幕墻工程設(shè)計分析

□文/李 建 徐 麗

隨著幕墻在建筑裝飾中得到越來越廣泛的應(yīng)用,對建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)、建筑幕墻設(shè)計提出了更高的要求。

1 工程概況

天津?qū)毨├蕡@1、2號樓及裙房項目為大型綜合性建筑，其中1號樓為高級寫字樓，鋼筋混凝土框架-筒體結(jié)構(gòu)，地上38層，地下2層，建筑總高度為158.3 m；2號樓為酒店式公寓，現(xiàn)澆鋼筋混凝土框支-剪力墻結(jié)構(gòu)，地上27層，地下2層，建筑總高度為108.9m。1、2號樓下部為4層綜合商業(yè)裙房，高度為21.95m。總幕墻面積約為50000m2，豎向香檳金鋁板幕墻、橫向深灰色鋁板裝飾線條、深灰色玻璃幕墻與樓冠裝飾格柵相互結(jié)合，相得益彰，將整體建筑細(xì)膩、華麗、富貴雅致的風(fēng)格表達(dá)的淋漓盡致，見圖1。

圖1 天津?qū)毨├蕡@1、2號樓及裙房幕墻整體效果

2 幕墻特點分析

1）幕墻系統(tǒng)組成種類多，交錯布置。為了突出建筑的表現(xiàn)力，建筑師充分利用了建筑幕墻輕盈，靈活，多樣化的特點，通過不同的幕墻形式，賦予了建筑時代氣息。本項目幕墻形式主要包括：隱框鋁合金玻璃幕墻系統(tǒng)、明框鋁合金玻璃幕墻系統(tǒng)、鋁單板幕墻系統(tǒng)、干掛石材幕墻系統(tǒng)、樓冠裝飾格柵系統(tǒng)和裙樓鋁單板雨棚等。

2）幕墻依附的主體結(jié)構(gòu)復(fù)雜多樣。項目主體結(jié)構(gòu)采用了鋼筋混凝土框架+剪力墻+鋼結(jié)構(gòu)的組織形式，多樣的結(jié)構(gòu)形式增加了幕墻系統(tǒng)的設(shè)計復(fù)雜程度。土建結(jié)構(gòu)在每層樓結(jié)構(gòu)梁位置分別有上下兩層結(jié)構(gòu)挑檐，幕墻立柱不能從下到上通長安裝。土建結(jié)構(gòu)二次構(gòu)造柱數(shù)量多，設(shè)計階段必須充分考慮土建施工誤差對幕墻施工的影響。鋼結(jié)構(gòu)部分主要位于裙樓雨棚和樓冠鋁板造型柱位置，其特點是造型復(fù)雜，跨度大，跨越伸縮縫等。

3 幕墻系統(tǒng)

3.1 隱框鋁合金玻璃幕墻

該系統(tǒng)主要位于1號樓主樓東南立面1～38層，西北立面5～38層；2號樓主樓東南立面5～38層，西北立面1～38層；裙樓東北立面3～4層。玻璃采用灰色6mm（LOW-E）+12mmA+6mm鋼化中空鍍膜玻璃，樓層位置立柱橫梁材質(zhì)為鋁合金，層間結(jié)構(gòu)梁位置立柱橫梁材質(zhì)為熱浸鋅鋼材。根據(jù)樓層高度及樓層位置的不同，同時考慮幕墻的經(jīng)濟(jì)性，經(jīng)設(shè)計計算，將立柱設(shè)計分為4個系列，其中每個系列又按材質(zhì)不同劃分，共9種立柱型號，見表1。

表1 隱框鋁合金玻璃幕墻立柱型號

考慮到土建二次構(gòu)造柱的寬度尺寸僅比鋁單板幕墻造型柱的外形尺寸小50mm且土建整體施工誤差等問題，故將立柱設(shè)計為半料的形式，整體調(diào)節(jié)量為25mm，保證現(xiàn)場施工的可調(diào)性。立柱與橫梁預(yù)拼裝成單元構(gòu)件，在整體安裝在構(gòu)造柱間，見圖2和圖3。

