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摘要：本文結(jié)合深圳中金大廈單元幕墻工程案例介紹了平面轉(zhuǎn)折單元式幕墻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，特別是針對(duì)單元系統(tǒng)構(gòu)造、單元系統(tǒng)防水、結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì)等做了重點(diǎn)介紹，并簡(jiǎn)單陳述了其龍骨結(jié)構(gòu)的整體受力分析。
關(guān)鍵詞：單元幕墻;幾字形鋸齒;內(nèi)平開窗（詞條“平開窗”由行業(yè)大百科提供）;結(jié)構(gòu)分析
1、引言
在當(dāng)代建筑行業(yè)，建筑表皮通過(guò)引入更多折線、弧線和不規(guī)則線條等幾何變化要素，形成立體感和韻律強(qiáng)烈的肌理表皮，不僅可以表現(xiàn)建筑的不同質(zhì)感，同時(shí)也使建筑呈現(xiàn)多樣的視覺效果。通過(guò)多段折線形成平面轉(zhuǎn)折的幕墻，因其造型美觀、層次感強(qiáng)烈，在建筑表皮上的應(yīng)用越來(lái)越多。然而平面轉(zhuǎn)折幕墻在設(shè)計(jì)及施工方面均有一定的難度，尤其是平面轉(zhuǎn)折單元式幕墻，需要設(shè)計(jì)人員對(duì)于上述幕墻設(shè)計(jì)有一些深入的研究。本文結(jié)合深圳中金大廈單元幕墻工程案例，針對(duì)平面轉(zhuǎn)折單元式幕墻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和總結(jié)，供廣大幕墻工程設(shè)計(jì)人員參考。
2、工程概述
中金大廈位于深圳南山后海中心區(qū)，毗鄰科苑大道與海德三道，是企業(yè)辦公總部大樓，幕墻面積約3.25萬(wàn)平方米，建成后將成為后海中心區(qū)的標(biāo)志性建筑。項(xiàng)目主要由1棟30層高153m的塔樓（詞條“塔樓”由行業(yè)大百科提供）和3層16.2m高的裙樓組成。幕墻系統(tǒng)分布主要有塔樓標(biāo)準(zhǔn)單元幕墻、塔樓東北側(cè)索網(wǎng)幕墻、4-5層豎隱橫明框架式幕墻、裙樓玻璃肋全玻幕墻、主入口媒體樹雙曲玻璃幕墻、裙房采光頂幕墻等。(圖1.1~1.2)
本工程外立面體型較為復(fù)雜，建筑師以“大樹”的設(shè)計(jì)理念體現(xiàn)在建筑的各個(gè)部位，宛如林間光影交錯(cuò)的大堂、樹皮般遒勁的塔樓外立面、高木林立的空中大堂、充滿未來(lái)感的媒體樹等，下面筆者主要針對(duì)中金大廈塔樓單元幕墻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行介紹和分析。
3、單元式幕墻系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹
3.1 單元構(gòu)造組成
標(biāo)準(zhǔn)單元板塊分格尺寸1800mm(寬)x4500mm(高)，橫截面呈幾字形鋸齒狀，板塊最大厚度尺寸達(dá)650mm，板塊重量約900kg(圖2)。標(biāo)準(zhǔn)單元立面由中橫梁劃分為2塊玻璃，其中層間玻璃配置為8半鋼化+1.52PVB+8半鋼化+12A+8鋼化夾膠中空（詞條“中空”由行業(yè)大百科提供）超白玻璃，大面玻璃配置為8半鋼化+1.52PVB+8半鋼化+12A+10鋼化夾膠中空超白玻璃，玻璃帶懸挑夾層漸變尺寸的飛邊設(shè)計(jì)，上下左右板塊玻璃飛邊斜向均相反，整體呈現(xiàn)交錯(cuò)布置的美感(圖3.1~3.2)。飛邊玻璃需要考慮除膜工藝，玻璃側(cè)邊外包裝飾封邊板，裝飾封邊板在橫梁扣蓋位置局部加寬，用于遮擋扣蓋端部，呈現(xiàn)出設(shè)計(jì)的精致感(圖4)。
鋸齒板塊側(cè)面凹槽一側(cè)為豎向通風(fēng)格柵，內(nèi)平開窗（詞條“窗”由行業(yè)大百科提供）隱藏于豎向通風(fēng)格柵后方室內(nèi)側(cè)，除平開窗外其余位置為加強(qiáng)型材;凹槽另一側(cè)為鋁合金型材面板，上面設(shè)有通長(zhǎng)線槽用于隱藏?zé)艄庾呔�。標(biāo)準(zhǔn)單元水平橫剖節(jié)點(diǎn)（詞條“節(jié)點(diǎn)”由行業(yè)大百科提供）做法見圖5.1~5.2，垂直豎剖節(jié)點(diǎn)做法見圖6.1~6.4。
