某综合体建筑中异型玻璃幕墙设计

吴永超

(中信建筑设计研究总院有限公司，湖北 武汉 430014)

0 引言

玻璃幕墙自诞生以来，就迅速获得了建筑师和业主的青睐，并在中国发展迅速，现代城市中的高层地标建筑几乎都是玻璃幕墙的靓影。玻璃幕墙纯净的外观、通透的效果、对光影的反射丰富了建筑的表现力，体现建筑科技之美，精致之美。

自密斯·凡德罗的西格拉姆大厦开创了用玻璃作幕墙的先例以来，建筑师们的创作并未满足于普通的玻璃盒子，各种创新创意的建筑造型如曲面、双曲面、扭曲等异形幕墙建筑不断涌现，刷新城市画卷，给建筑幕墙的发展带来新的技术要求和挑战。

1 项目概况

金银湖大厦(以下简称本项目)位于武汉市东西湖区金银湖片区，贴临区域主干道金银湖路，交通便捷、人流集中，具有较大区位价值优势(见图1)。

项目总用地面积2.1万m2，容积率6.0，建筑密度45%，总建筑面积18.1万m2。地上建筑面积12.6万m2，由一栋46层200 m超高层塔楼及附属6层裙楼组成，建筑功能包含商业、影院、办公、酒店；地下3层，建筑面积5.5万m2，有部分商业超市，其余为设备用房与停车库。

建筑层高结合功能及定位进行细分设计，以达到业主期望的最大化经济效益，首层为6 m，商业为5.1 m，低区办公4.2 m，高区办公4.5 m，酒店层4 m，避难层4.8 m，层高变化较多，给设计尤其是外立面设计带来一定的挑战。

本项目建成后将是该区域第一高楼，影响辐射广,建筑设计力求体现区域经济繁荣、开放，为提升城市形象做出贡献(见图2)。

1.1 设计理念

从区位环境出发，立足城市定位，塑造地标形象，激发区域活力是本项目的设计理念，“金银湖璀璨钻石”是对设计理念的概括。

建筑空间和造型是建筑师的语言，本项目建筑的形体配合表皮肌理贯穿设计理念。裙楼建筑通过切角、转折、圆弧的造型适应基地，隐喻金银湖蜿蜒流淌的形象，建筑的钻石表皮肌理又如夕阳下湖水反射粼粼波光的画面，具有一份浪漫与柔美。塔楼造型宛如钻石，通过对立面轮廓勾勒及线条对比处理，呈现钻石般散发的光芒，又如迎风启航的帆船，气势恢宏，契合“勇立潮头，敢于创新”城市精神，展示建筑刚性美(见图3)。

1.2 幕墙类型

整个建筑为全幕墙围护体系，造型新颖，层次多样，运用多种幕墙形式营造丰富视觉表现。主要幕墙类型有塔楼单元式幕墙、裙楼菱形水晶幕墙、裙楼半隐框幕墙、裙楼方形水晶幕墙。

塔楼标准层采用单元式幕墙，为横明竖隐结构形式，两翼区域在玻璃幕墙外侧附加有斜向装饰线条；角部及轮廓线条为铝板幕墙；避难层采用玻璃百叶。裙楼菱形水晶幕墙为点式起伏幕墙构造，采用钢方管起伏龙骨，驳接爪连接玻璃面板与龙骨。根据典型水晶尺寸大小分为小菱形水晶造型和大菱形水晶造型。裙楼半隐框幕墙为构件式幕墙，为竖明横隐结构形式，层间设置横向装饰铝合金线条。裙楼方形水晶幕墙为点式起伏幕墙构造，结构形式同菱形水晶幕墙，由两种标准尺寸的矩形水晶交错组合而成(见图4)。

本文主要分析塔楼单元式幕墙、裙楼水晶幕墙的设计重难点。

2 幕墙设计重难点与解决措施

本项目幕墙造型独特，为了达到预想的外观效果，同时满足建筑实用、安全、经济、节能环保、防火等技术要求，在幕墙设计时对其重难点进行了专项分析，研究选用合理方案及解决措施，以下从幕墙的定位、模块化设计、幕墙结构选型、玻璃选型及构造设计、细部节点设计等方面进行阐述。

