应力。图 6 显示了细节,右侧讨论了偏心率。

图 6 a) 典型的拐角细节和 b) 作用在玻璃上的载荷和结构硅胶中应力的非均匀分布

图 6 a) 典型的拐角细节和 b) 作用在玻璃上的载荷和结构硅胶中应力的非均匀分布。

经过对结构玻璃幕墙的细节和一段时间的价值工程的进一步发展,实心部分改为平板钢板。一些玻璃元素的双曲面几何被简化为单曲面玻璃元素。这也意味着扁钢截面的复杂性降低,因此更容易制造。从平板上切出一条弯曲的条带,然后沿一个方向弯曲以形成双弯曲条带。将细部更改为扁钢还意味着可以在细部中引入直接载荷路径。

图 7 a) 几何合理化后的简化角细节和 b) 角细节中指示的直接和间接载荷路径

图 7 a) 几何合理化后的简化角细节和 b) 角细节中指示的直接和间接载荷路径。

稍后将只考虑直接载荷路径,但研究了如果整个接头都填充有结构硅树脂会产生什么应力。图 8 显示了无支撑杆空间和有支撑杆空间的比较结果,因为由于存在断裂风险,不推荐使用 3 点胶合。

图 8 硅胶接头发展和应力分析(Ogden 超弹性模型),a) 剪切和弯曲中只有硅胶的间接载荷路径,b) 没有烤棒的直接载荷路径,c) 直接载荷路径

图 8 硅胶接头发展和应力分析(Ogden 超弹性模型),a) 剪切和弯曲中只有硅胶的间接载荷路径,b) 没有烤棒的直接载荷路径,c) 直接载荷路径。

硅胶接头承受多种载荷:静载荷、前面板风、侧面板风和热膨胀。特别是静载分量经过仔细检查,因为由于接头的复杂几何形状和相对较高的纵向刚度,通过整体分析预测了硅胶中的应力。通过选择具有刚性 (SG) 夹层和制造顺序的相对较厚的玻璃,将有机硅中的长期应力降至最低。

图 9 带有接头的立面截面的数值模型

图 9 带有接头的立面截面的数值模型。

项目特定的细节需要对粘合连接的结构行为进行详细检查。对典型横截面的平面应变数值模型进行了分析,如图 9 所示。连接的所有组件都明确建模。考虑了网格密度为 0.5 mm 的 8 节点四边形二次单元来细分区域建模粘合连接,这是基于收敛性研究,不是本文的一部分。

比较研究介绍了结构有机硅建模为:

  • E = 4 MPa、G = 0.67 MPa、v = 0.49 的线弹性材料(如果评估张力和剪切力,则需要两种不同的模型);
  • Neo Hookean 模型,C = 0.67 MPa;
  • Mooney Rivlin 模型,C1 = 0.33 MPa 和 C2 = 0.005 MPa;
  • 奥格登 C = 0.71938 MPa,α = 1.9225。

所有材料模型均从已发表的文献 Staudt 等人 (2018)、Dias 等人 (2014)、Descamps 等人 (2017) 中提取,以预测超弹性材料的行为。结果显示在图 10 中。总的来说,发现不同模型之间的行为存在一些相关性。对于峰值应力为 0.586 MPa 的线弹性模型和预测应力为 0.593 MPa 的 Neo Hookean 材料模型,峰值应力集中更为明显。

如果承受相同的载荷,Mooney Rivlin 模型会产生 0.459 MPa 的峰值应力和 0.494 MPa 的 Ogden 模型应力。有趣的是,二次载荷路径在 Ogden 和线弹性模型中更为明显。关节的刚度遵循类似的模式,其中线弹性材料模型最硬,而 Mooney Rivlin 和 Ogden 模型最软。在此主题中进行物理测试的进一步研究将受到赞赏,尤其是在复杂的连接几何形状中。

强烈建议客户签订维护合同,以确保经常正确清洁和检查结构硅胶。

图 10 接头中的 Von Misses 应力分析。 a) 底部玻璃界面处的比较图切割线,b) 线弹性材料模型,c) Neo-Hookean 材料模型,c) Mooney Rivlin 材料模型和 d) Ogden 材料模型

图 10 接头中的 Von Misses 应力分析。a) 底部玻璃界面处的比较图切割线,b) 线弹性材料模型,c) Neo-Hookean 材料模型,c) Mooney Rivlin 材料模型和 d) Ogden 材料模型。

