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博学之馆 万物归宗——郑州博物馆新馆幕墙工程解析
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博学之馆 万物归宗——郑州博物馆新馆幕墙工程解析

 

博学之馆 万物归宗——郑州博物馆新馆幕墙工程解析

  天地之中蕴郑城,慢慢品,旧事未老。深装巧匠夺天工,披星月,尽赶早。

  冕冠加绣银甲鳞,细细筑,创世王朝。宝盆乃大皆有容,似也叹,合聚好。

  ——《浪淘沙·郑博新馆》

  郑州博物馆作为国家一级馆,存有文物52468件,其中一级文物79件、二级文物238件。“镇馆之宝”包括大名鼎鼎的青釉瓷尊、商代前期青铜方鼎、春秋青铜编钟、九鼎八簋九鬲两壶等。老博物馆由于面积受限,让大量“宝贝”隐居库房。而正在建设的新馆,建成投入使用后,依托7万多平方米的地面建筑面积,和功能完善、设施先进的馆设,大量“隐居”的文物将和世人亲密接触,成为国人领略中原传统厚重历史文化的重要之地。

  从2018年年底开始进场,郑州博物馆(新馆)幕墙工程已初具规模,其建筑外观立意取自象征黄帝文明的“冕冠”造型,同时引借聚宝盆的形象寓意,提炼出遒劲的曲线动势,生成“冕冠”浮出“聚宝盆”上的文明景象。新馆在今年落成后,将成为2019年第11届全国少数民族传统体育运动会的重要配套设施。

  

博学之馆 万物归宗——郑州博物馆新馆幕墙工程解析

 

  一圈转下来,这个幕墙项目看点十足,而且不经意间,又缔造了诸多“幕墙之最”。

  一、GRC之最:造型最复杂的GRC幕墙

  GRC幕墙面积有3万多平方,展开有40000㎡以上。

  GRC板在微观上是碗形+菱形+横条型。在宏观上呈厚碗型(聚宝盆)。

  “聚宝盆”碗状GRC虽然整体呈现的是一个东西走向直线距离达155米,最高点达29米的庞大“聚宝盆”,但分解开来,其实是由一个个小的梯形“聚宝盆”组成的。说它小,其实也不小,最大分格的碗状GRC达到2933x1664mm,重达350公斤。造型上外端由一个较大的梯形组成,里端则由1/3板块大小的等比例梯形内凹170形成一个小的“聚宝盆”,“盆”里侧则规则的布置着“回”字状锯齿形拉槽。

  

博学之馆 万物归宗——郑州博物馆新馆幕墙工程解析

 

  二、超大、超复杂屋面系统

  1.建筑单体屋面形式多达四种。

  ① 隐框玻璃幕墙采光顶;

  ② 电动遮阳百页;

  ③ 屋面采光顶;

  ④ 铝板屋面,这个要说一下,铝板是和钢结构进行预装,以装配式的形式进行提升安装,部分位置还要进行横向运动就位,最大提升的屋面结构板块尺寸达到9米×4米×1.4米,重量超2吨。

  

博学之馆 万物归宗——郑州博物馆新馆幕墙工程解析

 

屋面“铝板+钢结构”装配式单元体,最大尺寸达9米×4米×1.4米

 

  2.整体屋面面积近60000㎡,创建筑单体屋面之最。

  3. 屋顶的女儿墙部位,还有巧妙设计的溢水孔,能确保百年一遇的暴雨来临之际,及时给屋面排水,避免屋面被雨水压塌(屋面承水水深极限为30cm)。

  

博学之馆 万物归宗——郑州博物馆新馆幕墙工程解析

 

  三、精确的加工工艺和高质量施工技术,确保“冕冠”浮出“聚宝盆”上的文明景象。

  好了,郑博新馆幕墙工程的详情,让我们一起来看看设计师的解读吧……

  

博学之馆 万物归宗——郑州博物馆新馆幕墙工程解析

 

  集大气于天成,蕴灵巧于万物,坐落于郑州西四环东侧,中原路与陇海高架之间的市民公共文化服务区“四个中心”中轴线的郑州博物馆新馆亮相中原,这座万博之馆是河南省最大体量的博物馆,秉承着“中华之中,黄帝之冠”的设计理念,将现代化的表现手法和悠久的传统历史有机结合起来,完美呈现出一种文化与时尚的视觉盛宴。

  映入眼帘的东西两侧是雄伟壮丽的GRC系统,行云流水的雕纹赋予着古老而又庄严的气息,北面碗状GRC则是收纳天下之灵气的“聚宝盆”的象征,最具特点的是由铝板组成的屋顶造型“冕冠”,东西长约140m,悬挑高度最高处达67.8m,给人以帝王般尊贵隆重的视感。