3.2通風(fēng)格柵及內(nèi)平開窗設(shè)計(jì)
本項(xiàng)目單元通風(fēng)為隱藏式內(nèi)平開窗，置于凹槽一側(cè)通風(fēng)格柵后方，從而保持了立面的整體性和簡(jiǎn)潔。通風(fēng)格柵為18mm寬矩形截面，凈間距30豎向布置，為提高格柵的安裝精度和質(zhì)量，格柵做成組件形式，待內(nèi)側(cè)立柱橫梁間拼縫防水處理好后再進(jìn)行成榀掛裝，在中橫梁位置通過(guò)卡件固定，同時(shí)起到防跳脫作用(圖7.1~7.2)。在開啟扇范圍內(nèi)調(diào)整卡件位置，避開人正常視線范圍，同時(shí)降低卡件高度，在格柵防晃動(dòng)和減少開窗后對(duì)視野影響中取得最佳平衡。
內(nèi)平開窗原設(shè)計(jì)為鋁板平開窗，為提高開啟扇的整體平整度和加工精度，避免室內(nèi)出現(xiàn)不同基材間噴涂的色差問(wèn)題，深化設(shè)計(jì)調(diào)整為鋁型材開啟扇。窗五金及執(zhí)手均進(jìn)行隱藏式設(shè)計(jì)，整體簡(jiǎn)潔美觀。開啟扇采用硬度較小的復(fù)合發(fā)泡膠條，轉(zhuǎn)角位置采用成品轉(zhuǎn)角膠膜，保證平整度同時(shí)提高防水性能。為了減少窗框和幕墻龍骨間拼接縫，把窗框與單元橫梁及立柱均合并成一個(gè)整體模，同時(shí)下框位置室外側(cè)擋水板（詞條“擋水板”由行業(yè)大百科提供）高度加高，加大下框位置的排水槽腔體，下橫梁與格柵框掛接位置預(yù)留排水長(zhǎng)孔，提高開啟扇系統(tǒng)整體防排水性能(圖8)。
3.3單元連接設(shè)計(jì)
1)單元抗側(cè)連接設(shè)計(jì)
單元體橫截面為幾字形鋸齒狀，整體龍骨由單元公母立柱、轉(zhuǎn)角處中立柱以及上下插接橫梁和中橫梁組成(圖9)，由于鋸齒板塊凹槽位置存在進(jìn)深，板塊平面內(nèi)(抗側(cè)移)的穩(wěn)定性尤其需要重點(diǎn)考慮。常規(guī)的設(shè)計(jì)思路會(huì)考慮增加橫桿斜撐組成穩(wěn)定的三角形，考慮到本項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)板亦為鋸齒狀設(shè)計(jì)，同時(shí)背板僅在玻璃面板（詞條“玻璃面板”由行業(yè)大百科提供）后方設(shè)置，如果采用橫桿斜撐進(jìn)行設(shè)計(jì)，會(huì)存在斜撐外露同時(shí)對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)板塊安裝也會(huì)存在一定的影響。本項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)過(guò)程中創(chuàng)新性的提出了抗側(cè)加強(qiáng)型材的設(shè)計(jì)方案，加強(qiáng)型材位于凹槽一側(cè)層間分格位置，滿分格通長(zhǎng)布置，其與單元母立柱及轉(zhuǎn)角立柱進(jìn)行互穿的強(qiáng)連接設(shè)計(jì)，同時(shí)加強(qiáng)型材與板塊掛件進(jìn)行了連接，整體剛度大且力的傳遞更加直接，另外加強(qiáng)型材可兼做面板作用，通過(guò)加工銑缺預(yù)留和骨架間打膠凹口，保證防水線貫通，此設(shè)計(jì)可謂一舉多得。(圖10.1~10.2)
考慮到凹槽位置母立柱截面較寬，板塊掛件設(shè)計(jì)時(shí)采取了增加斜撐板件的結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)了立柱在支座位置的側(cè)向支撐，加大立柱自身的抗扭轉(zhuǎn)性能。
2)單元立柱橫梁連接設(shè)計(jì)
本項(xiàng)目幾字形鋸齒單元橫梁與立柱間存在多種角度的變化，設(shè)計(jì)時(shí)一方面為了提高板塊連接的剛度和穩(wěn)定性，保證鋸齒板塊轉(zhuǎn)角處不形成幾何可動(dòng)，另一方面為了組裝過(guò)程中能精準(zhǔn)定位，控制角度的準(zhǔn)確性，單元板塊上下橫梁與板塊立柱間采取了型材組角緊密配合連接的方式，組角與立柱間采用螺釘限位，這種設(shè)計(jì)不僅單元板塊本身連接的可靠性得到了保證，使得上下層板塊立柱間傳遞剪力更直接，同時(shí)可以有效保證不同角度板塊組裝的高精度。上橫梁與立柱組角連接詳圖11.1~11.2，下橫梁與立柱組角連接詳圖12.1~12.2。