2.5.热分析边缘元

在晴朗的天空条件下,但强烈的阳光照射和高环境气温振幅的日子里,可能会发生玻璃破裂。玻璃板的透明和非阴影部分会很快被加热,而阴影部分则保持相对凉爽。较暖区相对于较冷区膨胀,导致拉伸应力。如果该应力足够高,这种现象会导致玻璃破裂。对于具有光滑磨光或抛光边缘的退火玻璃,玻璃中允许的最大热应力为 24 MPa。

设计时的出发点是在退火的侧玻璃上进行无烟煤预涂抹,部分内侧预涂抹,部分外侧透明。这与上述可能导致玻璃破裂的典型情况不同。根据 RBGT Roehner Bauphysik u 的分析。Glastechnik 冬季,深色(未冷却)预涂抹部分与透明外部玻璃之间的温差最大:52 度。这导致最大热应力接近 30 MPa,这意味着需要热强化玻璃。

由于制造方法和美学要求需要退火玻璃,因此需要进行一些更改以减少透明外部玻璃和阴影内部玻璃之间的最大温差。通过将不锈钢板粘合到用作冷却肋的玻璃元件并将预涂污的颜色更改为浅灰色,可以降低退火侧板的热破裂风险。在一些不锈钢板上焊接了两个螺柱,用于连接到主结构钢。最大温差由此降低到 39 度,导致 22 MPa 的热应力。

阿姆斯特丹 2019 年的夏天很热。当测量到大约 40 度的空气温度时,在玻璃上进行温度测量以将计算结果与实际情况进行比较。所有测量值都在计算范围内,这为今年剩余时间的热破裂风险提供了一些信心。

图 11 两个玻璃盒子的水平立面细节,它们向外伸出,中间有砖砌

图 11 两个玻璃盒子的水平立面细节,它们向外伸出,中间有砖砌。

2.6.定制门

立面包含两扇超大的结构粘合门,由夹层热强化玻璃制成,带有结构粘合的不锈钢框架。它们被集成到支撑玻璃幕墙的不锈钢元素的主框架中。右侧的玻璃盒具有固定的玻璃元件,但具有与门相似的几何形状。中间的玻璃盒具有与静态玻璃元件粘合的相同不锈钢部分,但还具有额外的不锈钢门框和结构粘合门。左边的玻璃盒子有一个较小的门,为门硬件提供空间,以容纳顶层公寓的设施,如对讲机和邮箱。

为了满足建筑规范,立面的曲线进行了优化,以达到进入商店和公寓所需的最小自由宽度和高度。商店门在关闭位置时高 2.9 m,宽 1.5 m。

图 12 a) 门的外视图,左侧有一扇通往公寓的小门,中间是通往商店的门,b) 顶部门连接处的详细照片

图 12 a) 门的外部视图,左侧有一扇小门通往公寓,中间是通往商店的门,b) 顶部门连接处的详细照片。

由于设计团队追求简约的细节,门框及其所有硬件都集成到承重不锈钢框架中。此外,顶部枢轴隐藏在 25 毫米厚的水平板中,该水平板通过 10 毫米的玻璃接头连接到主钢。所有结构不锈钢元件均在 2 毫米的公差内生产,因此门可以顺畅地打开和关闭。所有不锈钢部件都具有非常精细的光洁度,没有闪亮的外观。为了使用结构粘合连接达到高水平的视觉质量,所有接头都预先涂抹了重叠以包含视觉平滑的硅胶线。

硬件设计的一个重要部分是两个门扇上的定制门把手。门把手呈弧形,断面大小自始至终以流畅的线条变化。它是为这个项目定制设计和生产的。

图 13 门的技术图纸,a) 不锈钢框架,b) 门到侧板的水平细节和 c) 门的垂直顶部细节

图 13 门的技术图纸,a) 不锈钢框架,b) 门到侧板的水平细节和 c) 门的垂直顶部细节。

2.7. 更换策略

从项目一开始,设计团队就经常讨论更换复杂的曲面玻璃元素。虽然有些玻璃板比其他玻璃板更容易破裂,但每块玻璃板都需要有一个更换选项,而不会对其他玻璃板或商店内部造成严重损坏。由于采用了 SGP 夹层退火或热强化玻璃,因此不会有玻璃板破裂的危险。即使两块玻璃都坏了,玻璃仍会留在原位。

