杭州来福士广场异形超大蜂窝网状不锈钢雨篷设计要点及实践

胡金柱

摘 要：针对当前建筑类超大异形雨篷越来越多，雨篷在设计、制作及安装过程中既要保证建筑效果，又要保证其安全性能，本文总结了杭州来福士广场项目超大异形雨棚实际案例经验，希望对今后类似问题起到参考。

关键词：超大异形雨篷；滑移支座；预起拱；BIM模型；卸载；预加载；监测

1 引言

随着建筑行业的发展，现代建筑不仅要实现建筑本身功能性要求，而且对外观及造型要求也越来越高，各地的地标性建筑，呈现在人们眼前的都为一副“艺术品”；建筑师对建筑的外衣--幕墙构思及设计更加奇特化、多样化，力求达到完美。（作为大型商业建筑幕墙出入口的超大异形雨篷，在安全性及外饰效果的要求上就更加严刻，因此本文针对已经完工的杭州来福士广场项目中，FS10系统异形超大蜂窝网状雨篷的设计进行总结及论述。

2 工程概况

杭州来福士广场位于杭州市钱江新城CBD核心位置，毗邻杭州市政中心，以及杭州大剧院和国际会议中心，是集高档商业、甲级写字楼和五星级酒店等多种功能为一体的大型城市综合体，为杭州地标性建筑。项目由两座塔楼和基座裙房组成， 两幢姊妹塔楼分别为60层和58层，塔楼高度250米，裙房南面为7层，北面为10层，裙楼高度为60米。

FS10系统雨篷面积为200平方米，外端最大悬挑13米，雨蓬弧长50米，标高为12米，位于北裙房与T2塔楼间的酒店出口位置。内侧和外端顶部面材为进口复合板，底部为镜面复合板；中间月牙形底部为蜂窝网状不锈钢结构，月牙形顶部为15+2.28PVB+15mm钢化夹胶超白玻璃，整个雨棚为不规则曲面。

3 设计、加工及施工要点

3.1 雨篷结构设计要点

本工程FS10系统雨篷位于酒店出口， 整个雨篷完全是悬挑，并且是超大的蜂窝网状不锈钢结构，最大位置悬挑近13米，不锈钢悬挑面积100平米， 不锈钢悬挑重量30吨， 按照常规雨篷的作法，这样复杂、超大雨篷，必须要有拉锁或者支撑结构来满足结构要求。为达到建筑师的设计效果，又要保证结构安全，本雨篷选择生根于塔楼及裙楼的主体钢结构上，雨篷根部设计采用整体钢结构，来满足雨篷悬挑部位的荷载要求。由于雨篷根部钢结构跨越塔楼与裙楼的伸缩缝，为满足伸缩要求，钢结构设置特殊非标滑移支座，此非标滑移支座既要满足抗拉，又要保证抗压，同时还要适应角位移；不锈钢雨篷悬挑部位，采用10mm厚不锈钢钢板，采取蜂窝网状结构，形成自身的稳定结构，这样就解决了超大雨篷的整体强度要求，既满足安全性能，又避开采用传统拉锁式结构，符合建筑师最初的设计理念。

3.2 雨篷钢结构挠度值（预起拱理论值）计算

将所有构件自重作用于计算模型之上，对计算模型进行理论值验算（该计算无法考虑到施工顺序等对模型变形的影响）。模型中不锈钢截面为不锈钢最不利位置最小截面高度。首先按自重计算时考虑到所有材料的重量，对模型进行有限元计算， 中部不锈钢网最大变形为：32.274mm；第二次按最大预起拱高度为32.274mm，进行有限元分析，此时中部不锈钢网最大变形为：49.7mm；后经幕墙顾问、设计师、业主及幕墙专家开会讨论，考虑到此雨篷檐口超内侧排水，雨篷不锈钢网状结构为10mm厚不锈钢板，面积大，自重荷载达到30吨，网状结构计算模型复杂，并且在施工过程中不可避免要有误差，考虑综合因素，结合理论计算值的基础上，最大起拱高度为150mm，按此预起拱，经有限元分析，此时中部不锈钢网最大变形为：25.2mm；两侧起拱高度依据理论计算的变形量等比递减，此起拱高度经施工完毕后测量验证，满足预期效果。

