淺談天安數碼城四期幕墻大板塊設計

蓋長生 徐 慜 深圳市方大建科集團有限公司

1 前言

天安數碼城四期5號樓位于廣東省深圳市龍崗區，是一棟高190.32m、共42層的超高寫字樓，建筑面積約11.3萬平方米，幕墻形式為單元式玻璃幕墻系統。建筑外立面為菱形鉆石面切割造型，幕墻分為平面、外凸和內凹三種變化，外觀十分新穎獨特，但也給幕墻設計和施工帶來了很大難度。

2 幕墻造型分析

本工程幕墻外立面由三種大小不同的菱形塊按一定的模數有規律的組合而成，幕墻大樣圖見圖1。其中，最大的菱形區域水平方向跨度為25.2m、垂直方向跨度為33.6m，其余兩種菱形區域的長寬尺寸分別按照0.5倍的關系依次等比例縮小。整棟建筑三種菱形塊的數量分別為：18、72、73處。

從凹凸關系來看，塔樓東西立面為內凹造型、北立面為外凸造型、南立面為平板造型，見圖2。通過對幕墻放線測量分析，大、中、小菱形凹凸角度一致（水平方向夾角為163.7°、垂直方向夾角為167.8°，圖3）、分格模數一致（水平分格1564mm），因此幕墻單元板塊具有較高的通用性，對板塊加工、幕墻材料管理有一定的優勢。

圖2 幕墻平面圖

圖3 幕墻進出位關系

3 “大板塊”方案的提出與應用

本項目的幕墻與常規單元式幕墻有所不同，局部為異形單元，且鋁板造型線條交錯，幕墻系統設計上更多地要考慮板塊插接、防水等問題。在招標階段設計方案中，作為劃分“菱形”塊的鋁板造型設計為一個單元體，具有獨立的龍骨和掛接系統；“菱形”塊內部的標準幕墻板塊是按照每個分格設計為一個單元體，即標準單元板塊尺寸為4200mm×1591mm；其他位于“菱形”塊尖角部位的幕墻板塊按照兩個分格設計為一個單元體，呈三角形狀。

按照上述方案設計，該工程主要存在幾個問題：板塊種類繁多、型材用量大、幕墻加工工藝復雜、施工難度大以及防水性能難以保證等。特別是鋁板造型線條系統，一方面，鋁型材含量特別高，增加了幕墻造價；另一方面，在與玻璃單元插接處的防水工作也成為工程的難點。由于鋁板板塊與玻璃板塊是斜向插接，幕墻立面的雨水沿著插接型材最終匯集到“菱形”塊底部的“V”字型連接處，對該位置的防排水造成了極大隱患。見圖4。

圖4 招標方案幕墻防排水示意

基于以上分析，本工程重點要解決的問題是：通過設計深化降低幕墻加工和施工的難度、降低幕墻整體造價、提升幕墻的防水性能。進而我們提出了“大板塊”方案以解決上述問題，見圖5。

圖5 招標方案板塊劃分圖

3.1 “大板塊”的劃分

在“大板塊”方案中，板塊的劃分不再拘泥于“菱形”造型的限制，從建筑整體出發重新劃分單元板塊。具體劃分原則是，以菱形的豎向對稱軸（立面中心線）分別向兩側展開，每兩個分格設計為一個單元體，標準單元板塊尺寸為4200mm×3182mm。單元板塊的類型大體分為兩類：一類是平面的玻璃單元板塊、一類是帶鋁板線條的折線板塊。兩類板塊又根據幕墻的傾斜方向分為外傾或內凹板塊。

圖6 “大板塊”劃分示意

圖7 單元板塊效果圖

3.2 “大板塊”的細部構造

“大板塊”以兩個分格設計為一個單元體，平面單元板塊主要構件包括橫豎插接組合龍骨、中橫梁、中立柱、背板、保溫棉及玻璃面板等；帶鋁板線條的折線板塊相比平面單元板塊增加了兩對斜向龍骨及鋁板等構件。單元板塊均按照標準單元式幕墻的成熟工藝進行加工和組裝。見圖8、圖9。

圖8 平面單元板塊組裝步驟

圖9 帶鋁板線條的折線板塊組裝步驟

帶鋁板線條的折線板塊由于板塊呈二面角狀態，在設計細節上與標準單元板塊略有不同。其中立柱為折線造型，它作為板塊內部的主要受力構件應保持整體剛性，因此中立柱內部需增加套芯輔助連接和加強（圖10）。由于折線板塊的特殊性，其公母立柱不在同一平面內，為保證連接件的掛接方向一致需對掛件進行特殊設計。如圖11所示，三個掛件運動方向相同，并且與橫梁的插接角度保持一致，這樣就能確保單元板塊順利安裝到位。

圖10 中立柱連接構造

圖11 板塊掛接效果圖

3.3 “大板塊”方案防水設計

“大板塊”方案將原本多樣化的單元板塊進行了整合，成為相對標準的單元式幕墻系統，因此本系統在防水構造上與成熟的單元式幕墻系統沒有差別。其防水的基本原理依然是采用“結構防水”，單元板塊插接位置通過型材的特殊構造形成等壓腔，利用等壓原理將雨水阻擋在室外，從而達到防水的目的。“大板塊”方案改變了原方案中沿著菱形塊設置的防水線，使之成為水平連續貫通的防水線，從而簡化了防排水路徑并提升了幕墻的防水性能（圖12）。

圖12 “大板塊”方案防排水示意

3.4 “大板塊”的安裝

本方案的施工方法與常規單元式幕墻基本相同，利用總包塔吊將單元板塊運至樓層內，安裝時采用軌道或微型履帶式吊機吊裝，外部架設吊籃輔助安裝；當板塊水平就位后用手動葫蘆輔助拉接安裝到位。立面施工順序主要為從下往上逐層安裝，平面施工順序為以施工電梯一端為起點逆時針方向逐塊安裝，以施工電梯部位為收口。

單元板塊分為平面板塊和折線板塊，其中折線板塊的安裝需特別注意。由于折線板塊的橫梁與立柱不共面，導致插接方向不同，因此對公母立柱插接部位的型材做了特殊設計以保證板塊順利插接，見圖13。

圖13 二面角板塊插接處節點

4 “大板塊”方案的優勢總結

本項目建筑設計造型獨特，具有一定的地標性，因此幕墻設計必須將建筑師的意圖完美地表現出來。我們通過大板塊方案對原設計方案進行了優化，大大減少了單元板塊的種類和數量，使得幕墻的安裝更加簡潔和便利，提升了現場安裝的效率和質量。同時，利用成熟的幕墻體系來實現，使得幕墻方案的可行性及各項物理性能都有了可靠保障。