富士康大廈外循環(huán)呼吸式單元幕墻設(shè)計(jì)

宋一平

（輝文室內(nèi)裝飾（上海）有限公司，上海 200120）

0 引言

上海富士康大廈項(xiàng)目位于上海浦東陸家嘴，外立面折疊式造型具有獨(dú)立的特色。內(nèi)部單元在結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，采用了外循環(huán)呼吸方式。本文在對(duì)呼吸式幕墻的原理的分析中構(gòu)思了一個(gè)節(jié)能設(shè)計(jì)，并對(duì)深化設(shè)計(jì)形成一定的指導(dǎo)。

1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目共有21 層，建筑高度為96 米。幕墻共有為10 套系統(tǒng)，分別F01：外循環(huán)呼吸式單元玻璃幕墻系統(tǒng)；F02：折線單元玻璃幕墻系統(tǒng)；F03：折線框架玻璃幕墻系統(tǒng)；F04：明框單元玻璃幕墻系統(tǒng)；F05：明框框架玻璃幕墻系統(tǒng)（裙樓斜立柱）；F06：明框框架玻璃幕墻系統(tǒng)（裙樓直立柱）；F07：明框框架玻璃幕墻系統(tǒng)（裙樓凹槽）；F08：鋁板幕墻系統(tǒng)；F09：玻璃雨篷系統(tǒng)；F10：玻璃欄桿系統(tǒng)，本文主要介紹塔樓部分F01 外循環(huán)呼吸式單元幕墻。

圖一：外立面效果圖

2 外內(nèi)循環(huán)呼吸式幕墻通風(fēng)系統(tǒng)

2.1 空氣間層

外循環(huán)呼吸式系統(tǒng)工作原理分析：雙層幕墻有室外板塊和室內(nèi)板塊。通過室外板塊與外界連通后，形成空氣流。氣流整體從相鄰兩塊單元板塊底橫梁流入，相隔兩個(gè)單元板塊頂橫梁流出方式。上下空氣排風(fēng)水平間距控制在1.4m，并滿足《建筑幕墻工程技術(shù)規(guī)范》相關(guān)要求。按設(shè)計(jì)取值空氣間層窄端300mm，寬端700mm。空氣在空氣間層由排風(fēng)器控制，長(zhǎng)期處于開啟狀態(tài)，如有需要關(guān)閉可使用通風(fēng)器上的旋鈕關(guān)閉，相應(yīng)幕墻板塊的通風(fēng)口。通過各個(gè)通風(fēng)器的開啟數(shù)量控制整個(gè)空氣間層的氣流和通氣量。典型位置橫向剖面如二所示:

圖二：雙層幕墻典型節(jié)點(diǎn)

2.2 進(jìn)風(fēng)口及排風(fēng)口

系統(tǒng)采用自然通風(fēng)的方式。其進(jìn)風(fēng)口設(shè)在單元板塊底部的橫梁處，采用旋鈕式通風(fēng)器控制。排風(fēng)口設(shè)置在相鄰板塊的頂部橫梁處，在型材處開有缺口，且與室外排風(fēng)孔道相同，達(dá)到空氣達(dá)到流通的目的。通風(fēng)器及排風(fēng)口位置如圖三所示:

圖三：進(jìn)風(fēng)口旋鈕系統(tǒng)

空氣間層底部進(jìn)風(fēng)口處設(shè)有專用通風(fēng)器，可以手動(dòng)調(diào)節(jié)旋鈕達(dá)到開啟關(guān)閉的目的。每層空氣間層設(shè)有馬道，間隔6.4m 設(shè)有通入馬道的門窗，供檢修和操作人員進(jìn)入控制通風(fēng)器旋鈕。當(dāng)旋鈕打開時(shí)，通風(fēng)系統(tǒng)形成上下壓力差。

上海屬于夏熱冬冷性氣候，冬夏溫差比較大。夏季高溫時(shí)空氣間層能夠帶走外部陽(yáng)光直射產(chǎn)生的40%～50%的空氣熱能。冬季低溫時(shí)，關(guān)閉通風(fēng)系統(tǒng)旋鈕可以有效率的節(jié)約陽(yáng)光產(chǎn)生熱能40%～60%。所以通過季節(jié)性控制通風(fēng)器的開關(guān)可以給室內(nèi)帶來(lái)能源上的節(jié)約，符合當(dāng)今政府主導(dǎo)的綠色施工和節(jié)能減排低能耗的設(shè)計(jì)要求。

3 單元式雙層幕墻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 項(xiàng)目荷載計(jì)算、取值

