淺談天安數(shù)碼城四期幕墻大板塊設(shè)計(jì)

蓋長生 徐 慜 深圳市方大建科集團(tuán)有限公司

1 前言

天安數(shù)碼城四期5號(hào)樓位于廣東省深圳市龍崗區(qū)，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(tǒng)。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(nèi)凹三種變化，外觀十分新穎獨(dú)特，但也給幕墻設(shè)計(jì)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(shù)有規(guī)律的組合而成，幕墻大樣圖見圖1。其中，最大的菱形區(qū)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(qū)域的長寬尺寸分別按照0.5倍的關(guān)系依次等比例縮小。整棟建筑三種菱形塊的數(shù)量分別為：18、72、73處。

從凹凸關(guān)系來看，塔樓東西立面為內(nèi)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(duì)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(shù)一致（水平分格1564mm），因此幕墻單元板塊具有較高的通用性，對(duì)板塊加工、幕墻材料管理有一定的優(yōu)勢(shì)。

圖2 幕墻平面圖

圖3 幕墻進(jìn)出位關(guān)系

3 “大板塊”方案的提出與應(yīng)用

本項(xiàng)目的幕墻與常規(guī)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(cuò)，幕墻系統(tǒng)設(shè)計(jì)上更多地要考慮板塊插接、防水等問題。在招標(biāo)階段設(shè)計(jì)方案中，作為劃分“菱形”塊的鋁板造型設(shè)計(jì)為一個(gè)單元體，具有獨(dú)立的龍骨和掛接系統(tǒng)；“菱形”塊內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)幕墻板塊是按照每個(gè)分格設(shè)計(jì)為一個(gè)單元體，即標(biāo)準(zhǔn)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(gè)分格設(shè)計(jì)為一個(gè)單元體，呈三角形狀。

按照上述方案設(shè)計(jì)，該工程主要存在幾個(gè)問題：板塊種類繁多、型材用量大、幕墻加工工藝復(fù)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(tǒng)，一方面，鋁型材含量特別高，增加了幕墻造價(jià)；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(diǎn)。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(duì)該位置的防排水造成了極大隱患。見圖4。

圖4 招標(biāo)方案幕墻防排水示意

基于以上分析，本工程重點(diǎn)要解決的問題是：通過設(shè)計(jì)深化降低幕墻加工和施工的難度、降低幕墻整體造價(jià)、提升幕墻的防水性能。進(jìn)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(biāo)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(fā)重新劃分單元板塊。具體劃分原則是，以菱形的豎向?qū)ΨQ軸（立面中心線）分別向兩側(cè)展開，每兩個(gè)分格設(shè)計(jì)為一個(gè)單元體，標(biāo)準(zhǔn)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(jù)幕墻的傾斜方向分為外傾或內(nèi)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(xì)部構(gòu)造

“大板塊”以兩個(gè)分格設(shè)計(jì)為一個(gè)單元體，平面單元板塊主要構(gòu)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(duì)斜向龍骨及鋁板等構(gòu)件。單元板塊均按照標(biāo)準(zhǔn)單元式幕墻的成熟工藝進(jìn)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(tài)，在設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)上與標(biāo)準(zhǔn)單元板塊略有不同。其中立柱為折線造型，它作為板塊內(nèi)部的主要受力構(gòu)件應(yīng)保持整體剛性，因此中立柱內(nèi)部需增加套芯輔助連接和加強(qiáng)（圖10）。由于折線板塊的特殊性，其公母立柱不在同一平面內(nèi)，為保證連接件的掛接方向一致需對(duì)掛件進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)。如圖11所示，三個(gè)掛件運(yùn)動(dòng)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(gòu)造

圖11 板塊掛接效果圖

3.3 “大板塊”方案防水設(shè)計(jì)

“大板塊”方案將原本多樣化的單元板塊進(jìn)行了整合，成為相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的單元式幕墻系統(tǒng)，因此本系統(tǒng)在防水構(gòu)造上與成熟的單元式幕墻系統(tǒng)沒有差別。其防水的基本原理依然是采用“結(jié)構(gòu)防水”，單元板塊插接位置通過型材的特殊構(gòu)造形成等壓腔，利用等壓原理將雨水阻擋在室外，從而達(dá)到防水的目的?！按蟀鍓K”方案改變了原方案中沿著菱形塊設(shè)置的防水線，使之成為水平連續(xù)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(guī)單元式幕墻基本相同，利用總包塔吊將單元板塊運(yùn)至樓層內(nèi)，安裝時(shí)采用軌道或微型履帶式吊機(jī)吊裝，外部架設(shè)吊籃輔助安裝；當(dāng)板塊水平就位后用手動(dòng)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?yàn)橐允┕る娞菀欢藶槠瘘c(diǎn)逆時(shí)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(dǎo)致插接方向不同，因此對(duì)公母立柱插接部位的型材做了特殊設(shè)計(jì)以保證板塊順利插接，見圖13。

圖13 二面角板塊插接處節(jié)點(diǎn)

4 “大板塊”方案的優(yōu)勢(shì)總結(jié)

本項(xiàng)目建筑設(shè)計(jì)造型獨(dú)特，具有一定的地標(biāo)性，因此幕墻設(shè)計(jì)必須將建筑師的意圖完美地表現(xiàn)出來。我們通過大板塊方案對(duì)原設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了優(yōu)化，大大減少了單元板塊的種類和數(shù)量，使得幕墻的安裝更加簡潔和便利，提升了現(xiàn)場安裝的效率和質(zhì)量。同時(shí)，利用成熟的幕墻體系來實(shí)現(xiàn)，使得幕墻方案的可行性及各項(xiàng)物理性能都有了可靠保障。