1、前言

建筑幕墻是由面板與支承結(jié)構(gòu)體系(支承裝置與支承結(jié)構(gòu))組成的、可相對主體結(jié)構(gòu)有一定位移能力或自身有一定變形能力、不承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)所受作用的建筑外圍護(hù)墻[[1]]。建筑幕墻除了有技術(shù)發(fā)展較成熟的玻璃幕墻、金屬板幕墻和石材幕墻外，還有人造板材幕墻(如陶板幕墻、千思板幕墻)、點支承玻璃幕墻、雙層幕墻及光電幕墻等。建筑幕墻是現(xiàn)代建筑派的主要表現(xiàn)特征，在新世紀(jì)的現(xiàn)代化城市建筑中具有不可替代的藝術(shù)地位。近幾年，隨著新技術(shù)、新材料的不斷應(yīng)用，建筑幕墻行業(yè)發(fā)展得比較快，建筑幕墻在城市的現(xiàn)代化建設(shè)中發(fā)揮著舉足輕重的作用。

在建筑幕墻的實際應(yīng)用中，超高層建筑要承受更大的風(fēng)力、地震力和溫度變化的影響,主體結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生更大的豎向變形,這些因素會使幕墻相應(yīng)要承受更大的內(nèi)力和位移。超高層建筑施工、現(xiàn)場安裝，要求簡約化、快速化、文明化。因此設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、構(gòu)件預(yù)制化、安裝機(jī)械化是一個前提條件。單元式幕墻系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化程度可達(dá)80-90%;現(xiàn)場人工操作工作量很低,90%以上的工作量可以在工廠內(nèi)完成;預(yù)制品加工質(zhì)量高、精度高;工廠內(nèi)和施工現(xiàn)場工人勞動生產(chǎn)率高;施工受氣候條件影響小;施工安裝不用腳手架，工地文明清潔簡約;建造用工少工期短等特點。因此超高層建筑的幕墻都會首先選用單元式幕墻。

超高層建筑的幕墻設(shè)計與普通幕墻有一定的差異，往往幕墻方案時設(shè)計中不容易引起重視。作者根據(jù)多年幕墻設(shè)計經(jīng)驗，總結(jié)了對超高層建筑幕墻在設(shè)計階段應(yīng)考慮的幾個要點問題，包括建筑幾何形態(tài)造型對幕墻系統(tǒng)的影響，避難層的的幕墻系統(tǒng)設(shè)計，清洗維護(hù)系統(tǒng)(擦窗機(jī))的系統(tǒng)選擇等方面，均提出了細(xì)致而周到的解決方案,希望能對建筑幕墻設(shè)計行業(yè)起到些許積極的作用。

2、根據(jù)建筑幾何形態(tài)造型設(shè)計幕墻系統(tǒng)

2.1 工程概述

沈陽盛京金融中心項目區(qū)域在沈陽市和平區(qū)南京北街西側(cè)，距沈陽機(jī)場27.5 公里，距沈陽北站2.8 公里，緊鄰沈陽市和平區(qū)城市核心區(qū)，總規(guī)劃用地面積約71598.11 平方米。東西走向的丹東路將項目用地劃分為A、B 兩個地塊， A 地塊共包含T1T2T3三棟塔樓，其中T2塔樓建筑高度最高，如圖1-1所示，本文針對T2塔樓的建筑幕墻分析超高層幕墻的設(shè)計要點;塔樓建筑總高度319.04m，裙樓建筑總高度約41.7m，幕墻面積約6.5萬㎡。地下3層，塔樓地上67層，裙樓地上6層。結(jié)構(gòu)選型為框架核心筒體系，出屋面結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)。

2.2 建筑幾何形態(tài)分析

塔樓平面形態(tài)為四個圓弧大面和四個轉(zhuǎn)角內(nèi)凹槽傾斜面組成。四個轉(zhuǎn)角內(nèi)凹面漸變向上內(nèi)傾延伸，整體形成向上突破的圍合、挺拔之勢。如圖1-2所示。

塔樓大面位置采用橫明豎隱的單元式玻璃幕墻，平面內(nèi)為圓弧造型，體現(xiàn)建筑物的體量感;橫向裝飾條內(nèi)布置燈具。

塔樓角部凹槽側(cè)面采用單元式鋁板幕墻，強(qiáng)化體量輪廓，進(jìn)一步體現(xiàn)塔樓伸展上升的形態(tài)。鋁板造型與造型內(nèi)玻璃幕墻形成的凹槽造型，凹槽整體造型先逐漸收分縮小，到達(dá)一定高度后逐漸收分縮增大，形成喇叭口形狀。