更换策略的主要理念是在更换夹层玻璃元件时尽可能少地移除玻璃板。很难在现场创建类似质量的工厂应用粘结剂,因此将密切监控现场条件。需要在阿姆斯特丹著名的购物街短时间内完成更换。因此,所有独特的玻璃板都已经有库存并存放在靠近项目位置的地方。制定更换策略,并将所有更换步骤写在操作和维护手册中,以通知未来的业主及其工程师和承包商。

由于玻璃经过退火处理,形状复杂,交货期长,更换时需要特别注意。更换玻璃板是一项复杂的工作。在某些情况下,需要临时支持连接的窗格,同时替换另一个。为了放置一个新的,由 POM 制成的临时工具已经设计用于将玻璃和不锈钢保持在正确的位置,以便现场粘合。

侧玻璃板(图 3 中的 5、4、9、13 号)将从内部用起重工具更换。这些窗格需要通过切断硅胶接头与前窗格和结构主钢断开,然后从结构主钢上断开。然后需要从内部取出窗格并更换。一个复杂的因素是一楼的砖石绳子课程,它继续在玻璃盒子内。这被设计为每个玻璃盒的一个相对较轻的组件,因此可以在更换侧面板时轻松拆卸。

在放置新的玻璃侧板之前,需要在出厂时预先涂上浅灰色(表面)和黑色(边缘)的硅胶。此外,在运输到现场之前将应用不锈钢冷却肋条,因此最大限度地减少了现场与前面板(易于接近的)接合处的粘合。为了更换侧窗玻璃,顶部的不锈钢隔热屋顶设计成可以部分拆除以形成开口。通过该开口,可以将侧板吊出和吊入。

前面的玻璃板(图 3 中的 1、3、7、8、10、14、15)将在外部玻璃吸盘的帮助下更换。它们是最重的玻璃元件,重量为 260 公斤。将吸盘连接到破损的前面板后,粘在侧面板上的硅胶接头将被切割并应用临时支撑。新夹层玻璃元件的边缘也需要在车间预先涂上黑色结构硅胶。将新的前面板放置在侧面连接中时,在现场应用结构硅胶,并再次创建底部注射砂浆接缝。

三、预制与安装

3.1. 预组装

由于简约的细节、理想的质量和几何复杂的玻璃形状,决定在 Octatube 的车间预组装所有三个玻璃盒。通过这样做,所有胶合细节都在工厂监控良好的条件下应用。

由于每个玻璃箱的宽度为 1.8 m,高度为 8.2 m,因此无法垂直预组装玻璃单元:因此玻璃箱是水平预组装的,需要在现场旋转 90 度。这导致了对静载支架刚度的额外分析。

玻璃盒按以下步骤组装(见图 14):

a) 用浅灰色结构硅胶预先粘合侧翅片,先粘合 1 毫米,然后粘合 5 毫米,然后将不锈钢板粘合到玻璃上。
b) 用 DC993 黑色结构密封胶预先涂抹所有玻璃边缘。
c) 将不锈钢端条粘到翅片上。
d) 组装玻璃箱下方的支撑结构。
e) 将结构主体钢矩形空心型材放置在支撑结构中。
f) 放置所有玻璃侧板(翅片),并在主钢结构上使用临时支撑来承载自重。
g) 放置不锈钢门框(门洞周围)。
h) 放置所有前面板和不锈钢屋顶。
i) 在前面板和侧面板的交叉处放置不锈钢元件。
j) 注入支撑玻璃单元自重的关键细节。
k) 粘合不锈钢和玻璃之间的所有连接。

这两扇门是分开生产的,并在后来的体育场中运到现场。

第一步需要工艺,防止表面胶合出现色差。世界范围内公认的专家被引进来建立这些重要的联系。结果令人惊叹:表面看起来就像玻璃上印刷的玻璃料。

在水平位置时,在主钢结构上增加了一些额外的 L 形型材。由于玻璃和二级钢的重量,这些将永久载荷转移到 RHS 部分。由于在水平位置,这个重量需要由全表面胶接接头承担。为了最大限度地减少此接头上的长期应力,引入了临时 L 形轮廓,如图 14 所示。

图 14

图 14 a) 车间侧板的浅灰色预涂抹(步骤 a),b) 将不锈钢冷却肋条粘合到侧玻璃上,c) 侧板浅灰色预涂抹的内部视图现场最终组装后,d) 支撑结构(步骤 d),e) 支撑结构中的主要结构(步骤 e),f) 绘制临时支撑结构上的所有玻璃边元件,临时支撑到主钢结构(步骤 f) , 和 g) 绘制临时支撑结构,其中所有玻璃板都应用了突出显示的前部元件(步骤 h)。