3.3 不规则的异形蜂窝不锈钢网结构生产、组装要点

雨篷整体造型为异形双曲面， 为保证不锈钢网加工精度，全程应用BIM技术，用于指导深化设计、加工、安装等各环节工作。10mm不锈钢总计101片，每一片都不一样，需要BIM模型1：1展开；加工后每一片都要按模型尺寸进行检测；另外由于101片10mm不锈钢，每一片的形状、大小及标高各不相同，如果现场工地单片组装，现场施工误差控制无法满足要求，必定会出现高低、进出等，无法满足建筑师设计效果。为解决此问题，BIM工程师按建筑师模型，根据起拱高度进行建模放样，考虑到不锈钢网顶部相邻两片在一个平面，车间按BIM最终模型高度制作1：1模型平台，保证每相邻两片的标高與模型一致，整体进行预组装，组装过程中出现生产误差，及时在工厂内进行调整，这样就保证了整体不规则的异形蜂窝不锈钢网结构的精确度。

3.4 不锈钢网安装要点

不锈钢网虽然在工厂内预组装，但是101片各不相同的10mm不锈钢片需要现场进行安装，现场施工误差累积，再加上不锈钢蜂窝网为镜面效果，安装过程中将不可避免的出现划伤等缺陷，外饰效果将会大打折扣。为解决上述问题，将预组装的不锈钢网按6份拆分运输到工地，现场在拆分的6组相邻位置也制作1：1模型，工地现场将6组预组装为2组，之后根据最终的BIM模型，在不锈钢网理论标高100mm下方端部做1：1的模型平台，利用可调的液压千斤顶进行支撑，预组装完成的2组不锈钢网吊起安装，待初步固定后利用可调液压千斤顶微调，保证安装精度。这样就避免了安装误差及安装过程中对装饰面的划伤破坏等不利因素，从而达到预期效果。

3.5 雨篷整体卸载、预加载实验及相应要点

由于本工程雨篷为超大不规则的蜂窝网状不锈钢结构，且完全悬挑，在以往的幕墙工程中没有类似或相近的案例用以参考和借鉴，为了验证其安全性和整个装饰效果，特聘请第三方浙江中浩应用工程技术研究院有限公司对雨篷整体卸载、预加载实验进行监测。

来福士FS10系统雨篷上层钢结构施工过程中结构体系将随施工阶段不同而变化，现场施工荷载条件也是不断变化的，因此杭州来福士广场FS10雨篷上层钢结构的实际内力与设计内力值之间及结构的实际变位与设计变位值必然存在差异。因此施工过程中必须对内力及变位进行监测，及时掌握结构实际状态，对施工步骤及条件做出调整，防止施工中的误差积累，确保结构安全。

3.5.1 监测监控的频率

第一阶段 杭州来福士广场FS10雨篷卸载，卸载分为5个阶段，每个阶段分别卸载30%、30%、20%、10%、10%，每次卸载稳定后（卸载完成15min）测量出变形和应变数据。

第二阶段 杭州来福士广场FS10雨篷卸载稳定后预加载，预加载分为3个阶段，分别为玻璃荷载、风荷载、雪荷载，每次加载稳定后（加载完成15min）测量出变形和应变数据。

3.5.2 变形及应变的监测

通过测量出结构在不同状态下监测点前后比较，实现变形监测。变形监测旨在防止在钢结构施工过程中出现的变形危及成体系的结构安全，并保证结构施工完成后，各控制点的坐标（标高）要满足设计要求。测量结果与计算结果进行对比，分析得出施工过程中可能出现的施工误差及原因，提交监测数据与分析成果，并采取针对性措施进行施工保障。

根据雨篷上层钢结构主体结构特点，随着钢结构施工以及上部结构荷载改变后，本次监测工作将合理地布置应变测点，使观测成果能反映结构应力分布及最大应力的大小和方向，以便和计算结果进行对比，同时综合其他监测信息进行分析，从而为施工过程安全与结构工作状态的评估提供参考。

3.5.3 监测变形及应变依据

应力测量是结构施工监测中很重要的内容。了解应力沿构件的分布情况，特别是了解结构危险或关键截面处的应力分布及最大应力值，对于验证设计是否合理，计算方法是否正确，都有直接的意义。因此雨蓬根部钢结构按应力变化作为监测依据，利用所測应力资料还可以直接了解结构的工作状态和强度储备，在结构应力达到预警值时及时发出警报，为进行结构处置提供准确依据。直接测定出应力比较困难，目前还没有较好的方法，通常是借助于测定应变值后通过材料的应力应变关系曲线或方程换算为应力值。

不锈钢网悬挑较大，监测中按相应不锈钢网端部检测位悬挑长度的1/125作为变形过大的判断依据，将每轮卸载及预加载阶段现场测量的数据，与相应该阶段的理论值进行比较，当实际值大于理论时须停止施工。

4 结束语

综上所述，随着社会进步及经济的发展，当代建筑业蓬勃发展，建筑物造型及外观要求也不断提高，这就要求在设计、制作及安装施工过程中，采用合理的设计方案，根据工程特点采取有针对性的施工方案及措施，才能保证在工程的安全基础上，达到建筑师所要表达的理想效果。

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