凹槽內(nèi)玻璃幕墻為豎明橫隱的單元式玻璃幕墻，配合凹槽造型收分，先是豎向外傾弧面幕墻，到達(dá)一定高度后逐漸調(diào)整為內(nèi)傾弧面幕墻。

塔樓采用的是單元式玻璃幕墻系統(tǒng)和單元式鋁板幕墻系統(tǒng)，建筑表皮的多種形態(tài)的造型給幕墻設(shè)計帶來了較大的難度，而水平圓弧面和垂直圓弧面和鋁板凹槽的特殊性，對幕墻系統(tǒng)的設(shè)計提出了更高的要求。

幕墻設(shè)計必須正確理解建筑幾何形態(tài)的成型理念，并以此為基礎(chǔ)作為建筑幕墻的設(shè)計基礎(chǔ)，才能正確深化出超高層建筑的幕墻體系。[2]

2.3 塔樓大面圓弧幕墻的系統(tǒng)設(shè)計要點

大面圓弧幕墻的幕墻板塊寬度1.4m，幕墻板塊間的折線水平夾角179.5度;因為角度較小，實際放樣橫梁端部切斜角距離僅為1.02mm。

過小的距離車間加工很難實現(xiàn)，橫梁端部仍按照90°切角，平面角度安裝時，通過接縫調(diào)整適應(yīng)角度變化;最終確定采用板塊折線擬合的方式完成圓弧造型，但是本方案一定要合理設(shè)置注意前端豎向膠條的截面設(shè)計，保證防水性能。

其他建筑幕墻項目，如果幕墻板塊水平夾角較大時，一般橫梁端部切角≥5mm，橫梁端部必須按照實際角度加工，角度通過橫梁切角度解決，單元板塊角度為實際;由于幕墻水平分格與幕墻板塊水平夾角影響較大，所以設(shè)計初期應(yīng)與建筑師充分溝通，做到有的放矢。

單元體幕墻通過幕墻板塊上的掛件和與預(yù)先設(shè)置在結(jié)構(gòu)上的單元體掛座掛接，實現(xiàn)單元體幕墻的的安裝;掛件和掛座安裝過程中具備三維可調(diào)能力;單元體掛座初步選擇頂面掛接(槽式埋件+鋁合金掛座)和側(cè)面掛接(鋼制轉(zhuǎn)接件連接+鋼質(zhì)掛軸)兩種方案。對于兩種掛接方案進(jìn)行了分析后，確定合理的掛接方式。

本工程用于幕墻連接的鋼結(jié)構(gòu)環(huán)型邊梁考慮到工程造價等因素，未考慮彎弧處理，均為直線段;這樣就造成了選擇側(cè)面連接方案中，轉(zhuǎn)接件長度規(guī)格較多，現(xiàn)場焊接量大等不足之處。

本工程用于樓板做法采用成品鋼樓承板的樓板型式，標(biāo)準(zhǔn)混凝土板厚為120mm，很難滿足槽式埋件的埋設(shè)需要;經(jīng)過與建筑結(jié)構(gòu)院的多次溝通，最終選擇樓板外輪廓向內(nèi)500范圍內(nèi)局部加厚到200mm的做法;滿足槽式埋件的埋設(shè)需要，需要了解決槽式埋件對于混凝土厚度的問題。

2.4 凹槽內(nèi)單元式玻璃幕墻的系統(tǒng)設(shè)計要點

凹槽內(nèi)單元式玻璃幕墻的幕墻板塊寬度1,4m，層高為4.2m和5.4m;通過對于幕墻犀牛模型的分析，立面幕墻在14層標(biāo)高69m的位置為分界線，分界線以下幕墻板塊向外傾斜，分析數(shù)據(jù)詳見圖1-6;分界線以上幕墻板塊為向內(nèi)傾斜。

由于單元體板塊之間的豎向夾角接近180度，采用單元體板塊折線擬合的方式實現(xiàn);尤其應(yīng)當(dāng)注意的是分界線以上的幕墻單元體板塊(內(nèi)傾斜)，需要關(guān)注單元體幕墻的上橫梁截面設(shè)計，排水角度由常規(guī)的3%加大到4%，保證單元體幕墻的排水性能。

