幕墙工程设计分析

2018-06-05□文/李建徐丽

天津建设科技 2018年2期

□文/李建徐丽

随着幕墙在建筑装饰中得到越来越广泛的应用,对建筑外围护结构、建筑幕墙设计提出了更高的要求。

1 工程概况

天津宝利博朗园1、2号楼及裙房项目为大型综合性建筑，其中1号楼为高级写字楼，钢筋混凝土框架-筒体结构，地上38层，地下2层，建筑总高度为158.3 m；2号楼为酒店式公寓，现浇钢筋混凝土框支-剪力墙结构，地上27层，地下2层，建筑总高度为108.9m。1、2号楼下部为4层综合商业裙房，高度为21.95m。总幕墙面积约为50000m2，竖向香槟金铝板幕墙、横向深灰色铝板装饰线条、深灰色玻璃幕墙与楼冠装饰格栅相互结合，相得益彰，将整体建筑细腻、华丽、富贵雅致的风格表达的淋漓尽致，见图1。

图1 天津宝利博朗园1、2号楼及裙房幕墙整体效果

2 幕墙特点分析

1）幕墙系统组成种类多，交错布置。为了突出建筑的表现力，建筑师充分利用了建筑幕墙轻盈，灵活，多样化的特点，通过不同的幕墙形式，赋予了建筑时代气息。本项目幕墙形式主要包括：隐框铝合金玻璃幕墙系统、明框铝合金玻璃幕墙系统、铝单板幕墙系统、干挂石材幕墙系统、楼冠装饰格栅系统和裙楼铝单板雨棚等。

2）幕墙依附的主体结构复杂多样。项目主体结构采用了钢筋混凝土框架+剪力墙+钢结构的组织形式，多样的结构形式增加了幕墙系统的设计复杂程度。土建结构在每层楼结构梁位置分别有上下两层结构挑檐，幕墙立柱不能从下到上通长安装。土建结构二次构造柱数量多，设计阶段必须充分考虑土建施工误差对幕墙施工的影响。钢结构部分主要位于裙楼雨棚和楼冠铝板造型柱位置，其特点是造型复杂，跨度大，跨越伸缩缝等。

3 幕墙系统

3.1 隐框铝合金玻璃幕墙

该系统主要位于1号楼主楼东南立面1～38层，西北立面5～38层；2号楼主楼东南立面5～38层，西北立面1～38层；裙楼东北立面3～4层。玻璃采用灰色6mm（LOW-E）+12mmA+6mm钢化中空镀膜玻璃，楼层位置立柱横梁材质为铝合金，层间结构梁位置立柱横梁材质为热浸锌钢材。根据楼层高度及楼层位置的不同，同时考虑幕墙的经济性，经设计计算，将立柱设计分为4个系列，其中每个系列又按材质不同划分，共9种立柱型号，见表1。

表1 隐框铝合金玻璃幕墙立柱型号

考虑到土建二次构造柱的宽度尺寸仅比铝单板幕墙造型柱的外形尺寸小50mm且土建整体施工误差等问题，故将立柱设计为半料的形式，整体调节量为25mm，保证现场施工的可调性。立柱与横梁预拼装成单元构件，在整体安装在构造柱间，见图2和图3。

图2 隐框铝合金玻璃幕墙

图3 隐框铝合金玻璃幕墙节点

开启窗采用挂钩式，启闭方便，位置避开梁、柱、隔墙等位置，保证立面效果；离地面1200mm，高度600 mm，保证人在室内观察室外的效果。

3.2 铝单板幕墙

该系统主要位于1号楼主楼东南立面1～38层，西北立面5～38层；2号楼主楼东南立面5～38层，西北立面1～38层。竖向造型选用2.5mm厚香槟金铝单板，横向造型选用2.5mm厚鼠灰色铝单板。龙骨与隐框玻璃幕墙铝合金立柱横梁共用。拐角处贯通的铝板幕墙立柱选用120mm×60mm×4mm热浸锌钢方通，横梁选用50mm×4mm热浸锌钢方管。由于隐框铝合金玻璃幕墙系统和铝单板幕墙系统交错布置，将铝单板构造柱采用与隐框铝合金玻璃幕墙共用立柱设计，横梁位置采用无横梁设计，通过拉铆钉将上下造型柱的连接耳板连接，保证铝板造型柱的表面平整，这样设计不仅降低了现场施工难度，又降低了工程造价，见图4。

3.3 干挂石材幕墙

该系统主要位于裙楼东南北立面造型柱和层间梁位置，楼层高度为4.8m，石材高度为27m。选用28 mm厚荔枝面金麻花岗岩建筑板材；开槽部位石材选用38mm厚，最薄处不少于28mm；吊顶面石材背后采用纤维增强层。立柱选用8#热浸锌槽钢，每层断开。横梁选用50mm×4mm热浸锌等边角钢，连接件钢板及角码亦事先热浸锌处理，见图5。