單元上下橫梁在凹槽轉(zhuǎn)角處為多段拼接設(shè)計(jì)，為了保證連接位置的可靠，確保幾字形鋸齒板塊在加工組裝、吊裝的過(guò)程都不會(huì)發(fā)生拼縫開裂導(dǎo)致漏水問(wèn)題，同時(shí)防止鋸齒板塊在運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生“劈叉”現(xiàn)象導(dǎo)致拼接縫開裂，設(shè)計(jì)時(shí)在橫梁轉(zhuǎn)角拼接位置設(shè)置了型材插芯組角(圖13.1~13.2)，同時(shí)在下橫梁底部以及上橫梁室內(nèi)側(cè)不可視部位設(shè)置不銹鋼連接片進(jìn)行了加強(qiáng)。
3.4板塊防排水設(shè)計(jì)
常規(guī)單元板塊多采用內(nèi)排水設(shè)計(jì)，本項(xiàng)目在深化設(shè)計(jì)過(guò)程中經(jīng)過(guò)了充分調(diào)研和對(duì)比，基于以下幾方面的考慮，采用了外排水的方式。首先，單元板塊上橫梁存在多段拼接的情況，若采用內(nèi)排水，拼縫位置即便打了榫口膠，因無(wú)法目視檢查內(nèi)部打膠質(zhì)量，存在很大漏水隱患;其次，內(nèi)排水拼縫處的榫口膠一旦在運(yùn)輸或者吊裝過(guò)程中發(fā)生開裂現(xiàn)象，由于位于內(nèi)腔，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法處理;最后，上橫梁為“幾”字形拼接，多道轉(zhuǎn)折繞道，內(nèi)排水無(wú)法保證排水的通暢。
單元板塊采用外排水方案，可以目視檢查排水孔是否開設(shè)到位，同時(shí)排水直接，可以保證順暢。上橫梁拼縫處防水密封處理效果好，拼縫位置先打膠密封，外側(cè)加蓋膠皮周圈打膠，2道密封防水(圖14.1~14.2)。本工程采用外排水，經(jīng)過(guò)了性能測(cè)試驗(yàn)證，整體水密性（詞條“水密性”由行業(yè)大百科提供）能達(dá)到規(guī)范中分級(jí)指標(biāo)的最高級(jí)別5級(jí)[1]。(圖15)
3.5龍骨結(jié)構(gòu)分析計(jì)算
板塊為幾字形鋸齒單元構(gòu)造，龍骨通過(guò)建模整體分析，建立三層模型，模型中龍骨采用型材實(shí)際截面，同時(shí)考慮凹槽層間加強(qiáng)型材的作用(圖16.1~16.2)。與常規(guī)平板板塊單面受荷不同，鋸齒板塊風(fēng)荷載（詞條“風(fēng)荷載”由行業(yè)大百科提供）應(yīng)考慮不同方向的組合作用(圖17.1~17.4)，經(jīng)分析龍骨結(jié)構(gòu)整體受力安全可靠，龍骨變形滿足規(guī)范要求。相對(duì)于按簡(jiǎn)支梁模型計(jì)算龍骨變形，模型中整體變形結(jié)果更小，側(cè)面驗(yàn)證了鋸齒構(gòu)造板塊的平面外變形控制比平板板塊更有利。
4、結(jié)語(yǔ)
現(xiàn)代建筑隨著社會(huì)發(fā)展和人們審美的不斷提升，建筑造型的求新求異給建筑幕墻帶來(lái)了很大的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。中金大廈作為全球化企業(yè)的總部辦公大樓，建成后將屹立在城市森林中，向世人展示作為全球一流金融企業(yè)的信賴感、成長(zhǎng)力和為社會(huì)做貢獻(xiàn)的姿態(tài)。本文所介紹的設(shè)計(jì)內(nèi)容，是我們整個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)和實(shí)踐中的一點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，可為今后這類幕墻工程提供設(shè)計(jì)參考與借鑒。
參考文獻(xiàn)：
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[3] 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，GB 50009-2012
[4] 《廣東省建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，中華人民共和國(guó)廣東省標(biāo)準(zhǔn)，DBJ 15-101-2014
作者單位：深圳市方大建科集團(tuán)有限公司