2.5 凹槽側(cè)面轉(zhuǎn)角單元式鋁板幕墻的系統(tǒng)設(shè)計要點

凹槽側(cè)面轉(zhuǎn)角單元式鋁板幕墻的幕墻板塊寬度1.7m，出挑龍骨面1.5m，層高為4.2m和5.4m;通過對于幕墻犀牛模型的分析，轉(zhuǎn)角單元式鋁板幕墻為規(guī)則扭轉(zhuǎn)單元;每層扭轉(zhuǎn)角度小于0.05度，整體幕墻向內(nèi)側(cè)傾斜2.11度。

由于單元體鋁板幕墻的板塊扭轉(zhuǎn)造型，通過犀牛軟件逐層對板塊間翹曲值進(jìn)行分析;通過得到的數(shù)據(jù)，按照層數(shù)對單元板塊進(jìn)行歸集，確定合理的區(qū)段劃分;選擇每5層的單元體鋁板幕墻板塊進(jìn)行歸類時，翹曲值不大于2mm，滿足設(shè)計要求;整個建筑立面分為10種鋁板單元體幕墻板塊;

鋁板單元板塊造型復(fù)雜，出挑距離較多;設(shè)計原則考慮功能性與裝飾性分離，更好的實現(xiàn)建筑功能和外立面效果;鋁板單元體龍骨選擇鋼鋁結(jié)合方式(如圖1-9);受力桿件為鋼材，滿足強(qiáng)度剛度要求;鋁型材主要解決單元板塊插接和排水連續(xù)的功能性要求;裝飾造型鋁板內(nèi)側(cè)設(shè)置鋁單板防水板，與鋼龍骨挑出的干涉位置采用鋁板開洞上下搭接，打膠密封的方式，保證防水性能。

鋁板單元板塊出挑結(jié)構(gòu)較多，埋件位置受力較大，采用常規(guī)的槽式幕墻埋件無法滿足要求;經(jīng)過與建筑結(jié)構(gòu)院的溝通，最終選擇采用板槽式埋件，此種埋件采用鋼槽與鋼板加工制作而成，功能上滿足槽式埋件的功能;連接方式為埋件肋板與主體結(jié)構(gòu)鋼梁直接焊接，埋件受力能力大大增加，可以滿足受力要求。

2、超高層建筑幕墻避難層的幕墻系統(tǒng)設(shè)計

避難層是高層建筑中專供火災(zāi)時人員臨時避難用的樓層。避難間則是供消防人員在一定高度(大于等于100米的樓層)上設(shè)置的臨時避難用的的房間。自建筑的首層至第一個避難層的高度不應(yīng)大于45m;兩個避難層之間的高差不宜大于45m。通向避難層的防煙樓梯應(yīng)在避難層分隔、同層錯位或上下層斷開，使人員均必須經(jīng)避難層方能上下;避難層的凈面積應(yīng)能滿足設(shè)計避難人員避難的要求，并宜按5.0人/m2計算;由于避難層可兼作設(shè)備層，但設(shè)備管道宜集中布置;本工程10、20、29、39、49、59層為避難層;避難層層高7m，標(biāo)準(zhǔn)樓層層高為4.2m和5.4m;避難層由層高高，跨度大，標(biāo)準(zhǔn)單元體幕墻龍骨無法滿足需要;針對此種實際情況，我們考慮加大單元體幕墻龍骨或者增加鋼立柱的方式解決。

由于單元體幕墻與土建結(jié)構(gòu)邊的進(jìn)出位關(guān)系是確定的，所以單元體龍骨的龍骨截面加大也是有一定局限性的;本工程由于層高較高，幕墻龍骨截面加大后與土建結(jié)構(gòu)的進(jìn)出為較小，調(diào)節(jié)量小，所以未選擇截面加大的方案。

增加鋼立柱的方式主受力龍骨為鋼型材，鋁合金龍骨可以采用增加掛點的方式增加受荷能力，也便于幕墻工程型材截面的統(tǒng)一，減少開模費用;最終選擇開龍骨后側(cè)增加鋼立柱的方案。

由于避難層兼做設(shè)備層，設(shè)備層的機(jī)房需要建筑幕墻具有通風(fēng)和防風(fēng)雨的的功能;由于超高層幕墻的風(fēng)壓較大，對于防風(fēng)雨百葉的選擇尤為重要;本工程凹槽內(nèi)幕墻采用在設(shè)備層選用防風(fēng)雨百葉，大面幕墻由于效果需要，選擇玻璃百葉效果，后面設(shè)置防風(fēng)雨百葉，滿足性能需要。