图4 铝单板幕墙节点

图5 干挂石材幕墙节点

3.4 楼冠装饰格栅

该系统主要位于1、2号楼楼冠部分，分别由高度8.2、9.1m的铝单板造型柱和装饰格栅相间布置构成。格栅选用100mm×60mm铝合金方管，间隔200mm。竖向凸字造型间选用2.5mm厚香槟金铝单板，龙骨选用40mm×3mm、50mm×4mm热浸锌钢方管，见图6。

图6 楼冠装饰格栅节点

3.5 铝单板雨棚

该系统主要有3处，全部使用钢结构支撑，上下面均为2.5mm厚香槟金铝单板。1号楼东立面首层主入口雨棚尺寸为5.3m×21m，斜拉杆为76mm×6mm圆管表面氟碳喷涂处理；2号楼西立面首层主入口雨棚尺寸为5m×16.5m，斜拉杆为76mm×6mm圆管表面氟碳喷涂处理；裙楼西南立面首层主入口雨棚尺寸为4.8m×67m，拉杆为0.85m×0.8m的石材造型装饰柱，其顶部为石材装饰挑檐，两者钢结构部分为独立受力体系，见图7和图8。

图7 1号楼主入口雨棚

图8 裙楼雨棚

3.6 明框铝合金玻璃幕墙

该系统主要位于裙楼东南西北立面1～4层，采用灰色6mm（LOW-E）+12mmA+6mm钢化中空镀膜玻璃，立柱横梁材质为铝合金。首层幕墙立柱采用150系列，2～4层采用135系列。

4 构造节点难点分析

4.1 隐框铝合金玻璃幕墙系统和铝单板幕墙系统节点设计

根据隐框铝合金玻璃幕墙系统和铝单板幕墙系统交错布置的特点，将上述两种幕墙系统统筹设计，定为标准单元系统。该部分工程量约占据了整个幕墙面积的86%，因此隐框铝合金玻璃幕墙系统和铝单板幕墙系统连接节点设计优劣直接关系到本幕墙工程的造价、施工质量、施工进度等。针对上述问题，在幕墙设计时，提出了几套解决方案供优选，见表2。

表2 隐框铝合金玻璃幕墙系统和铝单板幕墙系统节点设计方案对比

经过对以上方案进行深入分析、成本核算和现场实测结果，进行优劣取舍，最终确定选择方案三为施工方案。

4.2 裙楼铝单板雨棚的设计与实现

裙楼沿街商业部分的整体外墙组成中，裙楼铝单板雨棚被定义为建筑的灵动部分。建筑效果要求稳重中不失灵巧，粗犷中不失精细。从建筑材料到表面颜色，从幕墙分格规格到线条方向，建筑师都提出了独特的理念和严格的要求。根据上述要求对裙楼铝单板雨棚进行设计分析，本部分的设计难点主要集中在以下几个方面。

1）面材及其颜色的选择。在众多石材品种中，必须选择一种既能与主楼铝板颜色相协调，又能满足整体建筑稳重的要求的石材品种。经过与建筑师多次沟通后，初步确定12个品种，提供石材小样，筛选出6个品种现场制作样板比对，最终选用荔枝面香槟金麻花岗岩作为雨棚造型柱及顶部装饰挑檐的装饰面材。

2）雨棚功能性的实现。雨棚作为建筑物的出入口，要保证雨棚的防雨、防坠物伤人、保护外开门等使用功能。设计时考虑到雨棚尺寸大，故采取有组织内排水方式，巧妙的将雨水管隐蔽在铝板装饰柱内。底部吊顶划分区域内凹设计，增加层次感和观赏性，雨棚安装照明灯，保证人员出入安全。

3）结构选型和结构布置。雨棚设计时不仅要满足使用功能和美观性要求，还要保证结构的安全性、耐久性和稳定性，处理结构选型和布置是保证雨棚立面效果的关键所在，见表3。

表3 雨棚结构选型方案对比

经过对比分析，最终确定选择方案二为施工方案。该雨棚位于2层位置，钢梁固定在土建结构梁上，而石材造型柱作为拉杆分别固定在3、4层和顶层梁位置，顶部挑檐结构单独固定在裙楼顶部基础上。雨棚全部钢结构构件采用Q235钢材，构件的规格：主梁采用20a#工字钢，次梁采用40mm×3mm方管，拉杆采用50mm×4 mm方管桁架。顶部挑檐构件的规格：主梁采用18#工字钢，次梁采用10#槽钢，全部支座节点设计为铰接。采用悬臂钢梁与拉杆相结合的方式，以减小主要受力钢梁的截面，保证结构安全的同时增加了整体建筑的美感，见图9和图10。