秦繼紅，徐 立

(中信和業(yè)投資有限公司，北京 100026)

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

中信大廈位于北京市商務(wù)中心區(qū)核心區(qū)，東至金和東路，南鄰規(guī)劃中的綠地，西至金和路，北至光華路，項(xiàng)目規(guī)劃用地面積11 478m2，總建筑面積43.7萬(wàn)m2，其中地上35萬(wàn)m2，地下8.7萬(wàn)m2；建筑高度528m，地上108層，地下8層，深度達(dá)40m，基礎(chǔ)樁深100m，是北京最高且最深的建筑。以辦公為主，為集會(huì)議、觀光及多功能商業(yè)的超高層智能化建筑，該工程于2013年7月30日開(kāi)工，2018年12月20日完工。建筑效果如圖1所示。

1.2 結(jié)構(gòu)形式

主體結(jié)構(gòu)形式為內(nèi)筒采用鋼骨勁性混凝土結(jié)構(gòu)(型鋼柱、鋼板剪力墻)，外筒采用由混凝土巨型柱、巨型斜撐和帶狀桁架組成的三維巨型框架結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)鋼材最高材質(zhì)為Q390GJC，厚度達(dá)120mm，是世界上唯一一幢結(jié)構(gòu)高度>500m、抗震設(shè)防烈度為8度的超高層建筑。

1.3 幕墻系統(tǒng)

幕墻系統(tǒng)形式多樣，包含單元式幕墻系統(tǒng)、框架式幕墻系統(tǒng)、半單元式幕墻系統(tǒng)、巨柱區(qū)域的鋅板系統(tǒng)、拉索幕墻系統(tǒng)、觀光入口玻璃及石材幕墻系統(tǒng)。面積占比最大的標(biāo)準(zhǔn)層可視區(qū)域采用雙中空超白夾膠Low-E 玻璃；窗間墻采用夾膠中空超白 Low-E 玻璃及氟碳噴涂鋁背襯板，外立面設(shè)置通長(zhǎng)豎向鋁合金裝飾翼，擦窗機(jī)導(dǎo)軌隱藏于豎向鋁合金裝飾翼槽口內(nèi)，與擦窗機(jī)導(dǎo)向輪配合緊密連接、安全可靠，全彩LED燈帶隱藏于豎向次肋，是拉索幕墻設(shè)置高度(503～522m)最高建筑。

2 幕墻設(shè)計(jì)選擇

2.1 幕墻造型需要

中信大廈在設(shè)計(jì)造型的同時(shí)兼顧了城市效果、結(jié)構(gòu)限制及功能需求，需解決位于8度抗震設(shè)防區(qū)的技術(shù)難度外，主要設(shè)計(jì)難題為如何以中國(guó)傳統(tǒng)禮器“樽”為主題，創(chuàng)作出既與古都?xì)v史面貌相呼應(yīng)，又面向未來(lái)并富有動(dòng)態(tài)和曲線形體創(chuàng)意的首都新地標(biāo)，同時(shí)要在高度上超越同樣在8度抗震設(shè)防區(qū)高度>500m的臺(tái)北101大廈。經(jīng)組織多家設(shè)計(jì)單位反復(fù)研討、對(duì)比和論證，在完成的14個(gè)設(shè)計(jì)方案中最終選擇平面為圓角方形，塔樓底部寬78m、中部收分處寬54m、頂部寬69m的方案。各層輪廓尺寸因塔樓外形曲線變化而略有不同，自下而上自然縮小，頂部逐漸放大，最終形成中部有收分曲線形建筑。

2.2 玻璃幕墻方案論證

超高層建筑空調(diào)系統(tǒng)能耗巨大，占大廈運(yùn)營(yíng)總能耗55%以上。為降低超高層項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)成本，經(jīng)測(cè)算及論證，提高幕墻系統(tǒng)熱工性能，降低系統(tǒng)能耗是性價(jià)比最好的解決措施。針對(duì)如何提高系統(tǒng)熱工性能，選擇3個(gè)方案進(jìn)行綜合比對(duì)。