外層幕墻主要承受了風(fēng)荷載、重力荷載、面荷載、活荷載及地震荷載作用,內(nèi)層幕墻抓喲承受風(fēng)荷載、重力荷載和地震荷載。

3.1.1 風(fēng)荷載假定及計(jì)算

a)外層幕墻部分.項(xiàng)目位于上海市，基本風(fēng)壓0.55kPa，地面粗糙度C 類。在荷載組合作用下分析最不利情況下幕墻構(gòu)件承受的最大荷載值。外層幕墻風(fēng)荷載取值按風(fēng)荷載直接作用在外幕墻考慮.

b)內(nèi)幕墻風(fēng)荷載取值線性插值取外部風(fēng)荷載的百分比計(jì)算。簡(jiǎn)單過程描述如下,該項(xiàng)目空氣間層尺寸寬度均值535mm,板塊高度4050mm,板塊水平寬度1400mm?？諝忾g層體積為:535mmx4050mmx1400mm=3.03m^3 ,有效通風(fēng)面積為21000mm^2/mx1400mm=0.03m^2,比值為3.03/0.03=101,按《上海市建筑幕墻工程技術(shù)規(guī)范》表14.1.6 外通風(fēng)雙層幕墻的內(nèi)層幕墻風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值百分比,線性插值取值為V/Ven=101 取值70%。該雙層幕墻系統(tǒng)的內(nèi)幕墻荷載計(jì)算取值為外幕墻風(fēng)荷載的70%

3.1.2 地震荷載分析

根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范JGJ-102-2003 第5.3.4 條規(guī)定上海市抗震設(shè)防為7 度，水平地震影響系數(shù)最大值取0.08，動(dòng)力放大系數(shù)取5.0，水平地震作用的大小為支撐重量的0.4 倍，豎向地震作用可不用考慮。因此水平地震荷載作用需參與荷載組合。

3.1.3 荷載組合分析

各種荷載分項(xiàng)系數(shù)組合及組合系數(shù)，永久荷載、活荷載、地震荷載分項(xiàng)系數(shù)分別為1.2、1.4、1.3.當(dāng)永久荷載效應(yīng)起控制作用時(shí)，其分項(xiàng)系數(shù)取1.35.當(dāng)永久荷載對(duì)構(gòu)件有利時(shí)，分項(xiàng)系數(shù)不應(yīng)大于1.0.對(duì)荷載組合后取值分別參與到各個(gè)構(gòu)件的計(jì)算當(dāng)中。

3.2 單元板塊分格

3.2.1 單元板塊分格確定

塔樓內(nèi)外單元板塊水平分格均為1400mm，標(biāo)準(zhǔn)層高4250mm。單元板塊分格決定著在美觀效果，結(jié)構(gòu)安全性要在荷載取值后對(duì)上述立柱截面對(duì)強(qiáng)度和撓度進(jìn)行驗(yàn)算。玻璃面板在荷載組合強(qiáng)度撓度、平面內(nèi)變形均符合要求。

3.2.2 單元板塊立柱確定

外循環(huán)幕墻系統(tǒng)的立柱如下圖四、圖五圖所示：

圖四：外系統(tǒng)公料截面屬性圖

圖五：外系統(tǒng)母料截面屬性

表一：外幕墻立公料型材截面屬性

表二：外幕墻立柱母料型材截面屬性

立柱的截面性能對(duì)主控幕墻單元板塊水平分隔，層高跨度有著至關(guān)重要的作用。在組合荷載作用下,公母立柱按其剛度及EI 承擔(dān)荷載。表一、表二所選擇的立柱為外循環(huán)幕墻的主要立柱截面形式，均符合3.1 節(jié)中對(duì)荷載的假定后的計(jì)算設(shè)計(jì)。

3.3 單元式雙層幕墻構(gòu)造設(shè)計(jì)

雙層幕墻外層為橫滑是單元玻璃幕墻體系。通過上下板塊的橫梁相互插接，左右立柱插接后坐落在橫梁間的水槽料上滿足整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，并形成密閉的腔體，完整的防水線來(lái)滿足建筑的外圍護(hù)性能。內(nèi)層幕墻采用小單元板塊形式，頂?shù)讬M梁坐落在樓層間，立柱采用公母料插接方式，提高安裝效率。

3.3.1 單元式雙層幕墻構(gòu)造設(shè)計(jì)

a)外層幕墻為6mm（鋼化）+1.52GSP+6mm（鋼化）夾膠玻璃。外層系統(tǒng)埋件大面區(qū)設(shè)置在每層樓板頂，墻角區(qū)設(shè)置在結(jié)構(gòu)柱側(cè)面，均可簡(jiǎn)化為多跨連續(xù)梁計(jì)算模型。