圖2 隱框鋁合金玻璃幕墻

圖3 隱框鋁合金玻璃幕墻節(jié)點

開啟窗采用掛鉤式，啟閉方便，位置避開梁、柱、隔墻等位置，保證立面效果；離地面1200mm，高度600 mm，保證人在室內(nèi)觀察室外的效果。

3.2 鋁單板幕墻

該系統(tǒng)主要位于1號樓主樓東南立面1～38層，西北立面5～38層；2號樓主樓東南立面5～38層，西北立面1～38層。豎向造型選用2.5mm厚香檳金鋁單板，橫向造型選用2.5mm厚鼠灰色鋁單板。龍骨與隱框玻璃幕墻鋁合金立柱橫梁共用。拐角處貫通的鋁板幕墻立柱選用120mm×60mm×4mm熱浸鋅鋼方通，橫梁選用50mm×4mm熱浸鋅鋼方管。由于隱框鋁合金玻璃幕墻系統(tǒng)和鋁單板幕墻系統(tǒng)交錯布置，將鋁單板構(gòu)造柱采用與隱框鋁合金玻璃幕墻共用立柱設(shè)計，橫梁位置采用無橫梁設(shè)計，通過拉鉚釘將上下造型柱的連接耳板連接，保證鋁板造型柱的表面平整，這樣設(shè)計不僅降低了現(xiàn)場施工難度，又降低了工程造價，見圖4。

3.3 干掛石材幕墻

該系統(tǒng)主要位于裙樓東南北立面造型柱和層間梁位置，樓層高度為4.8m，石材高度為27m。選用28 mm厚荔枝面金麻花崗巖建筑板材；開槽部位石材選用38mm厚，最薄處不少于28mm；吊頂面石材背后采用纖維增強(qiáng)層。立柱選用8#熱浸鋅槽鋼，每層斷開。橫梁選用50mm×4mm熱浸鋅等邊角鋼，連接件鋼板及角碼亦事先熱浸鋅處理，見圖5。

圖4 鋁單板幕墻節(jié)點

圖5 干掛石材幕墻節(jié)點

3.4 樓冠裝飾格柵

該系統(tǒng)主要位于1、2號樓樓冠部分，分別由高度8.2、9.1m的鋁單板造型柱和裝飾格柵相間布置構(gòu)成。格柵選用100mm×60mm鋁合金方管，間隔200mm。豎向凸字造型間選用2.5mm厚香檳金鋁單板，龍骨選用40mm×3mm、50mm×4mm熱浸鋅鋼方管，見圖6。

圖6 樓冠裝飾格柵節(jié)點

3.5 鋁單板雨棚

該系統(tǒng)主要有3處，全部使用鋼結(jié)構(gòu)支撐，上下面均為2.5mm厚香檳金鋁單板。1號樓東立面首層主入口雨棚尺寸為5.3m×21m，斜拉桿為76mm×6mm圓管表面氟碳噴涂處理；2號樓西立面首層主入口雨棚尺寸為5m×16.5m，斜拉桿為76mm×6mm圓管表面氟碳噴涂處理；裙樓西南立面首層主入口雨棚尺寸為4.8m×67m，拉桿為0.85m×0.8m的石材造型裝飾柱，其頂部為石材裝飾挑檐，兩者鋼結(jié)構(gòu)部分為獨立受力體系，見圖7和圖8。

圖7 1號樓主入口雨棚

圖8 裙樓雨棚

3.6 明框鋁合金玻璃幕墻

該系統(tǒng)主要位于裙樓東南西北立面1～4層，采用灰色6mm（LOW-E）+12mmA+6mm鋼化中空鍍膜玻璃，立柱橫梁材質(zhì)為鋁合金。首層幕墻立柱采用150系列，2～4層采用135系列。

4 構(gòu)造節(jié)點難點分析

4.1 隱框鋁合金玻璃幕墻系統(tǒng)和鋁單板幕墻系統(tǒng)節(jié)點設(shè)計

根據(jù)隱框鋁合金玻璃幕墻系統(tǒng)和鋁單板幕墻系統(tǒng)交錯布置的特點，將上述兩種幕墻系統(tǒng)統(tǒng)籌設(shè)計，定為標(biāo)準(zhǔn)單元系統(tǒng)。該部分工程量約占據(jù)了整個幕墻面積的86%，因此隱框鋁合金玻璃幕墻系統(tǒng)和鋁單板幕墻系統(tǒng)連接節(jié)點設(shè)計優(yōu)劣直接關(guān)系到本幕墻工程的造價、施工質(zhì)量、施工進(jìn)度等。針對上述問題，在幕墻設(shè)計時，提出了幾套解決方案供優(yōu)選，見表2。

