吳永超

(中信建筑設(shè)計研究總院有限公司，湖北 武漢 430014)

0 引言

玻璃幕墻自誕生以來，就迅速獲得了建筑師和業(yè)主的青睞，并在中國發(fā)展迅速，現(xiàn)代城市中的高層地標(biāo)建筑幾乎都是玻璃幕墻的靚影。玻璃幕墻純凈的外觀、通透的效果、對光影的反射豐富了建筑的表現(xiàn)力，體現(xiàn)建筑科技之美，精致之美。

自密斯·凡德羅的西格拉姆大廈開創(chuàng)了用玻璃作幕墻的先例以來，建筑師們的創(chuàng)作并未滿足于普通的玻璃盒子，各種創(chuàng)新創(chuàng)意的建筑造型如曲面、雙曲面、扭曲等異形幕墻建筑不斷涌現(xiàn)，刷新城市畫卷，給建筑幕墻的發(fā)展帶來新的技術(shù)要求和挑戰(zhàn)。

1 項目概況

金銀湖大廈(以下簡稱本項目)位于武漢市東西湖區(qū)金銀湖片區(qū)，貼臨區(qū)域主干道金銀湖路，交通便捷、人流集中，具有較大區(qū)位價值優(yōu)勢(見圖1)。

項目總用地面積2.1萬m2，容積率6.0，建筑密度45%，總建筑面積18.1萬m2。地上建筑面積12.6萬m2，由一棟46層200 m超高層塔樓及附屬6層裙樓組成，建筑功能包含商業(yè)、影院、辦公、酒店；地下3層，建筑面積5.5萬m2，有部分商業(yè)超市，其余為設(shè)備用房與停車庫。

建筑層高結(jié)合功能及定位進行細分設(shè)計，以達到業(yè)主期望的最大化經(jīng)濟效益，首層為6 m，商業(yè)為5.1 m，低區(qū)辦公4.2 m，高區(qū)辦公4.5 m，酒店層4 m，避難層4.8 m，層高變化較多，給設(shè)計尤其是外立面設(shè)計帶來一定的挑戰(zhàn)。

本項目建成后將是該區(qū)域第一高樓，影響輻射廣,建筑設(shè)計力求體現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟繁榮、開放，為提升城市形象做出貢獻(見圖2)。

1.1 設(shè)計理念

從區(qū)位環(huán)境出發(fā)，立足城市定位，塑造地標(biāo)形象，激發(fā)區(qū)域活力是本項目的設(shè)計理念，“金銀湖璀璨鉆石”是對設(shè)計理念的概括。

建筑空間和造型是建筑師的語言，本項目建筑的形體配合表皮肌理貫穿設(shè)計理念。裙樓建筑通過切角、轉(zhuǎn)折、圓弧的造型適應(yīng)基地，隱喻金銀湖蜿蜒流淌的形象，建筑的鉆石表皮肌理又如夕陽下湖水反射粼粼波光的畫面，具有一份浪漫與柔美。塔樓造型宛如鉆石，通過對立面輪廓勾勒及線條對比處理，呈現(xiàn)鉆石般散發(fā)的光芒，又如迎風(fēng)啟航的帆船，氣勢恢宏，契合“勇立潮頭，敢于創(chuàng)新”城市精神，展示建筑剛性美(見圖3)。

1.2 幕墻類型

整個建筑為全幕墻圍護體系，造型新穎，層次多樣，運用多種幕墻形式營造豐富視覺表現(xiàn)。主要幕墻類型有塔樓單元式幕墻、裙樓菱形水晶幕墻、裙樓半隱框幕墻、裙樓方形水晶幕墻。

塔樓標(biāo)準(zhǔn)層采用單元式幕墻，為橫明豎隱結(jié)構(gòu)形式，兩翼區(qū)域在玻璃幕墻外側(cè)附加有斜向裝飾線條；角部及輪廓線條為鋁板幕墻；避難層采用玻璃百葉。裙樓菱形水晶幕墻為點式起伏幕墻構(gòu)造，采用鋼方管起伏龍骨，駁接爪連接玻璃面板與龍骨。根據(jù)典型水晶尺寸大小分為小菱形水晶造型和大菱形水晶造型。裙樓半隱框幕墻為構(gòu)件式幕墻，為豎明橫隱結(jié)構(gòu)形式，層間設(shè)置橫向裝飾鋁合金線條。裙樓方形水晶幕墻為點式起伏幕墻構(gòu)造，結(jié)構(gòu)形式同菱形水晶幕墻，由兩種標(biāo)準(zhǔn)尺寸的矩形水晶交錯組合而成(見圖4)。

