論超高層建筑幕墻工程玻璃分隔調(diào)整及結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化

譚勇

本文結(jié)合城際中心（含商務(wù)辦公、商業(yè)、珠三角城際軌道交通調(diào)度指揮中心）項(xiàng)目，論述了超高層建筑幕墻工程玻璃分隔調(diào)整及結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化的合理應(yīng)用，有效了節(jié)約了項(xiàng)目投資。

在現(xiàn)代高層建筑及超高層建筑中，建筑幕墻作為建筑圍護(hù)體系的選擇之一，除了滿(mǎn)足建設(shè)單位對(duì)建筑整體外立面效果觀感的追求，還在其功能性作用方面發(fā)揮應(yīng)有的作用，如抗風(fēng)壓性能、水密性能、氣密性能、平面內(nèi)變形性能、熱工性能等。因此建筑幕墻結(jié)構(gòu)體系的選型就至關(guān)重要，必須達(dá)到安全可靠、造型美觀、經(jīng)濟(jì)適用的效果。在采用以立柱為主要受力、傳力構(gòu)件的單元式幕墻中，可以通過(guò)改變層間單跨受力形式為層間雙跨受力形式的方式提高結(jié)構(gòu)的可靠性來(lái)實(shí)現(xiàn)投資控制。本文針對(duì)施工圖設(shè)計(jì)時(shí)幕墻工程玻璃分隔調(diào)整及結(jié)構(gòu)體系選型的優(yōu)化進(jìn)行探討，為優(yōu)化幕墻工程投資作參考。

一、工程概況

城際中心（含商務(wù)辦公、商業(yè)、珠三角城際軌道交通調(diào)度指揮中心）項(xiàng)目占地面積14759.70m2，地下3層，地上39層。項(xiàng)目建筑高度為180m，總建筑面積為142364m2，項(xiàng)目建設(shè)內(nèi)容包括商務(wù)辦公樓、珠三角城際軌道交通調(diào)度指揮中心、商業(yè)裙樓等。建設(shè)單位為廣東省鐵路建設(shè)投資集團(tuán)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“集團(tuán)公司”），代建單位為廣東省鐵投置業(yè)發(fā)展有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“鐵投置業(yè)公司”），幕墻工程設(shè)計(jì)單位為廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院，設(shè)計(jì)咨詢(xún)單位為廣州市設(shè)計(jì)院。本文玻璃分隔調(diào)整涉及范圍為裙樓（即珠三角城際軌道交通調(diào)度指揮中心、商業(yè)部分）、塔樓（即甲級(jí)辦公樓部分），涉及幕墻結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化的幕墻形式為豎明橫隱單元式幕墻（外帶豎向裝飾線(xiàn)）。

二、原設(shè)計(jì)玻璃分隔及結(jié)構(gòu)體系

設(shè)計(jì)單位完成城際中心項(xiàng)目施工圖設(shè)計(jì)后，提交廣州市設(shè)計(jì)院進(jìn)行施工圖審查，于2015年3月27日審查通過(guò)，并出具了《城際中心項(xiàng)目施工圖審查報(bào)告》。本項(xiàng)目進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)時(shí)，幕墻玻璃分隔設(shè)計(jì)仍按《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ113-2009，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“舊規(guī)程”），幕墻相應(yīng)的玻璃分隔嚴(yán)格按舊規(guī)程的最大使用面積設(shè)計(jì)。本項(xiàng)目建筑幕墻工程，選用玻璃規(guī)格為公稱(chēng)厚度8mm（淺藍(lán)色Low～e）+12A+6mm中空鋼化玻璃，外側(cè)玻璃采用公稱(chēng)厚度8mm，內(nèi)側(cè)玻璃在設(shè)置有護(hù)窗欄桿情況下采用公稱(chēng)厚度6mm。本次僅對(duì)塔樓豎明橫隱式單元幕墻結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行優(yōu)化，因此以下只詳述塔樓原設(shè)計(jì)的玻璃分隔及結(jié)構(gòu)體系情況：

