某綜合體建筑中異型玻璃幕墻設計

吳永超

(中信建筑設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主的青睞，并在中國發展迅速，現代城市中的高層地標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力，體現建筑科技之美，精致之美。

自密斯·凡德羅的西格拉姆大廈開創了用玻璃作幕墻的先例以來，建筑師們的創作并未滿足于普通的玻璃盒子，各種創新創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，刷新城市畫卷，給建筑幕墻的發展帶來新的技術要求和挑戰。

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金銀湖片區，貼臨區域主干道金銀湖路，交通便捷、人流集中，具有較大區位價值優勢(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、影院、辦公、酒店；地下3層，建筑面積5.5萬m2，有部分商業超市，其余為設備用房與停車庫。

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

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

1.1 設計理念

從區位環境出發，立足城市定位，塑造地標形象，激發區域活力是本項目的設計理念，“金銀湖璀璨鉆石”是對設計理念的概括。

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計理念。裙樓建筑通過切角、轉折、圓弧的造型適應基地，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，呈現鉆石般散發的光芒，又如迎風啟航的帆船，氣勢恢宏，契合“勇立潮頭，敢于創新”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。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。

塔樓標準層采用單元式幕墻，為橫明豎隱結構形式，兩翼區域在玻璃幕墻外側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造，采用鋼方管起伏龍骨，駁接爪連接玻璃面板與龍骨。根據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件式幕墻，為豎明橫隱結構形式，層間設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造，結構形式同菱形水晶幕墻，由兩種標準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、裙樓水晶幕墻的設計重難點。

2 幕墻設計重難點與解決措施

本項目幕墻造型獨特，為了達到預想的外觀效果，同時滿足建筑實用、安全、經濟、節能環保、防火等技術要求，在幕墻設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、模塊化設計、幕墻結構選型、玻璃選型及構造設計、細部節點設計等方面進行闡述。

2.1 幕墻定位

根據塔樓的鉆石造型，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，為了獲得準確的樓層平面及幕墻定位，設計采用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高和軸線的定位參數；通過各樓層標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，從而實現由模型到圖紙的轉化(見圖5)。

精確的三維模型還為幕墻深化提供了板塊劃分、構件放樣、加工制作的依據。

2.2 模塊化設計

裙樓的點式起伏幕墻由四種標準單元模塊組成，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。標準模塊的分隔尺寸與層高及柱網尺寸相協調，其中模塊A對應一層層高，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1/2層高、寬度為4/5柱跨尺寸；模塊D對應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，結合淺藍和淺紅色玻璃，契合本項目裙樓商業的活躍氛圍。異形幕墻表皮的模塊化設計，形成構件的標準化，有利于工廠化加工制作現場裝配式安裝，既提高效率，也有利于控制質量。

2.3 幕墻結構選型

本項目幕墻的結構設計原則是：本著先進、安全、實用、美觀、經濟的原則，確定合理的幕墻結構體系，保證幕墻施工的安全可靠，以科學的工藝達到幕墻工程的高質量。

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

關于兩翼區域幕墻龍骨布置方式有兩種方案：一種是幕墻龍骨結合造型斜向布置，另一種是幕墻龍骨正常水平和垂直布置，不同方案的幕墻結構差別很大，也會影響室內外效果。經比較，一方面為了獲得室內統一的視覺效果，便于室內裝修協調，符合人們對辦公、酒店建筑室內空間的心理需求；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計，內側維護幕墻龍骨水平和垂直布置，外側的斜向線條為外掛裝飾桿件(如圖7所示)。裝飾線條結合本項目的泛光設計，將泛光安裝槽在型材中隱藏設計，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，采用點支承結構形式，這樣就沒有框架式幕墻外露的型材，外觀呈現玻璃純凈的效果(如圖8所示)。

確定了幕墻結構形式，根據《玻璃幕墻工程技術規范》[1]點支承玻璃幕墻結構設計8.1.1，玻璃面板支承孔邊與板邊的距離不宜小于70 mm。由于本項目四種標準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要求。但是對于方形水晶模塊C,D，由于標準單元比例接近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 玻璃選型及構造設計

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

根據《玻璃幕墻工程技術規范》條文說明，與水平面夾角在0°和75°之間的玻璃幕墻屬于《建筑玻璃應用技術規程》管理范疇，而根據《建筑玻璃應用技術規程》[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，會造成鋼爪件規格非標準，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一。為了達到玻璃效果統一以及鋼爪件的標準化，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、運輸、安裝過程的損壞可能性。當然，夾層玻璃自重較大，一定程度影響幕墻的龍骨設計及預埋件的參數要求。

確定了采用夾層安全玻璃后，根據《玻璃幕墻工程技術規范》8.1.2，采用浮頭法式連接件的幕墻玻璃厚度不應小于6 mm；以及《玻璃幕墻工程技術規范》關于安全玻璃適用面積規定，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。結合節能要求，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《玻璃幕墻工程技術規范》8.1.3，玻璃之間的縫隙寬度不應小于10 mm，且應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。經與幕墻玻璃制作廠家溝通，中空玻璃制作采用內片玻璃小于外片玻璃，具體數值根據單元模塊模型導出，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一協調。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取得統一效果。

2.5 幕墻的細部節點設計

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

關于四周封邊處理，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，封堵構造與型材形成整體，中間填充防火保溫巖棉，滿足節能設計要求。

關于幕墻的防火封堵，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計的重點，本項目水晶幕墻凹凸起伏的造型導致需封堵部位基本為異形，這就給封堵施工帶來困難。在設計時，考慮到封堵的易操作性，將豎向封堵設計在支撐龍骨處，設計為模塊化封堵板塊，便于現場批量制作裝配式安裝，提高封堵板的加工精度和質量，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 結語

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

本項目在后期建設過程也發現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、排油煙管井需求顯著增大，設計預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百葉，很大程度破壞了玻璃幕墻的純凈效果。因此，針對商業建筑的多變性和可變性，設計中應予以充分考慮，即使商業運營早期介入，為滿足商業建筑全生命周期運營改造容易性，在與建設方充分溝通基礎上，盡量做最大程度預留設計。