本文主要分析塔樓單元式幕墻、裙樓水晶幕墻的設(shè)計重難點。

2 幕墻設(shè)計重難點與解決措施

本項目幕墻造型獨特，為了達到預(yù)想的外觀效果，同時滿足建筑實用、安全、經(jīng)濟、節(jié)能環(huán)保、防火等技術(shù)要求，在幕墻設(shè)計時對其重難點進行了專項分析，研究選用合理方案及解決措施，以下從幕墻的定位、模塊化設(shè)計、幕墻結(jié)構(gòu)選型、玻璃選型及構(gòu)造設(shè)計、細部節(jié)點設(shè)計等方面進行闡述。

2.1 幕墻定位

根據(jù)塔樓的鉆石造型，東、南、西、北四個主面均由A,B,C,D四個三角面拼接而成，頂點o位置為最大突出點，突出有2 m。四個三角面與豎直方向均存在一定傾斜夾角，其中A面為內(nèi)傾斜，與水平面角度為86.9°；B,C面為外傾斜，與水平面角度為89.8°；D面為外傾斜，與水平面夾角為89.2°。四個角部為豎直方向，與傾斜的立面形成鮮明對比，呈剛勁挺拔之勢；轉(zhuǎn)角部位交接面由下而上逐漸變大，以銀白色鋁板裝飾每層橫梁，形成階梯形象的細部。

如前所述，由于塔樓外幕墻為傾斜面，塔樓每一層平面均不同，為了獲得準(zhǔn)確的樓層平面及幕墻定位，設(shè)計采用Sketch up軟件確定外表皮模型，其中a,b,c,d,o點為各立面控制點，獲取幕墻控制點與樓層標(biāo)高和軸線的定位參數(shù)；通過各樓層標(biāo)高處平面與外表皮模型進行交錯，分別得到二維的樓層平面輪廓，從而實現(xiàn)由模型到圖紙的轉(zhuǎn)化(見圖5)。

精確的三維模型還為幕墻深化提供了板塊劃分、構(gòu)件放樣、加工制作的依據(jù)。

2.2 模塊化設(shè)計

裙樓的點式起伏幕墻由四種標(biāo)準(zhǔn)單元模塊組成，小菱形水晶模塊A、大菱形水晶模塊B、方形水晶模塊C、方形水晶模塊D。標(biāo)準(zhǔn)模塊的分隔尺寸與層高及柱網(wǎng)尺寸相協(xié)調(diào)，其中模塊A對應(yīng)一層層高，玻璃波峰與波谷起伏高差為400 mm，寬度為2 000 mm左右；模塊B對應(yīng)兩層層高，玻璃波峰與波谷起伏高差為1 200 mm，寬度為4 000 mm 左右；模塊C對應(yīng)1/2層高、寬度為4/5柱跨尺寸；模塊D對應(yīng)1/2層高、寬度為6/5柱跨尺寸，玻璃波峰與波谷起伏高差為600 mm(見圖6)。

四種模塊組合形成裙樓凹凸外表皮，結(jié)合淺藍和淺紅色玻璃，契合本項目裙樓商業(yè)的活躍氛圍。異形幕墻表皮的模塊化設(shè)計，形成構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化，有利于工廠化加工制作現(xiàn)場裝配式安裝，既提高效率，也有利于控制質(zhì)量。

2.3 幕墻結(jié)構(gòu)選型

本項目幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計原則是：本著先進、安全、實用、美觀、經(jīng)濟的原則，確定合理的幕墻結(jié)構(gòu)體系，保證幕墻施工的安全可靠，以科學(xué)的工藝達到幕墻工程的高質(zhì)量。

本項目塔樓幕墻工程屬于超過一定規(guī)模的危大工程，為了提高施工安全保障，塔樓采用單元式幕墻，實現(xiàn)工廠制作，現(xiàn)場裝配式安裝。單元板塊按照層高及柱網(wǎng)尺寸為劃分模數(shù)，控制重量，適應(yīng)現(xiàn)場吊裝要求。