商務(wù)辦公塔樓玻璃幕墻（11層～39層）帶線(xiàn)條單元式幕墻標(biāo)準(zhǔn)層，樓層高度為4.2m。單元式玻璃面板分隔為：橫向分隔間距為1450mm，在樓層梁區(qū)域縱向分隔高度為950mm，非開(kāi)啟窗扇位置剩余高度直接分隔為3250mm，有開(kāi)啟窗扇位置剩余高度再分隔為1500mm高窗扇及上下高度各為785mm、965mm的單元板塊。幕墻結(jié)構(gòu)體系中，鋁立柱采用層間單跨受力方式，僅在樓層梁面處設(shè)預(yù)埋件及鋁掛件連接鋁立柱，鋁立柱計(jì)算跨度為4200mm。

三、玻璃分隔調(diào)整及結(jié)構(gòu)體優(yōu)化的背景條件

在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，部分技術(shù)規(guī)范、規(guī)程更新，住建部明確于2016年4月1日起實(shí)施《建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（JGJ113-2015，以下簡(jiǎn)稱(chēng)“新規(guī)程”），對(duì)安全玻璃的最大使用面積作出了相關(guān)調(diào)整。同時(shí)，代建單位結(jié)合以往項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)及對(duì)投資控制優(yōu)化的相關(guān)要求，擬對(duì)原單元體幕墻進(jìn)行玻璃分隔調(diào)整及結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化，以達(dá)到符合相關(guān)規(guī)范規(guī)程及有效節(jié)約項(xiàng)目建設(shè)成本的目的。

本工程施工總承包合同中，幕墻工程為按設(shè)計(jì)圖示尺寸計(jì)算合同結(jié)算價(jià)，其中幕墻玻璃及幕墻鋁型材為甲供材料，施工單位只計(jì)取采購(gòu)保管費(fèi)。所以，本項(xiàng)目幕墻工程結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化的關(guān)鍵點(diǎn)在于幕墻玻璃分隔必須調(diào)整的情況下，合理調(diào)整分隔，優(yōu)化設(shè)計(jì)幕墻鋁型材使用量，選擇合理的截面尺寸，可以顯著減輕幕墻本身的重量，在受力達(dá)到要求的同時(shí)能夠有效減少單位面積的材料成本，合理控制項(xiàng)目投資。

四、建筑幕墻玻璃分隔調(diào)整及結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化的具體措施

1.建筑幕墻玻璃分隔調(diào)整

根據(jù)新規(guī)程第7.1.1條“安全玻璃的最大許用面積應(yīng)符合‘公稱(chēng)厚度6mm鋼化玻璃最大許用面積為3m2，公稱(chēng)厚度8mm鋼化玻璃最大許用面積為4m2的規(guī)定”相關(guān)要求，原設(shè)計(jì)玻璃分隔應(yīng)進(jìn)行調(diào)整，以滿(mǎn)足新規(guī)程的相關(guān)要求。具體如下：

（1）商務(wù)辦公塔樓玻璃幕墻，11～39層在非開(kāi)啟窗扇部分，在窗扇下框高度處增加橫向分隔，控制每塊玻璃不超過(guò)4m2；在可開(kāi)啟窗扇部分，增加窗扇高度（調(diào)整后窗扇高度為1800mm），減少窗扇上框橫向分隔。調(diào)整后在樓層梁區(qū)域縱向分隔高度為1200mm，非開(kāi)啟窗扇位置剩余高度再分隔為1800mm+1200mm，有開(kāi)啟窗扇位置剩余高度再分隔為1800mm窗扇及分隔高度為1200mm的單元板塊。

（2）珠三角調(diào)度指揮中心玻璃幕墻，1～4層調(diào)整橫框位置且在開(kāi)啟窗扇部分，在窗扇上下框處增加橫向分隔，控制每塊玻璃不超過(guò)4m2；5～10層非開(kāi)啟窗扇部分，在窗扇下框高度處增加橫向分隔，控制每塊玻璃不超過(guò)4m2；在開(kāi)啟窗扇部分，增加窗扇高度，減少窗扇上框橫向分隔。