表2 隱框鋁合金玻璃幕墻系統(tǒng)和鋁單板幕墻系統(tǒng)節(jié)點設(shè)計方案對比

經(jīng)過對以上方案進(jìn)行深入分析、成本核算和現(xiàn)場實測結(jié)果，進(jìn)行優(yōu)劣取舍，最終確定選擇方案三為施工方案。

4.2 裙樓鋁單板雨棚的設(shè)計與實現(xiàn)

裙樓沿街商業(yè)部分的整體外墻組成中，裙樓鋁單板雨棚被定義為建筑的靈動部分。建筑效果要求穩(wěn)重中不失靈巧，粗獷中不失精細(xì)。從建筑材料到表面顏色，從幕墻分格規(guī)格到線條方向，建筑師都提出了獨特的理念和嚴(yán)格的要求。根據(jù)上述要求對裙樓鋁單板雨棚進(jìn)行設(shè)計分析，本部分的設(shè)計難點主要集中在以下幾個方面。

1）面材及其顏色的選擇。在眾多石材品種中，必須選擇一種既能與主樓鋁板顏色相協(xié)調(diào)，又能滿足整體建筑穩(wěn)重的要求的石材品種。經(jīng)過與建筑師多次溝通后，初步確定12個品種，提供石材小樣，篩選出6個品種現(xiàn)場制作樣板比對，最終選用荔枝面香檳金麻花崗巖作為雨棚造型柱及頂部裝飾挑檐的裝飾面材。

2）雨棚功能性的實現(xiàn)。雨棚作為建筑物的出入口，要保證雨棚的防雨、防墜物傷人、保護(hù)外開門等使用功能。設(shè)計時考慮到雨棚尺寸大，故采取有組織內(nèi)排水方式，巧妙的將雨水管隱蔽在鋁板裝飾柱內(nèi)。底部吊頂劃分區(qū)域內(nèi)凹設(shè)計，增加層次感和觀賞性，雨棚安裝照明燈，保證人員出入安全。

3）結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)布置。雨棚設(shè)計時不僅要滿足使用功能和美觀性要求，還要保證結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性和穩(wěn)定性，處理結(jié)構(gòu)選型和布置是保證雨棚立面效果的關(guān)鍵所在，見表3。

表3 雨棚結(jié)構(gòu)選型方案對比

經(jīng)過對比分析，最終確定選擇方案二為施工方案。該雨棚位于2層位置，鋼梁固定在土建結(jié)構(gòu)梁上，而石材造型柱作為拉桿分別固定在3、4層和頂層梁位置，頂部挑檐結(jié)構(gòu)單獨固定在裙樓頂部基礎(chǔ)上。雨棚全部鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用Q235鋼材，構(gòu)件的規(guī)格：主梁采用20a#工字鋼，次梁采用40mm×3mm方管，拉桿采用50mm×4 mm方管桁架。頂部挑檐構(gòu)件的規(guī)格：主梁采用18#工字鋼，次梁采用10#槽鋼，全部支座節(jié)點設(shè)計為鉸接。采用懸臂鋼梁與拉桿相結(jié)合的方式，以減小主要受力鋼梁的截面，保證結(jié)構(gòu)安全的同時增加了整體建筑的美感，見圖9和圖10。

圖9 雨棚鋼結(jié)構(gòu)三維布置

圖10 頂部挑檐鋼結(jié)構(gòu)三維布置

5 總結(jié)

天津?qū)毨├蕡@1、2號樓及裙房幕墻工程自設(shè)計開始到工程竣工驗收，共歷時1.5a的時間。全方位的準(zhǔn)備、完善的設(shè)計、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕?、?guī)范的管理保證了工程按時、保質(zhì)的完成。通過本工程的設(shè)計總結(jié)如下經(jīng)驗：

1）在前期幕墻整體方案階段，充分理解建筑師的設(shè)計意圖，在不影響外立面效果和保證安全的情況下，優(yōu)化建筑圖中幕墻部分，使幕墻方案更合理，便于現(xiàn)場施工、同時能減少工程造價；

2）在設(shè)計施工圖階段，要對幕墻的構(gòu)造形式，主體結(jié)構(gòu)對幕墻的影響等多方面進(jìn)行考慮；

3）在難點、重點方案設(shè)計階段，對幕墻設(shè)計、施工的可行性進(jìn)行探討、評審，避免出現(xiàn)重大設(shè)計缺陷；

4）在細(xì)部方案選擇階段，要對方案的合理性、材料性能、加工工藝、成本等有充分的了解，選用更容易滿足設(shè)計要求的方案?！酢?/p>