 

  

 

  项目组充分的了解了建筑的设计内涵和文化寓意后,逐一分解该项目复杂的造型设计,并逐一制定方案将其个个击破,把建筑师的设计内涵一一转化为具体的一钉一栓。克服工期紧、任务重、难度大的三座大山,不畏艰险,逆流而上,在确保工程质量的基础上势将其顺利交付给郑州人民,使“中华之中、黄帝之冠”的形象如期跃然于神州大地。

  郑州博物馆新馆项目估算投资额约15.1亿元,总建筑面积14.5万平方米,是国内单体面积最大的博物馆。地下两层,地上三层(局部五层)、建筑总高68米。新馆一层由三层通高的中央大厅、临时展厅、学术报告厅、非遗展示区、公共服务空间、观众服务用房等组成。二层由基本陈列展厅、专题展厅、未成年活动中心、4D影院、观众互动体验空间及公共服务空间等组成。三层主要由专题展厅、未成年人活动室、观众休息厅、互动体验室等用房组成。局部四层主要由专题展厅、多功能厅、科技保护中心用房及文物库房组成。局部五层:主要由科技保护用房、综合业务办公用房、信息资料中心用房等组成。

  藏品库区由库前区和库房区组成。库前区主要包括拆箱间、鉴选室、暂存库、材料库、保管设备库、周转库等;库房区按藏品材质分类,包括书画、金属器具、陶瓷、玉石、织绣、木器等库。

  基本陈列展区用于展出郑州地区地下出土文物,以及传世和征集的珍贵文物,包含“创世王都”“天地之中”“郑城旧事”三个基本陈列展厅。设置在建筑二层。专题展区用于展出大型石刻、郑州名人、汉代画像砖、陶瓷艺术、宋金壁画、姓氏文化、地方戏曲、非物质文化遗产等主题文化。设置在一至四层。

  教育区主要包括学术报告厅、未成年人活动中心、观众体验专区、多功能厅、4D影院。其中,学术报告厅位于一层东侧,出入口位于北侧;未成年人活动中心位于二、三层东侧,独立成区;观众互动体验区及其他休闲设施分散布置在博物馆各节点,为观展游客提供体验式的互动休闲空间;多功能厅位于四层,与周围展厅构成地方特色文化展示区;4D影院位于二层南侧,与边庭空间共同构成休闲区域。

  新馆公共服务设施主要包括:售票室、饮水室、广播室、贵宾接待中心、纪念品店、书店、餐厅、公共空间等。

  郑州博物馆作为国家一级馆,目前有文物52468件,其中一级文物79件、二级文物238件,包括大名鼎鼎的青釉瓷尊、商代前期青铜方鼎、春秋青铜编钟、九鼎八簋九鬲两壶等,都可谓郑州博物馆的“镇馆之宝”。由于展厅面积或其他条件因素,除了展现在观众面前的“宝贝”,博物馆往往还有大量“隐居”库房的文物。

  新馆投入使用后,依托7万多平方米的地面建筑面积,功能更加完善、设施更加先进,将让大量“隐居”的文物和公众“亲密”接触,进一步发挥其在社会公共服务和中外文化交流中的重要作用,未来,这里将成为市民领略中原传统厚重历史文化的重要场所,也将成为外来客人了解郑州过往历史的一个重要窗口。

  一.幕墙工程概况

  项目幕墙工程主要由7种主系统组成

  系统一:入口处碗状GRC幕墙,位于建筑北面。

  系统二:弧形立面菱形状GRC幕墙,位于建筑东西两侧。

  系统三:弧形立面横条形GRC幕墙,位于建筑东西两侧。

  

博学之馆 万物归宗——郑州博物馆新馆幕墙工程解析

 

  系统四:外立面弧形玻璃幕墙,位于建筑南北面。

  系统五:内庭弧形玻璃幕墙,位于建筑内庭及屋面。

  系统六:屋面玻璃采光顶。

  系统七:屋面大截面金属格栅。

  二.面积最大 GRC幕墙——东西两侧弧形立面菱形GRC幕墙设计

  

博学之馆 万物归宗——郑州博物馆新馆幕墙工程解析

 

  系统难点及解决方案介绍:

  2.1宏观造型设计:

  该项目整体平面呈现为椭圆造形,其中东西两侧立面弧线线长都为107米,立面在宏观上是由半径分别为62858mm与126583mm的圆弧于1-10轴和1-23轴线处相切而成,如下图所示:

 

博学之馆 万物归宗——郑州博物馆新馆幕墙工程解析

 