單元系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)接件與后置埋件相連接，連接可靠性得到保障的基礎(chǔ)上要做到三維方向調(diào)節(jié),及X 軸Y 軸Z 軸。從而保證在混凝土結(jié)構(gòu)正負(fù)誤差下的單元板塊安裝的準(zhǔn)確性。

b)內(nèi)層幕墻為8mm（鋼化）+12Ar+8mm（鋼化）中空玻璃,內(nèi)層系統(tǒng)利用層間鋼梁和樓板頂埋件，可簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁計(jì)算模型。內(nèi)層幕墻與層間相連接部位使用3mm 鋁單板設(shè)計(jì),內(nèi)部采用100mm 防火巖棉和1.5mm 鍍鋅鋼板將上下層板間封堵.不同常規(guī)幕墻,空氣間層風(fēng)荷載較小。為方便安裝,特設(shè)計(jì)了掛接方式鋁板與型材連接.如圖六,圖七。

圖六:層間鋁板掛件

圖七:層間底部加強(qiáng)筋

3.4 幕墻防水設(shè)計(jì)

雙層幕墻防水主要以外層幕墻為主。幕墻防水應(yīng)從兩方面考慮，一方面為系統(tǒng)排水，讓室內(nèi)冷能凝水等從單元體腔體有效排出。另一方面為系統(tǒng)防水，使用二道防水線將室外雨水阻擋在室外。下面分別闡述兩方面的設(shè)計(jì)方式。

3.4.1 系統(tǒng)排水

系統(tǒng)排水分為前后腔排水兩條路線有組織排水，利用分層排水、錯(cuò)層排出的原則。即上一層的冷凝水或少量滲入腔體的雨水從立柱排入下一層頂橫梁后腔，再通過型材孔排入前腔從而流到室外。

3.4.2 系統(tǒng)防水

系統(tǒng)防水利用了單元體的等壓腔原理。即腔體內(nèi)壓腔與室外壓強(qiáng)盡量保持相等，使雨水不會(huì)在風(fēng)荷載作用時(shí)形成的壓力下壓入或滲入室內(nèi)。由于系統(tǒng)是外循環(huán)呼吸是幕墻，需要長(zhǎng)期保持橫梁處與室外開口相通。所以和以往常規(guī)幕墻的三道防水線不同，該系統(tǒng)只能保留水密線和氣密線。詳見圖八，（即取消第一道批水線）。經(jīng)驗(yàn)證有效的保證等壓腔原理下，大部分雨水可以被第一道水密線阻擋，再進(jìn)入第二到氣密線時(shí)候完全可以從頂橫梁的后腔流入3.4.1 節(jié)所介紹的系統(tǒng)防水路線。

3.5 幕墻安全性能設(shè)計(jì)

幕墻安全性能除了玻璃板塊和鋁合金構(gòu)件、掛件等在荷載作用下滿足要求外.防玻璃墜落和防火設(shè)計(jì)也是不可忽視.

3.5.1 防墜落安全設(shè)計(jì)

a)玻璃選用鋼化玻璃,外層幕墻使用超白6mm+1.52SGP+6mm 夾膠玻璃,考慮到玻璃產(chǎn)品破碎產(chǎn)生的危害使用1.52SGP 夾膠片，即使局部出現(xiàn)破碎也不會(huì)突然性四濺產(chǎn)生高空墜落或飛濺造成玻璃傷人事件。

b)鋁合金框設(shè)計(jì)為半隱框,在結(jié)構(gòu)膠穩(wěn)定性失去控制的情況下可以通過明框的機(jī)械連接方式作為保障,從而不會(huì)因?yàn)楹奢d作用下脫落.

c)入口處雨棚挑出不少于1 米,避免上部墜物下落傷人.

3.5.1 防火安全設(shè)計(jì)

a)層間設(shè)置100mm厚防火巖棉封堵,使用1.5mm不銹鋼板承托,并采用防煙密封膠填縫.嚴(yán)禁防火分區(qū)跨層.阻止“煙囪效應(yīng)”產(chǎn)生

b)玻璃和鋁合金及輔材等全部選用不燃、難燃的材料,控制材料品質(zhì)質(zhì)量.埋件和轉(zhuǎn)接件設(shè)置在防火辦護(hù)區(qū)范圍內(nèi).

c)在間距20m 范圍內(nèi)設(shè)置消防救援窗,窗戶玻璃使用12mm 浮法玻璃.該項(xiàng)目消防救援窗1.4mx2.1m 尺寸,救援時(shí)人容易通過.并做好了外部易識(shí)標(biāo)記.

4 結(jié)束語(yǔ)

上海富士康大廈項(xiàng)目是對(duì)建筑師設(shè)計(jì)理念和構(gòu)思的實(shí)踐。在運(yùn)用了幕墻知識(shí)和節(jié)能理念，對(duì)幕墻系統(tǒng)排水、抗風(fēng)壓、通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行了深化設(shè)計(jì)。使得幕墻在滿足外立面效果的同時(shí)保證安全、防水、節(jié)能等性能。雙層幕墻在建筑領(lǐng)域?qū)ξ磥?lái)節(jié)能發(fā)展起著非常重要的作用，也是城市空氣污染治理在建筑幕墻中的重要組成部分。