2.2.1方案1 增加中空層厚度并填充惰性氣體

對(duì)中空玻璃中空層進(jìn)行針對(duì)性優(yōu)化，能起到提高幕墻熱工性能的作用。將最初設(shè)計(jì)的中空層常規(guī)厚度12mm提高至16mm甚至20mm，經(jīng)測(cè)算，能小幅度提高傳熱系數(shù)U值；在中空層中充入惰性氣體氬氣或氦氣，能顯著提高U值。但中空層內(nèi)惰性氣體帶來(lái)的性能提升，只在實(shí)驗(yàn)室能有效檢測(cè)。在實(shí)際工程中，惰性氣體的填充質(zhì)量很難控制，對(duì)熱工性能的直接影響也不易測(cè)量。雖然玻璃制造工藝水平穩(wěn)步提高，但截至目前，惰性氣體在中空層的逸散問(wèn)題仍未得到有效解決。試驗(yàn)觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)幕墻板塊安裝完畢，中空層內(nèi)惰性氣體即因溫度冷熱循環(huán)而開(kāi)始逸散，當(dāng)惰性氣體逸散至填充量80%后，即認(rèn)為中空玻璃性能不能達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)國(guó)內(nèi)外一流幕墻廠家制作經(jīng)驗(yàn)，在現(xiàn)有最好的填充工藝和玻璃封邊技術(shù)條件下，投入使用5年后的中空玻璃，將因惰性氣體逸散而導(dǎo)致熱工性能顯著下降。

2.2.2方案2 采用雙層幕墻系統(tǒng)

雙層幕墻也稱(chēng)主動(dòng)式幕墻，通過(guò)內(nèi)、外2層相對(duì)獨(dú)立幕墻構(gòu)造形成空氣墻，阻斷室內(nèi)外熱交換。雙層幕墻分為內(nèi)循環(huán)式、外循環(huán)式和混合式，優(yōu)點(diǎn)為隔熱、隔聲效果好，缺點(diǎn)為構(gòu)造復(fù)雜、造價(jià)高、維護(hù)成本高，特別是室內(nèi)實(shí)用空間占用大。中信大廈7～102層為辦公樓層，總周長(zhǎng)>25km。若采用雙層幕墻系統(tǒng)，則需在室內(nèi)側(cè)沿每層樓板邊緣向內(nèi)收，大幅增加幕墻系統(tǒng)厚度，減少室內(nèi)辦公可使用面積；若采用內(nèi)循環(huán)雙層幕墻，幕墻系統(tǒng)厚度需增加300mm，將占用室內(nèi)可使用面積約7 650m2；若采用外循環(huán)幕墻，幕墻系統(tǒng)厚度需增加600mm，將占用室內(nèi)可使用面積約15 300m2。因此，采用雙層幕墻整體將降低大廈出房率，降低使用品質(zhì)。

2.2.3方案3 采用單中空玻璃與雙中空玻璃論證

雙中空玻璃幕墻構(gòu)造簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定。僅在原設(shè)計(jì)單中空玻璃方案上增設(shè)1道12mm厚中空層和1片8mm厚鋼化玻璃，與單中空玻璃幕墻系統(tǒng)對(duì)比，僅改變了玻璃配置，未提高幕墻系統(tǒng)構(gòu)造復(fù)雜程度。無(wú)需考慮中空層充入惰性氣體的性能逐年下降，也不會(huì)大幅度減少室內(nèi)可用空間面積。國(guó)內(nèi)同類(lèi)超高層建設(shè)項(xiàng)目中，中空玻璃為普遍選擇，根據(jù)國(guó)內(nèi)一線工業(yè)玻璃供應(yīng)單位提供的資料顯示，中空玻璃根據(jù)不同鍍膜，傳熱系數(shù)U為1.4～1.6。采用雙中空玻璃，U可控制在1.2～1.3，能有效將熱工性能全面提升，是幕墻系統(tǒng)的理想解決方案。