安裝在超高層建筑設(shè)備層機(jī)房的防風(fēng)雨百葉，其通風(fēng)量需要達(dá)到額定的速度，葉片不能有振動或產(chǎn)生噪音，不能超過靜壓消耗允許的最大值。采用防雨百葉系統(tǒng)，通風(fēng)設(shè)備百葉系統(tǒng)在防雨有效性為95%～98%，外界空氣流速度在13m/s;有效的通風(fēng)面積為百葉總面積的60%，以及降雨量在75mm/小時的情況下能達(dá)到B極。防風(fēng)雨百葉要求具備BS或ASTM的測試認(rèn)證;百葉的表面處理采用氟碳噴涂，噴涂的顏色應(yīng)與幕墻外裝飾型材一致。

玻璃百葉位置TP8(鍍膜)+1.52SGP+TP8超白鋼化夾膠中空玻璃，百葉規(guī)格1400mm(W)x200(H)mm，間距200mm;玻璃百葉后側(cè)采用成品氟碳噴涂防風(fēng)雨百葉; SGP膠片是夾層玻璃離子聚合物中間膜。離子聚合物中間膜性能優(yōu)異，撕裂強(qiáng)度是一般PVB膜的5倍，硬度是PVB膜的30-l00倍。SGP夾層玻璃和同樣厚度的單片玻璃多少乎有相等的彎曲強(qiáng)度。同PVB夾層玻璃相比，SGP夾層玻璃有更高的強(qiáng)度性能和剛性。

3、超高層建筑清洗維護(hù)系統(tǒng)的選用

擦窗機(jī)是高層建筑物外墻立面和采光屋面清洗、維護(hù)作業(yè)的常設(shè)專用設(shè)備。需根據(jù)建筑物的高度、立面及樓頂結(jié)構(gòu)、承載、設(shè)備行走的有效空間，設(shè)計不同型式的擦窗機(jī)。即要考慮到安全、經(jīng)濟(jì)、實用，又要考慮到安裝的擦窗機(jī)能與建筑物協(xié)調(diào)一致，不影響建筑物的美觀。所以擦窗機(jī)的選型與建筑設(shè)計及施工等密切相關(guān)。

擦窗機(jī)是室外高空載人設(shè)備，因此對擦窗機(jī)的安全性和可靠性要求非常高。

針對每一棟大樓的獨特建筑形式和功能，在選用擦窗機(jī)時，應(yīng)從安全性、經(jīng)濟(jì)性、實用性這三大原則的基礎(chǔ)上，初期應(yīng)從如下幾點進(jìn)行考慮：

(1)優(yōu)先選用軌道式，自動化程度高，安全可靠;

(2)樓頂空間通道、立面結(jié)構(gòu)等是否適合所選擇的擦窗機(jī)型式;

(3)選用的擦窗機(jī)是否滿足結(jié)構(gòu)承載要求;

(4)選用的擦窗機(jī)盡量不影響建筑物的美觀;

(5)擦窗機(jī)的造價符合業(yè)主投資需求;

(6)選用合理的擦窗機(jī)臺數(shù)，完成整個大廈的清洗維護(hù)作業(yè)。

盛京金融廣場T2塔樓屋面構(gòu)造基本參數(shù)：大面建筑幕墻標(biāo)高318m，凹槽位置玻璃幕墻的建筑幕墻標(biāo)高313m;結(jié)構(gòu)混凝土板頂?shù)臉?biāo)高為269.8m;屋頂鋼結(jié)構(gòu)梁頂標(biāo)高312m;鋼結(jié)構(gòu)梁頂面距離幕墻頂面高差6m。

超高層擦窗機(jī)細(xì)節(jié)設(shè)計應(yīng)注意以下要點：

1、 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)條件：擦窗機(jī)軌道落在混凝土結(jié)構(gòu)上時，沿軌道方向需有預(yù)留軌道鋼梁或基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，混凝土梁或柱墩自身寬度為400~500mm方形、間距不大于2m;預(yù)留鋼梁寬度不小于300mm)。擦窗機(jī)軌道應(yīng)在建筑內(nèi)表面周圈布置，軌道寬度不小于2m;軌道邊緣距建筑內(nèi)表邊緣最小距離不得小于600mm;

2、軌道與基礎(chǔ)連接：基礎(chǔ)為鋼結(jié)構(gòu)，軌道安裝前擦窗機(jī)廠家需與鋼結(jié)構(gòu)單位配合預(yù)留好軌道焊接條件;混凝土結(jié)構(gòu)，擦窗機(jī)廠家需在混凝土澆筑前提供預(yù)埋件，并提供人員指導(dǎo)安裝;