  菱形GRC宏观造型示意

  但因为GRC板块为菱形状,并非常规矩形,故而必定会有板块横跨

  两种半径,这给加工制作带来了一定困难。

  2.2微观造型设计:

  在宏观造型上为变半径圆弧相切,在微观上造形更为复杂,整体呈现为菱形状,但菱形中部为球面圆柱体造型,辅以象征中华传统文化的“回形纹”路,使得GRC板块整体造型庄严大气,同时也增加了单个板块的加工复杂程度。

  

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  菱形GRC实物样板照

  

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  菱形GRC规格造型

  2.3层间防火设计

  复杂的造型,导致GRC板面进出凹凸不平,这给层间防火的设计工作带来两个挑战:1.如何在这凹凸不平的板材与层间结构间设置一道严丝合缝的防火隔离带;2.如何尽量减少因防火隔离带导致的板块种类增加的问题。在经过反复而又严格的比较核对后,最终我们创造性地增加了GRC背部层间防火构造,并兼顾了所有楼层的不同情况,选择了只增加两种防火GRC类型的方案,完美的解决了该问题。

  

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  菱形GRC背部层间防火隔离带布置图

 

  博学之馆 万物归宗——郑州博物馆新馆幕墙工程解析

 

  菱形GRC背部层间防火隔离带三维示意

  2.4造型消防救援窗及溢流口设计

  如此复杂的造型上,还分布有17处消防救援窗及12处溢流口。消防救援窗设计的设置难点有:1.需在合适的位置上设置大小满足1000*1000mm净尺寸空间的消防救援窗;2.GRC消防救援窗无法像玻璃一样采用砸碎的方式来进入救援,只能以设置开启扇的方式来解决该问题,这就又产生了两个新的问题,一是尺寸问题,太大开不动,太小不满足尺寸要求;二是对外立面效果的影响问题,如何让这消防救援窗既能在平时不影响观感,火灾之时又能分辨得清?这看似矛盾得不可调和的问题着实让我们十分为难,经过反复求证,最终我们通过选取菱形GRC中间的1117*1000mm矩形窗来实现开启的可操作性,通过减少造型中间球面圆柱体的凸起距离来体现差异性,让整个立面第一眼乍一看上去显得毫无违和感,但第二眼再一细看又能明显找到这几处救援窗。

  

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  消防救援窗方案图

  

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  GRC消防救援窗开启状态(左)、GRC消防救援窗关闭状态(右)

  

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  GRC消防救援窗开启状态实景图

 

  此外,菱形GRC屋顶女儿墙处还布置有12处溢流口。溢流口的布置是为了防止博物馆这种重点文物保护工程突遇大雨而屋顶有组织排水效果不佳或失效时,采取的一种保证措施,能使屋顶大量的积水通过溢流口到达幕墙外立面直接外排,从而达到保障重点文物不受浸害的目的。既要实现溢流的功能,又要让溢流口对立面效果的影响最小化,我们通过对造型的分析,最终巧妙地将溢流口设置在凹槽内部,既能在排水量上满足设计要求,又将其对外立面的影响巧妙地藏了起来。

  

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  菱形GRC溢流口模型示意图

  三.造型最复杂 GRC幕墙——北面“聚宝盆”碗状GRC幕墙设计

  

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  系统难点及解决方案介绍

  3.1宏观造型设计

  北面“聚宝盆”碗状GRC是本项目的一个亮点也是难点,寓意聚集天下之灵气,造型上底口是由半径为99083mm的圆弧与两侧两个半径都为35358mm的圆弧相切而成,同理,顶口则是由半径为116383mm的圆弧与两侧两个半径都为52658mm的圆弧相切而成,截面则是取半径为32947mm的一段圆弧,使其进出尺寸差达到17300mm。详细造型成型原理如下图所示:

  

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  碗状GRC成型平面图(图中红色部分)

  

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  碗状GRC剖面造型

 

  

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  碗状GRC表皮成型图

  3.2微观造型设计

  “聚宝盆”碗状GRC虽然整体呈现的是一个东西走向直线距离达155米,最高点达29米的庞大“聚宝盆”,但分解开来,其实是由一个个小的梯形“聚宝盆”组成的。说它小,其实也不小,最大分格的碗状GRC达到2933x1664mm,重达500公斤。造型上外端由一个较大的梯形组成,里端则由1/3板块大小的等比例梯形内凹170mm形成一个小的“聚宝盆”,“盆”里侧则规则的布置着“回”字状锯齿形拉槽。

  

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  碗状GRC实物样板照

 