為確保幕墻整體性能，組織幕墻顧問(wèn)、節(jié)能顧問(wèn)、設(shè)計(jì)單位、物業(yè)運(yùn)維公司、幕墻實(shí)施單位在遮陽(yáng)系數(shù)、隔熱性能、隔聲、舒適度、造價(jià)及節(jié)能持續(xù)性等多方面對(duì)雙中空玻璃和單中空玻璃綜合分析比對(duì)，雙中空玻璃綜合性能均優(yōu)于單中空玻璃，最終在標(biāo)準(zhǔn)辦公樓層全面采用雙中空玻璃，這在同類(lèi)超高層項(xiàng)目中尚屬首次。雙中空玻璃在建設(shè)期比單中空玻璃投入的成本增加1 000萬(wàn)元，經(jīng)測(cè)算，后期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，即使在未來(lái)能源價(jià)格不上漲的前提下，通過(guò)節(jié)約能源約經(jīng)過(guò)10年即可收回投資；如能源價(jià)格持續(xù)上漲，投資回報(bào)期將大幅縮減。

鋼化玻璃自爆無(wú)法避免，若采用雙中空玻璃，優(yōu)勢(shì)會(huì)突顯：因幕墻玻璃自爆破損后，更換玻璃的材料成本和措施費(fèi)用極高，備貨及更換時(shí)間至少45d，在此期間給客戶造成壓力及不便導(dǎo)致辦公效率降低。

在運(yùn)維階段，若采用3層4片雙中空玻璃，即使外層某片玻璃發(fā)生破損，PVB膠片能保障外層玻璃在更換前不散落，不影響正常使用；若中間層玻璃破損，不會(huì)產(chǎn)生安全隱患，且幕墻常規(guī)隔熱功能完整，不影響正常使用；若內(nèi)層玻璃破損，存在玻璃散落風(fēng)險(xiǎn)，可能造成客戶使用中的緊張情緒，但因采用雙中空玻璃，可破除內(nèi)層破損玻璃，消除安全風(fēng)險(xiǎn)，仍具備幕墻常規(guī)隔熱功能，也不影響正常使用，如圖2所示。

圖2 雙中空玻璃示意

經(jīng)多次方案對(duì)比和論證，最終采用雙中空夾膠玻璃，性能對(duì)比如表1所示。

表1 玻璃幕墻方案性能對(duì)比

3 幕墻設(shè)計(jì)

3.1 幕墻視覺(jué)樣板

2012年，中信大廈初步設(shè)計(jì)圖紙完成后，為確保大廈整體外觀效果，通過(guò)招標(biāo)選取幕墻樣板施工單位，在其加工廠按初步幕墻圖紙進(jìn)行視覺(jué)樣板安裝。視覺(jué)樣板安裝完成后(見(jiàn)圖3)，通過(guò)效果對(duì)比，確定大廈整體外立面建筑設(shè)計(jì)方案，不同部位玻璃配置及膜系，拉索幕墻系統(tǒng)索具表面處理方式，鋁板及鋁型材顏色、表面處理等細(xì)節(jié)，明確系統(tǒng)細(xì)部構(gòu)造節(jié)點(diǎn)做法并限定玻璃等主要材料供應(yīng)商的范圍，從而鎖定幕墻系統(tǒng)成本，為幕墻工程設(shè)計(jì)、招標(biāo)和實(shí)施奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

圖3 幕墻分布及視覺(jué)樣板

3.2 標(biāo)準(zhǔn)樓層設(shè)計(jì)

根據(jù)抗震和抗風(fēng)擺功能和安全要求，幕墻整體采用單元式幕墻體系，除首層人員進(jìn)出大門(mén)和設(shè)備層通風(fēng)口開(kāi)口，其余部位均封閉。為完美擬合外立面雙曲面造型并滿足安裝工藝，將大廈每層幕墻分隔為 192個(gè)單元體，由于位置不同，每塊幕墻板塊均存在差異。

