王欣:GRC在現(xiàn)代建筑中的運(yùn)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(yùn)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(dòng)的絲綢！
在這里我們將打造
中國第一個(gè)海上客運(yùn)絲綢之路！
--天津港國際郵輪母港 [Page]
設(shè)計(jì)和圖紙概念：
1. 建筑形體用"數(shù)字建構(gòu)"把創(chuàng)意構(gòu)思使用數(shù)字技術(shù)在電腦中生成建筑形體（采用先進(jìn)的犀牛軟件建構(gòu)）。
2. 借助于數(shù)控?cái)?shù)據(jù)或設(shè)備進(jìn)行建筑構(gòu)件的生產(chǎn)及建筑的建造。
3. 前者的關(guān)鍵是“生成”，后者的關(guān)鍵是“建造”，兩者均離不開數(shù)字技術(shù)。
工程概述 ：
1. 天津國際郵輪碼頭工程（客運(yùn)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(diǎn)：天津市東疆港區(qū)南端
3. 建筑師：中建國際設(shè)計(jì)顧問有限公司（CCDI)
4. 主體結(jié)構(gòu)形式：鋼結(jié)構(gòu)體系
5. 建筑高度：32.745米
6. 建筑物耐火等級(jí)：一級(jí)
7. 建筑防水等級(jí)為：一級(jí)
8. 抗震設(shè)防烈度： 七度
9. 幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限：50年
11. 建筑結(jié)構(gòu)安全等級(jí)：一級(jí)
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(shè)計(jì)中我們需同設(shè)計(jì)師共同考慮的問題：
1.產(chǎn)品造型能力的設(shè)計(jì)，犀牛模型怎樣轉(zhuǎn)成數(shù)控技術(shù)，完成生產(chǎn)和安裝要求
2.屋面1級(jí)防水系統(tǒng)的構(gòu)造設(shè)計(jì)
3.防火設(shè)計(jì)
4.屋面避雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)
5.屋面和層間排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)
6.屋面和層間（清潔擦窗）系統(tǒng)設(shè)計(jì)
7.屋面和層間表面密封設(shè)計(jì)
8. 采光和燈光系統(tǒng)設(shè)計(jì)
9. 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)
10. 建筑工程抗震設(shè)防和風(fēng)壓設(shè)計(jì)
11.安裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)
屋面材料組成形式：
GRC/熱鍍鋅GRC背負(fù)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(gòu)
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(shù)對(duì)物體進(jìn)行 三維空間坐標(biāo)標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)
GRC的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)：
《預(yù)制混凝土制品.玻璃纖維增強(qiáng)水泥的工廠生產(chǎn)控制的一般規(guī)則》
?。˙S) EN 1169-1999
《預(yù)制混凝土制品.玻璃纖維增強(qiáng)水泥的試驗(yàn)方法.基質(zhì)堅(jiān)實(shí)度的測量."坍塌"試驗(yàn)方法》
（BS) EN 1170-1-1998
《預(yù)制混凝土制品.玻璃纖維增強(qiáng)水泥試驗(yàn)方法.新鮮GRC纖維含量的測量.沖刷試驗(yàn)》
(BS) EN 1170-2-1998
《預(yù)制混凝土制品.玻璃纖維增強(qiáng)水泥的測試方法.噴射的GRC纖維含量測定》
(BS) EN 1170-3-1998
《預(yù)制混凝土制品.玻璃纖維增強(qiáng)水泥的測試方法.測定抗彎強(qiáng)度.簡易彎曲試驗(yàn)法》
(BS) EN 1170-4-1998
《預(yù)制混凝土制品.玻璃纖維增強(qiáng)水泥的測試方法.測定抗彎強(qiáng)度.完全彎曲試驗(yàn)法》
(BS) EN 1170-5-1998
《預(yù)制混凝土制產(chǎn)品.玻璃纖維增強(qiáng)水泥的測試方法.浸漬時(shí)水吸收性的測定和干密度的測定》
(BS) EN 1170-6-1998
《預(yù)制混凝土制品.玻璃纖維增強(qiáng)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(qiáng)水泥外墻板》
JC/T1057-2007
國家GRC行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：
《玻璃纖維增強(qiáng)水泥外墻板》
JC/T1057-2007
在我們工程應(yīng)用中，因?yàn)镚RC還未能上升到GB標(biāo)準(zhǔn)，
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(biāo)準(zhǔn)的，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和檢測報(bào)告。[Page]
考慮GRC材料在國際應(yīng)用的廣泛性，我們?cè)诒竟こ碳夹g(shù)要求中，采用了高于國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的歐標(biāo)（BS）標(biāo)準(zhǔn)。
GRC材料比較:
二、設(shè)計(jì)依據(jù)及規(guī)范
1.計(jì)算引用的規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及資料
1.1 幕墻設(shè)計(jì)規(guī)范：
《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50429-2007
《建筑幕墻》 GB/T21086-2007
《金屬與GRC幕墻工程技術(shù)規(guī)范》 JGJ133-2001
1.2建筑設(shè)計(jì)規(guī)范：
《高層民用建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》 GB50045-95(2005年版)
《高處作業(yè)吊藍(lán)》 GB19155-2003
《工程網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃技術(shù)規(guī)程》 JGJ/T121-99
《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》 GB50189-2005
《建筑表面用有機(jī)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(yīng)用技術(shù)規(guī)程》 CECS154：2003
《建筑隔聲評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》 GB/T50121-2005
《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》 GB50016-2006
《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50057-94(2000年版)
《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》 GBJ118-88
《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50176-93
《民用建筑設(shè)計(jì)通則》 GB50352-2005 [Page]
1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所采用的設(shè)計(jì)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)程
《建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)術(shù)語和符號(hào)標(biāo)準(zhǔn)》 （GB/T50083-97）
《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》 （GB50068-2001）