（3）商業(yè)裙樓玻璃幕墻，1～5層調(diào)整橫框位置且在非開(kāi)啟窗扇部分，在窗扇上下框處增加橫向分隔，控制每塊玻璃不超過(guò)4m2。

本項(xiàng)目玻璃分隔調(diào)整是基于發(fā)布的新規(guī)程下，更嚴(yán)格的許用面積要求，向著每塊玻璃面積更小的方向調(diào)整的，預(yù)測(cè)各玻璃板塊計(jì)算可通過(guò)。經(jīng)原設(shè)計(jì)單位對(duì)調(diào)整分隔后的玻璃板塊重新驗(yàn)算，在項(xiàng)目既有荷載條件不變的情況下，玻璃分隔調(diào)整后的玻璃板塊（含內(nèi)片玻璃、外片玻璃）的荷載計(jì)算、強(qiáng)度計(jì)算、最大撓度校核均能滿(mǎn)足要求。

2.建筑幕墻工程結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化

結(jié)合以上玻璃分隔的調(diào)整，對(duì)于商務(wù)辦公塔樓（11層～屋面）單元體幕墻進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化，同時(shí)在樓層梁面及梁底位置設(shè)預(yù)埋件及鋁掛件連接鋁立柱，鋁立柱的層間受力形式由原設(shè)計(jì)的單跨受力變?yōu)殡p跨受力，調(diào)整后鋁立柱的力矩變短，計(jì)算跨度為由原設(shè)計(jì)的4200mm調(diào)整為1200mm、3000mm，優(yōu)化了幕墻結(jié)構(gòu)受力狀況，同時(shí)增加了幕墻結(jié)構(gòu)體系剛度，增加了幕墻的整體安全系數(shù)。經(jīng)設(shè)計(jì)單位對(duì)玻璃分隔調(diào)整及優(yōu)化后幕墻結(jié)構(gòu)體系重新驗(yàn)算，優(yōu)化后的幕墻鋁立柱的抗彎強(qiáng)度計(jì)算、撓度計(jì)算、抗剪計(jì)算均能滿(mǎn)足要求，幕墻橫梁及中橫梁的抗彎強(qiáng)度計(jì)算、撓度計(jì)算、抗剪計(jì)算也均能滿(mǎn)足要求。

經(jīng)以上玻璃分隔調(diào)整及幕墻結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化后，本項(xiàng)目幕墻工程增加埋件37190kg，增加安裝碼鋁型材69833.2kg，減少的鋁立柱、橫梁及中橫梁等型材重量為223224.89kg。相比原設(shè)計(jì)圖紙，玻璃分隔調(diào)整及幕墻結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化后鋁型材節(jié)約比例達(dá)16.6%。

五、玻璃分隔調(diào)整及幕墻結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化后投資變化情況

以上幕墻工程玻璃分隔調(diào)整及結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化方案，經(jīng)鐵投置業(yè)公司多次組織設(shè)計(jì)單位、咨詢(xún)單位召開(kāi)專(zhuān)題會(huì)議研究審定后，報(bào)集團(tuán)公司審批。經(jīng)集團(tuán)公司相關(guān)業(yè)務(wù)部門(mén)及第三方造價(jià)審核單位審核后，本次玻璃分隔調(diào)整及結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化較原設(shè)計(jì)減少投資242.57萬(wàn)元，有效的節(jié)約了項(xiàng)目投資。

六、結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷進(jìn)步，人們對(duì)美好事物的追求不斷提高，形式各樣的超高層建筑在全國(guó)各地拔地而起，建筑物的幕墻設(shè)計(jì)對(duì)于提高建筑物的美觀性以及實(shí)用功能有著十分重要的意義。在幕墻工程結(jié)構(gòu)優(yōu)化過(guò)程中，要確保建筑幕墻外觀的整體設(shè)計(jì)與原設(shè)計(jì)一致，要保證優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)體系安全可靠，同時(shí)兼顧美觀適用原則，以最經(jīng)濟(jì)的幕墻結(jié)構(gòu)體系來(lái)實(shí)現(xiàn)更加安全且美觀的建筑外形。