基于大廈設(shè)計(jì)理念和造型特點(diǎn)，為達(dá)到44%通透率和高效熱工性能，以達(dá)到大廈外裝飾節(jié)能效果并兼顧幕墻清潔、維護(hù)及樓體景觀照明等功能需求，需將樓體外立面設(shè)計(jì)得簡(jiǎn)潔流暢，但為增強(qiáng)表皮肌理豐富性，外表皮設(shè)計(jì)借鑒了古代“樽”的肌理構(gòu)成技巧，以豎向鋁合金裝飾翼造型和主次層次化處理，強(qiáng)調(diào)弧形體量變化效果。主次間隔2種鋁合金型材豎條，主裝飾翼寬度沿豎向漸變，形成微收分和拉伸的外殼肌理(見(jiàn)圖4)，與大廈形體漸變形成整體和局部呼應(yīng)關(guān)系。不僅在豎向增強(qiáng)了大廈造型效果，而且橫向一致性有助于平邊與彎角之間的平緩過(guò)渡。鋁合金裝飾翼斷面為上下統(tǒng)一的三角形，起到一定遮陽(yáng)效果，同時(shí)起到減輕設(shè)備層通風(fēng)口突出性。擦窗機(jī)導(dǎo)軌上下連貫設(shè)置于裝飾翼中縫，次肋條上下尺寸不變，內(nèi)部嵌有3條線形全彩LED燈具，其中左右2條用于照射兩側(cè)主裝飾翼，中部1條RGB燈帶直射發(fā)光，構(gòu)成大廈樓體景觀照明系統(tǒng)。

圖4 雙中空玻璃幕墻造型

3.3 塔冠及裙擺幕墻設(shè)計(jì)

大廈105層以上為觀光等多功能商業(yè)區(qū)域，包括 106 層高度>20m的360°觀光大廳。此處幕墻邊線高低起伏，最高約24m，由豎向鋼桁架支撐，幕墻主肋條連續(xù)至頂，但次肋條在其下停止，并由含水平肋板支撐的拉索系統(tǒng)取代，增強(qiáng)了可視部分光線和景觀通透性。整個(gè)塔冠采用曲線造型，將頂部天際線設(shè)計(jì)為波浪形，富有動(dòng)態(tài)。

大廈4層以下為大堂、會(huì)議及部分商業(yè)區(qū)域，在底部造型設(shè)計(jì)中，為體現(xiàn)裙邊起伏波動(dòng)，并與頂部曲線造型上下呼應(yīng)，裙邊采用一體化的雨篷造型，通過(guò)在大部分彎曲部位做鱗片形態(tài)設(shè)計(jì)處理，將幕墻簡(jiǎn)化為平整板塊間的錯(cuò)落銜接(見(jiàn)圖5)，簡(jiǎn)化了建造及更換的復(fù)雜性，減少了幕墻結(jié)構(gòu)因溫度變化而熱脹冷縮導(dǎo)致玻璃板塊變形或損壞，降低成本。

圖5 塔冠及裙擺幕墻造型

4 幕墻安裝

4.1 標(biāo)準(zhǔn)樓層幕墻安裝

為縮短總工期，需幕墻單元板安裝與主體結(jié)構(gòu)施工同步實(shí)施，為確保施工安全，必須采用硬質(zhì)隔離作為防護(hù)平臺(tái)，利用可調(diào)節(jié)環(huán)形軌道進(jìn)行幕墻單元板安裝。

大廈主體共劃分為9個(gè)施工段，其中標(biāo)準(zhǔn)樓層為7～104層，為其中7個(gè)施工段。安裝前，分別在16，28，42，56，72，86，102層搭設(shè)外挑3.5m硬質(zhì)安全防護(hù)，在硬防護(hù)下2層即14，26，40，54，70，84，100層分別安裝特制固定懸挑2.5m、最大懸挑3.35m可調(diào)節(jié)雙排環(huán)形軌道，利用電動(dòng)葫蘆在環(huán)形軌道移動(dòng)進(jìn)行幕墻單元板塊吊裝(見(jiàn)圖6)。