關(guān)于兩翼區(qū)域幕墻龍骨布置方式有兩種方案：一種是幕墻龍骨結(jié)合造型斜向布置，另一種是幕墻龍骨正常水平和垂直布置，不同方案的幕墻結(jié)構(gòu)差別很大，也會影響室內(nèi)外效果。經(jīng)比較，一方面為了獲得室內(nèi)統(tǒng)一的視覺效果，便于室內(nèi)裝修協(xié)調(diào)，符合人們對辦公、酒店建筑室內(nèi)空間的心理需求；另一方面，由于立面層高變化較多，龍骨斜向布置會形成較多的大小不一的異形玻璃面板，立面分隔比較凌亂，且開窗不規(guī)則；其三，斜向龍骨布置也不便于單元板塊劃分。因此，兩翼幕墻最終確定為雙層設(shè)計，內(nèi)側(cè)維護幕墻龍骨水平和垂直布置，外側(cè)的斜向線條為外掛裝飾桿件(如圖7所示)。裝飾線條結(jié)合本項目的泛光設(shè)計，將泛光安裝槽在型材中隱藏設(shè)計，進一步保證建筑外觀的純凈。

針對本項目的菱形水晶和方形水晶幕墻，采用點支承結(jié)構(gòu)形式，這樣就沒有框架式幕墻外露的型材，外觀呈現(xiàn)玻璃純凈的效果(如圖8所示)。

確定了幕墻結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》[1]點支承玻璃幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計8.1.1，玻璃面板支承孔邊與板邊的距離不宜小于70 mm。由于本項目四種標(biāo)準(zhǔn)單元的玻璃面板多為三角形或梯形玻璃面板，則需控制玻璃的銳角角度，以滿足支承孔的布置要求。對于模塊A,B，長寬比例約為1∶2，玻璃銳角基本滿足安裝技術(shù)要求。但是對于方形水晶模塊C,D，由于標(biāo)準(zhǔn)單元比例接近1∶4，最小銳角達到12°，要滿足支承孔與板邊的距離，孔位距離頂點過大，無法滿足點支承懸挑端限值要求，因此，通過加寬三角形斜邊解決這一難題，這一調(diào)整一定程度改變原來的外觀，但是帶來意想不到的效果，方形水晶形成水平向的層疊狀波浪(如圖9所示)。

2.4 玻璃選型及構(gòu)造設(shè)計

幕墻的玻璃要滿足安全性能同時也要滿足節(jié)能設(shè)計的要求，本項目是全幕墻建筑，對玻璃節(jié)能性能要求是比較高的，須采用Low-E中空玻璃。本文對于玻璃節(jié)能設(shè)計不展開介紹，文章重點分析幕墻玻璃安全性能的參數(shù)設(shè)計選型。

根據(jù)《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》條文說明，與水平面夾角在0°和75°之間的玻璃幕墻屬于《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》管理范疇，而根據(jù)《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》[2]第2.0.9及8.2.2條，與水平面夾角不大于75°的玻璃定義為屋面用玻璃，屋面玻璃必須使用夾層玻璃或夾層中空玻璃，其膠片厚度不應(yīng)小于0.76 mm。

裙樓的水晶造型玻璃均為傾斜面，不同部位傾斜角度不同，存在傾斜角度小于75°(如圖10所示)，因此該部分玻璃必須使用夾層中空玻璃，其他面可以非夾層安全玻璃；然而，由于夾層玻璃與非夾層玻璃厚度不同，會造成鋼爪件規(guī)格非標(biāo)準(zhǔn)，增加制作難度和成本；另一方面，兩種玻璃顏色會有差異，影響外立面的效果統(tǒng)一。為了達到玻璃效果統(tǒng)一以及鋼爪件的標(biāo)準(zhǔn)化，凹凸的點式水晶造型均采用Low-E中空夾層安全玻璃，保證了安全性，也減少了生產(chǎn)、運輸、安裝過程的損壞可能性。當(dāng)然，夾層玻璃自重較大，一定程度影響幕墻的龍骨設(shè)計及預(yù)埋件的參數(shù)要求。

確定了采用夾層安全玻璃后，根據(jù)《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》8.1.2，采用浮頭法式連接件的幕墻玻璃厚度不應(yīng)小于6 mm；以及《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》關(guān)于安全玻璃適用面積規(guī)定，點式水晶單元的玻璃最大分割面積為5 m2，因此單片鋼化玻璃厚度最小為10 mm，夾層玻璃厚度不小于8.76 mm。結(jié)合節(jié)能要求，本項目點式凹凸幕墻玻璃最終采用Low-E10+12A+6+1.52pvb+6，玻璃總厚度達到36 mm。