在所有步骤中,公差都发挥着重要作用。生产不锈钢零件需要大量模具。一些不锈钢板先向一个方向弯曲,然后再向另一个方向弯曲,最终形成双弯曲形状。玻璃也是弯曲的,所有这些都需要在角落细节中以最小的公差连接。这些玻璃盒的制作被比作瑞士手表,但后来是在建筑行业。

许多由 POM 制成的临时元件用于将玻璃和不锈钢保持在正确的位置和正确的距离以进行结构粘合。所有结构接头都分多个步骤粘合:首先在凹陷位置创建结构连接,然后移除临时 POM 元素并一次性粘合接头的可见部分。

3.2.运输和安装

一种特殊的装配钢结构设计用于现场运输和旋转。组装框架机械连接到玻璃盒子的主要钢“画框”。组装结构围绕玻璃箱的所有侧面,并在玻璃箱周围形成刚性结构。这种坚硬的框架阻止了玻璃箱在现场运输或旋转时自由移动和旋转。

玻璃箱完成后(从开始生产主要钢材到完成运输大约需要 4 个月),所有箱子都用 7 毫米的白色塑料板仔细包装,并带有风管。这不仅可以在运输和现场旋转期间保护玻璃盒,而且可以在后期应用砌体时保护玻璃盒。

图 15 a) 工厂临时框架顶部的组装结构图和 b) 现场水平位置的组装结构

图 15 a) 工厂临时框架顶部的组装结构图和 b) 现场水平位置的组装结构。

玻璃盒从水平到垂直的旋转只用了几分钟。对于每个盒子,包括旋转、提升和连接到主体结构的总安装时间仅为 1 小时。由于快速组装,所有三个钢制和玻璃箱在 2 天内安装完毕。

旋转由两台起重机同时完成,每个玻璃盒的顶部和底部都有一个精心设计的滑轮机构。一开始,玻璃箱由两个滑轮机构承载,而在垂直末端位置,只有一个起重机和滑轮机构承载负载。

在卡车到达之前,连接到主要钢结构的支架已经预先安装和定位。将盒子连接到这些支架后,组装结构被完全拆除,而玻璃盒子周围的塑料保护装置保持原位。这种保护在砌体完成后解除,以防止玻璃破损或划伤。

图 16 a) 装配结构在 30 度位置的玻璃箱,b) 装配结构在 60 度位置的玻璃箱,c) 安装了两个装配结构的所有玻璃箱,d) 所有玻璃箱安装但仍然受到保护

图 16 a) 装配结构在 30 度位置的玻璃箱,b) 装配结构在 60 度位置的玻璃箱,c) 安装了两个装配结构的所有玻璃箱,d) 所有玻璃箱安装但仍然受到保护。

四、结论

当今的外墙具有越来越多的曲面玻璃项目,元素尺寸越来越大。这些项目表明玻璃行业正在以非常明显的方式发展。窥镜的外观要微妙得多,未经训练的眼睛很容易忽略。它的规模相对较小,并与相邻的建筑结构融为一体。然而,它的独特之处在于其弯曲的几何形状、简约的细节和高品质的材料。众多专家齐聚一堂,共同实现客户的抱负和建筑梦想。创建了一个混合玻璃结构,而施工和组装从早期就嵌入到设计中,以实现无缝安装。

五、讨论

对最小细节的追求导致了夹层非绝缘玻璃的设计选择。这对于购物橱窗来说很常见,但是人们应该努力将所需的操作能量降到最低。它还导致需要定期维护制度的结构粘合细节。设计团队详细讨论了所有这些,并确保尽可能降低风险。严格的维护制度和状况评估将是不久的将来面临的挑战——就像任何其他创新设计一样。

六、参考文献

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Descamps, P.,Hayez, V., Chabih, M.: Next generation calculation method for structural silicone joint dimensioning, Glass Struct. Eng.2: 169–182(2017). DOI 10.1007/s40940-017-0044-7
Dias, V., Odenbreit, C., Hechler, O., Scholzen, F., Zineb, T.B.: Development of a constitutive hyper elastic material law for numerical simulations of adhesive steel-glass connections using structural silicone, Int. J. Adhes. Adhes. 48, pp. 194-209(2014)
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