圖6 采用可調(diào)節(jié)環(huán)形軌道現(xiàn)場(chǎng)安裝示意

標(biāo)準(zhǔn)樓層每層單元幕墻板塊共 192個(gè)單元，包括64塊鋁合金大裝飾翼和128塊玻璃板塊，其中玻璃單元板塊標(biāo)準(zhǔn)尺寸為：寬1 500～2 100mm，高4 500mm 或5 000mm。 根據(jù)每天樓層及幕墻單元板塊安裝順序，提前將待安裝幕墻單元板塊運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)，采用塔式起重機(jī)將單元板塊吊運(yùn)至樓層暫時(shí)存放，將待安裝單元板塊鋼絲繩與電動(dòng)葫蘆掛鉤連接，系好防風(fēng)鎖扣，緩慢啟動(dòng)電動(dòng)葫蘆，使單元板塊沿鋼絲繩緩慢提升，單元板塊吊出樓層后，翻轉(zhuǎn)180°，在環(huán)形軌道左右移動(dòng)至安裝位置后，緩慢向下吊運(yùn)，進(jìn)行插接就位安裝，吊點(diǎn)在安裝到位后方可解開(kāi)。標(biāo)準(zhǔn)樓層每塊單元板塊均采用該方法準(zhǔn)確安裝就位，保證了施工安全、質(zhì)量品質(zhì)和工程進(jìn)度。

4.2 塔冠幕墻安裝

105層及以上塔冠部位單元板塊共2 304塊，主要根據(jù)結(jié)構(gòu)造型自行設(shè)計(jì)及擁有自主專(zhuān)利的4臺(tái)行走懸臂式吊裝施工設(shè)備進(jìn)行吊裝(見(jiàn)圖7)，75d完成塔冠幕墻單元板塊安裝。

圖7 采用行走懸臂式吊裝設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝示意

4.3 裙擺幕墻安裝

6層及以下裙擺部位單元板塊共2 484塊，主要利用滿堂紅腳手架+汽車(chē)式起重機(jī)或卷?yè)P(yáng)機(jī)方式進(jìn)行吊裝(見(jiàn)圖8)，90d完成幕墻安裝。

圖8 采用滿堂腳手架+汽車(chē)式起重機(jī)現(xiàn)場(chǎng)安裝示意

5 施工效果

1)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)流程，系統(tǒng)性解決幕墻性能、擦窗機(jī)導(dǎo)軌、夜景照明等技術(shù)難題，成功解決了不規(guī)則變化單元體設(shè)計(jì)、加工、組裝、吊運(yùn)和安裝等復(fù)雜問(wèn)題，保證安裝精度及視覺(jué)效果。

2)幕墻窗墻比為0.44，系統(tǒng)U值控制在1.92W/(m2·K)，氣密性滿足國(guó)標(biāo)4級(jí)(中國(guó)規(guī)范中最高要求)和美標(biāo)ASTME283，在6.24psf (300Pa)氣壓差下，漏氣率≤0.018 2m3/(min·m2)，在同類(lèi)超高層項(xiàng)目中最優(yōu)。

3)雙中空幕墻完成后實(shí)測(cè)辦公區(qū)平均噪聲為 32dB(A),低于設(shè)計(jì)值45dB(A)。

4)雙中空玻璃的應(yīng)用實(shí)踐證明，在玻璃板塊總厚度受到限制的前提下，雙中空配置為結(jié)合建筑美學(xué)、空間占用及熱工性能的最佳選擇。

6 結(jié)語(yǔ)

在位于8度抗震設(shè)防區(qū)，采用雙中空玻璃幕墻的超高層建筑尚屬首次，無(wú)任何成熟經(jīng)驗(yàn)可借鑒，中信大廈經(jīng)過(guò)多方論證、精心設(shè)計(jì)、綜合選擇、合理組織安裝，克服了安裝工序相互影響、相互搭接和眾多單位配合等難題，在30個(gè)月的極限工期內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了交付使用目標(biāo)。