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  碗状GRC板块详图

  3.3平面分格点及横梁精确定位

  众所周知,双曲面异形幕墙的龙骨及面材的加工、安装定位问题一直是难点所在,针对本项目的具体情况,我们采用了立柱主龙骨拉弯,横梁折线拟合的方案,其中,以横梁的加工定位精度要求更高,难度更大,针对这一困难,我们将每一根横梁的长度,加工所需角度β及横梁与立柱定位角度α以列表的形式列举出来,方便现场加工生产及定位安装。

  

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  碗状GRC横梁加工及定位尺寸表

  除此之外,我们还结合三维模型对现场进行交底,方便一线工人的理解,但鉴于三维操作要求较高的困难,我们又将这些他们理解后的构造关系及数据全部转换为二维图纸和具体的标注,其中包括每一根横梁的位置尺寸布置图以及每一个高度分格所对应的多达17张平面图,这些数据共同保证了现场一线工人的准确理解和正确合理的材料加工及施工安装。

  

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  碗状GRC三维交底模型

  

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  碗状GRC三维数据转二维数据布置图

  

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  碗状GRC施工实景图

  四.建筑单体屋面之最——屋顶“冕冠”造型铝板幕墙设计

  4.1宏观造型设计

  “冕冠”始于周代,也称“旒冠”,俗称“平天冠”, 主要由延、旒、帽卷、玉笄、武、缨、纩、紞等部分组成,是帝王在参加重要典礼活动时所戴的等级最高的礼冠。本项目屋顶造型铝板正是取自“冕冠”里的重要组成部分“延板”而成,营造出郑州博物馆如帝王般尊贵隆重的气势。其中北侧标高35.7米,从北向南逐渐升高至67.8米,且呈北宽南窄渐变之势。

  

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  4.2复杂钢桁架钢网架结构及龙骨布置固定方案设计

 

  该项目屋顶“冕冠”造型总用钢量多达12000多吨,主要由中间31榀钢桁架及两侧的钢网架组成,中间有镂空铝板造型,复杂的桁架及网架腹杆丛生,规格各异,如何运用最少规格的材料来适应不同规格主体钢架且能避开复杂的腹杆是摆在面前的第一道难题。此外,“綖板”前后悬挑出结构近三十米,最高处达67.8米,这里如何施工也是摆在眼前的一个巨大难题。

  

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  屋顶造型铝板钢结构模型图

  经过仔细研究钢结构图纸,寻找主体结构布置规律,我们采用了埋板抱箍+铝板独立主次龙骨布置的方案较好的解决了固定和材料规格统一的问题;最后,为了减少现场施工措施的搭建,提高材料的加工安装精度,我们将悬挑部位设计成单元板块,如此一来,很好地解决了施工措施的问题,但因单元的非标准性,导致形状各异的异形单元给设计和施工又带来了新的难度。

  

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  屋顶造型铝板龙骨布置及固定方案图

  

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  屋顶造型铝板单元吊装实景图

  4.3 BIM参数化下料

  因屋面造型铝板在高度和宽度上同时渐变,导致铝板和玻璃的尺寸很难在二维图纸中精度表达,为克服该问题,我们采用了行业较为成熟的RHINO+GRASSHOPPER的BIM参数化软件较好地解决了该问题,批量生成加工图及其对应数据,极大地减少了设计下料的工作量。

  

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  △ 郑州博物馆重难点部位RHINO模型

  

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  异形铝板RHINO+GRASSHOPPER参数化下料

  五.南面24米大跨度钢桁架玻璃幕墙设计

  

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  南面24米大跨度钢桁架安装实景图

  本项目南面为竖明横隐的玻璃幕墙,玻璃配置较高,为8+1.52Pvb+8(双银low-e)+12Ar(氩气)+8+1.52Pvb+8mm超白钢化夹胶中空玻璃(暖边条),最大尺寸达4400*2154,重达800公斤,玻璃后面采用吊挂式钢桁架主龙骨,高度达24米。如此大的荷载给主体结构带来了不小的负担,经过与设计院核对并反复调整桁架固定方案,最终对14榀桁架的不同情况制定出针对性的5种连接方案,最大限度地减少对主体结构的负荷,较好地解决了该问题。

  六.结语

  郑州博物馆新馆作为郑州市文化中心CCD的重要组成部分,在传承河南悠久历史、弘扬传统文化方面具有重要意义,也为中原崛起、文化自信打下了坚实的基础,中建深圳装饰有限公司致力于品质提升,弘扬文化精神,巧夺天工的手艺溶于郑州博物馆新馆的一砖一瓦当中,别具匠心的设计将传统文化与现代建筑有机结合,将文化传承下来的同时,为城市带来福音,架起优秀传统文化与社会公众互通、中华文明与世界文明互动的桥梁。