《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》 （GB50223-2008）
《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》2006年版 （GB50009-2001）
《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》 （GB50017-2003）
《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》 （GB50011-2001）及2008年局部修訂
《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》 （GB50018-2002）
《建筑工程設(shè)計(jì)文件編制深度規(guī)定》（2008年版）
《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50205-2001
《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程》JGJ81-2002
《鋼結(jié)構(gòu)防火涂料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》CECS24：90
《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ133-2001
3.風(fēng)洞試驗(yàn)初步報(bào)告:
天津港國際郵輪碼頭工程客運(yùn)大廈風(fēng)洞試驗(yàn)初步報(bào)告
北京大學(xué)湍流與復(fù)雜系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
荷載
風(fēng)荷載
天津基本風(fēng)壓按100年一遇取: 0.6 Kpa
建筑物高度為: 38.39m
陣風(fēng)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(hù)結(jié)構(gòu)偏安全取: 2.0
風(fēng)載標(biāo)準(zhǔn)值為:Fw=0.6×1.67×1.52×2.0=3.0 Kpa
屋面風(fēng)荷載
根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)，屋面所有比規(guī)范值高的
測點(diǎn)3=5.88 測點(diǎn)9=3.93 測點(diǎn)14=3.34 測點(diǎn)19=3.57 測點(diǎn)25=3.66 測點(diǎn)32=4.12
測點(diǎn)4=5.42 測點(diǎn)10=5.58 測點(diǎn)15=3.49 測點(diǎn)20=3.18 測點(diǎn)26=3.44 測點(diǎn)38=3.03
測點(diǎn)5=3.34 測點(diǎn)11=3.05 測點(diǎn)17=3.20 測點(diǎn)23=3.25 測點(diǎn)30=4.43 測點(diǎn)39=3.35
測點(diǎn)8=4.70 測點(diǎn)13=3.89 測點(diǎn)18=3.21 測點(diǎn)24=3.28 測點(diǎn)31=4.12 測點(diǎn)44=3.26 [Page]
3.GRC廠家的力學(xué)計(jì)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(dòng)考慮。
活載
檢修活載取1.0 Kpa
地震荷載
七度抗震設(shè)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(xiàng)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(fēng)載(恒載控制)
1.35恒載+.1.3活載±1.4風(fēng)載(活載控制)
1.35恒載±1.4風(fēng)載
1.2恒載+0.6活載±1.4地震±0.28風(fēng)載
鋼框架設(shè)計(jì)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(jì)算
屋頂面層計(jì)算：(15mm 厚GRC，面層3mm)
設(shè)計(jì)荷載為3.0×1.4+1×1+0.24×1.35=5.524 Kpa
按鋼框架的設(shè)計(jì)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(yīng)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(fēng)載極限值為
(18.1-1×1-0.24×1.35)/1.4=11.98 Kpa
根據(jù)風(fēng)洞統(tǒng)計(jì)的測點(diǎn)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(shè)計(jì)理論，此鋼板將受軸壓力 [Page]
單軸設(shè)計(jì)壓力為:
N=5.524×0.55×0.55=1.67 KN
根據(jù)GB 50017軸心受壓構(gòu)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(xì)比λ=Lc/ry=175/0.866=202
穩(wěn)定系數(shù)φ=0.176
軸應(yīng)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(fēng)壓為
Fwm=(3.784/0.55/0.55-1-0.24×1.35)/1.4=8 Kpa
根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的測點(diǎn)數(shù)據(jù)顯示。屋頂需要單獨(dú)設(shè)計(jì)的測點(diǎn)為165，風(fēng)壓為9.34Kpa
位于最東南面的檐口位置。層間需要單獨(dú)設(shè)計(jì)的為測點(diǎn)617,風(fēng)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(fēng)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(yīng)參見拉拔測試。經(jīng)驗(yàn)數(shù)值為10 KN左右> 1.67 KN [Page]
下面GRC在現(xiàn)代建筑中的運(yùn)用通過倍立達(dá)廠家提供的工廠對(duì)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(yùn)
工地現(xiàn)場對(duì)大跨度GRC產(chǎn)品, 的吊裝短片
--倍立達(dá)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(jī)場酒店 [Page]
新加坡怡豐城
"怡豐城"可說是本地最具設(shè)計(jì)美感的商場。沿著港灣的白色流線型摩登建筑，既像涌動(dòng)的海浪，又像飄蕩的風(fēng)帆。
整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)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(yàn)。來往人流有如水里飄來游去的魚兒。
它出自世界級(jí)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(gè)作品。伊東豐雄將活動(dòng)和流動(dòng)的概念，融入空間與鋼筋水泥結(jié)構(gòu)里，他說：“我要讓游人在shopping的時(shí)候，感覺如在海上揚(yáng)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(shí)現(xiàn)復(fù)雜的不規(guī)則的建筑形體的可能性；從上述實(shí)例我們同樣也看到，要實(shí)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(gòu)系統(tǒng)，選擇可行的構(gòu)建制造途徑以及精確的施工過程。
事實(shí)上，這類非線性建筑的實(shí)現(xiàn)依賴于一個(gè)嶄新的數(shù)字化設(shè)計(jì)、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(gè)環(huán)節(jié)均離不開數(shù)字技術(shù)。
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(dá)公司。
相關(guān)的GRC產(chǎn)品和安裝的深化設(shè)計(jì)是有廠家自己來完成的。
作者：中建國際（CCDI）設(shè)計(jì)顧問有限公司 王欣
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