根據(jù)《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》8.1.3，玻璃之間的縫隙寬度不應(yīng)小于10 mm，且應(yīng)采用硅酮建筑密封膠嵌縫。但由于該凹凸造型幕墻玻璃均為一定角度拼接而非平接，若按常規(guī)中空玻璃用同等大小玻璃合片制作，外露膠縫會很寬且由于拼接角度不同會寬窄不一，十分影響幕墻效果。經(jīng)與幕墻玻璃制作廠家溝通，中空玻璃制作采用內(nèi)片玻璃小于外片玻璃，具體數(shù)值根據(jù)單元模塊模型導(dǎo)出，即玻璃的周邊加工成斜面，有效解決了玻璃拼縫過寬的矛盾，且寬縫得到統(tǒng)一(如圖11所示)。

對于塔樓幕墻，如前文所述，傾斜的角度都很小，未達到屋面玻璃應(yīng)用范疇，則采用了Low-E中空鋼化安全玻璃，該種類玻璃滿足消防救援窗緊急時破碎要求，因此保證了塔樓幕墻玻璃效果的統(tǒng)一協(xié)調(diào)。同時，塔樓的避難層百葉采取的是玻璃百葉，最大程度與幕墻玻璃材質(zhì)取得統(tǒng)一效果。

2.5 幕墻的細部節(jié)點設(shè)計

本項目小菱形水晶及方形水晶模塊玻璃最遠點與主體結(jié)構(gòu)梁板距離為900 mm，大菱形水晶造型模塊玻璃最遠點與主體結(jié)構(gòu)梁板距離為1 800 mm，方形水晶造型模塊玻璃最遠點與主體結(jié)構(gòu)梁板距離為900 mm，因此在幕墻四周、防火分區(qū)處、房間隔墻處、樓板處與主體結(jié)構(gòu)空隙較大，無法通過型材龍骨本身實現(xiàn)封閉，需進行節(jié)點重點設(shè)計[3](如圖12所示)。

關(guān)于四周封邊處理，水晶造型玻璃的四周采用與型材同樣顏色的鋁單板幕墻封堵，封堵構(gòu)造與型材形成整體，中間填充防火保溫巖棉，滿足節(jié)能設(shè)計要求。

關(guān)于幕墻的防火封堵，建筑幕墻的層間水平部位及隔墻等豎向部位的封堵是防火設(shè)計的重點，本項目水晶幕墻凹凸起伏的造型導(dǎo)致需封堵部位基本為異形，這就給封堵施工帶來困難。在設(shè)計時，考慮到封堵的易操作性，將豎向封堵設(shè)計在支撐龍骨處，設(shè)計為模塊化封堵板塊，便于現(xiàn)場批量制作裝配式安裝，提高封堵板的加工精度和質(zhì)量，也有利于提高施工效率，從而保證封堵有效。封堵板塊與墻體或龍骨可靠連接固定，交接處采用防火密封膠柔性封堵[4]。

3 結(jié)語

本項目幕墻獨特的造型是建筑的亮點，幕墻設(shè)計重點就是實現(xiàn)建筑的創(chuàng)意和效果，同時滿足建筑安全、節(jié)能、防火等技術(shù)要求，本項目的異形幕墻設(shè)計對同類型幕墻建筑設(shè)計有一定的借鑒意義。

本項目在后期建設(shè)過程也發(fā)現(xiàn)一些值得思考的問題，由于裙樓招商增加大量餐飲，對進排風(fēng)、排油煙管井需求顯著增大，設(shè)計預(yù)留管井難以滿足需求，而全部重新進行樓板開洞加管井實施難度較大，于是在幕墻上開了大量進風(fēng)百葉，很大程度破壞了玻璃幕墻的純凈效果。因此，針對商業(yè)建筑的多變性和可變性，設(shè)計中應(yīng)予以充分考慮，即使商業(yè)運營早期介入，為滿足商業(yè)建筑全生命周期運營改造容易性，在與建設(shè)方充分溝通基礎(chǔ)上，盡量做最大程度預(yù)留設(shè)計。