3、擦窗機(jī)軌道：擦窗機(jī)廠家在工廠加工好成品組件，運(yùn)送至現(xiàn)場，由擦窗機(jī)廠家提供人員安裝;

4、擦 窗 機(jī)：擦窗機(jī)以組件形式運(yùn)送至現(xiàn)場，由塔吊吊至屋頂進(jìn)行組裝;應(yīng)注意塔吊的荷載應(yīng)與擦窗機(jī)部件的荷載匹配，否則影響吊裝作業(yè)。擦窗機(jī)的制作和運(yùn)輸時間有一定的工期，考慮塔吊與擦窗機(jī)的配合，擦窗機(jī)在塔吊拆除前需完成所有構(gòu)件吊至屋頂工作，滿足組裝條件;

5、電動吊船和輔助卷揚(yáng)吊鉤：電動吊船選用全鋁結(jié)構(gòu)，荷載輕，螺栓均采用不銹鋼螺栓;輔助卷揚(yáng)機(jī)額定荷載(600kg)應(yīng)充分考慮最大板塊的面板材料更換;除面板自身重量外，還應(yīng)考慮輔助鋼架的輔助設(shè)施的荷載;

6、防風(fēng)銷座：由幕墻施工單位與擦窗機(jī)廠家配合設(shè)計、幕墻公司加工、生產(chǎn)，幕墻公司在安裝玻璃前由擦窗機(jī)廠家指導(dǎo)幕墻公司安裝。

T2塔樓屋頂結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)體系，擦窗機(jī)軌道需布置在鋼結(jié)構(gòu)的軌道梁上;屋頂中央設(shè)有停機(jī)坪，考慮擦窗機(jī)停放時高度不得超于停機(jī)坪和不影響外立面效果的因素，擦窗機(jī)應(yīng)具有升降功能，當(dāng)擦窗機(jī)使用時升起，高于幕墻頂標(biāo)高進(jìn)行工作，當(dāng)擦窗機(jī)停放時需降至6m以下，并停靠在大面幕墻中間位置，非轉(zhuǎn)角位置，停放空間8m *2m，不會影響到外立面效果。

最終選擇兩臺屋面軌道式伸縮臂擦窗機(jī)(立柱可升降)，全鋁合金電動吊船的荷載不低于250kg;輔助輔助卷揚(yáng)吊鉤荷載不低于500kg; 防風(fēng)銷座布置從40米起，每間隔不超過20米布置一層，共布置17層，防風(fēng)銷座橫向間隔2米左右，每層布置約85個，整棟樓約1445個防風(fēng)銷座。

超高層建筑的形態(tài)各異，安裝的擦窗機(jī)型式也不盡相同。超高層建筑在建筑設(shè)計時就應(yīng)考慮擦窗機(jī)的安裝型式，結(jié)構(gòu)設(shè)計的承載要求，樓頂?shù)念A(yù)留通等問題。超高層建筑擦窗機(jī)的安裝就好比一部外用電梯，已成為一個不可缺少的常設(shè)設(shè)備，逐漸成為大家的普遍共識。

4、結(jié)論：

盛京金融廣場作為沈陽的區(qū)域性地標(biāo)超高層建筑,不僅建筑設(shè)計造型獨特,結(jié)構(gòu)形式也有較大的難度。結(jié)合沈陽盛京金融廣場異型超高層幕墻工程的方案設(shè)計實踐,超高層玻璃幕墻工程選擇性能好、技術(shù)先進(jìn)、造價合理的高性價比幕墻技術(shù)方案以及依據(jù)超高層建筑的不同特點,對幕墻系統(tǒng)選用、材料選用、清洗維護(hù)設(shè)備選用進(jìn)行分析,把握整個工程的要點難點, 通過深入的設(shè)計與技術(shù)分析并采取一系列的技術(shù)措施,技術(shù)難題基本得以圓滿解決。

工欲善其事,必先利其器。超高層建筑幕墻工程技術(shù)含量高、安全風(fēng)險大,只有掌握整個工程的要點難點,通過精心策劃、科學(xué)管理,嚴(yán)格把好安全質(zhì)量關(guān),運(yùn)用先進(jìn)的設(shè)計技術(shù)和分析手段以及專業(yè)的測量和檢測方法,才能達(dá) 成令用戶滿意的精品工程。

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