2.1 幕墙定位

根据塔楼的钻石造型，东、南、西、北四个主面均由A,B,C,D四个三角面拼接而成，顶点o位置为最大突出点，突出有2 m。四个三角面与竖直方向均存在一定倾斜夹角，其中A面为内倾斜，与水平面角度为86.9°；B,C面为外倾斜，与水平面角度为89.8°；D面为外倾斜，与水平面夹角为89.2°。四个角部为竖直方向，与倾斜的立面形成鲜明对比，呈刚劲挺拔之势；转角部位交接面由下而上逐渐变大，以银白色铝板装饰每层横梁，形成阶梯形象的细部。

如前所述，由于塔楼外幕墙为倾斜面，塔楼每一层平面均不同，为了获得准确的楼层平面及幕墙定位，设计采用Sketch up软件确定外表皮模型，其中a,b,c,d,o点为各立面控制点，获取幕墙控制点与楼层标高和轴线的定位参数；通过各楼层标高处平面与外表皮模型进行交错，分别得到二维的楼层平面轮廓，从而实现由模型到图纸的转化(见图5)。

精确的三维模型还为幕墙深化提供了板块划分、构件放样、加工制作的依据。

2.2 模块化设计

裙楼的点式起伏幕墙由四种标准单元模块组成，小菱形水晶模块A、大菱形水晶模块B、方形水晶模块C、方形水晶模块D。标准模块的分隔尺寸与层高及柱网尺寸相协调，其中模块A对应一层层高，玻璃波峰与波谷起伏高差为400 mm，宽度为2 000 mm左右；模块B对应两层层高，玻璃波峰与波谷起伏高差为1 200 mm，宽度为4 000 mm 左右；模块C对应1/2层高、宽度为4/5柱跨尺寸；模块D对应1/2层高、宽度为6/5柱跨尺寸，玻璃波峰与波谷起伏高差为600 mm(见图6)。

四种模块组合形成裙楼凹凸外表皮，结合浅蓝和浅红色玻璃，契合本项目裙楼商业的活跃氛围。异形幕墙表皮的模块化设计，形成构件的标准化，有利于工厂化加工制作现场装配式安装，既提高效率，也有利于控制质量。

2.3 幕墙结构选型

本项目幕墙的结构设计原则是：本着先进、安全、实用、美观、经济的原则，确定合理的幕墙结构体系，保证幕墙施工的安全可靠，以科学的工艺达到幕墙工程的高质量。

本项目塔楼幕墙工程属于超过一定规模的危大工程，为了提高施工安全保障，塔楼采用单元式幕墙，实现工厂制作，现场装配式安装。单元板块按照层高及柱网尺寸为划分模数，控制重量，适应现场吊装要求。

关于两翼区域幕墙龙骨布置方式有两种方案：一种是幕墙龙骨结合造型斜向布置，另一种是幕墙龙骨正常水平和垂直布置，不同方案的幕墙结构差别很大，也会影响室内外效果。经比较，一方面为了获得室内统一的视觉效果，便于室内装修协调，符合人们对办公、酒店建筑室内空间的心理需求；另一方面，由于立面层高变化较多，龙骨斜向布置会形成较多的大小不一的异形玻璃面板，立面分隔比较凌乱，且开窗不规则；其三，斜向龙骨布置也不便于单元板块划分。因此，两翼幕墙最终确定为双层设计，内侧维护幕墙龙骨水平和垂直布置，外侧的斜向线条为外挂装饰杆件(如图7所示)。装饰线条结合本项目的泛光设计，将泛光安装槽在型材中隐藏设计，进一步保证建筑外观的纯净。

针对本项目的菱形水晶和方形水晶幕墙，采用点支承结构形式，这样就没有框架式幕墙外露的型材，外观呈现玻璃纯净的效果(如图8所示)。

确定了幕墙结构形式，根据《玻璃幕墙工程技术规范》[1]点支承玻璃幕墙结构设计8.1.1，玻璃面板支承孔边与板边的距离不宜小于70 mm。由于本项目四种标准单元的玻璃面板多为三角形或梯形玻璃面板，则需控制玻璃的锐角角度，以满足支承孔的布置要求。对于模块A,B，长宽比例约为1∶2，玻璃锐角基本满足安装技术要求。但是对于方形水晶模块C,D，由于标准单元比例接近1∶4，最小锐角达到12°，要满足支承孔与板边的距离，孔位距离顶点过大，无法满足点支承悬挑端限值要求，因此，通过加宽三角形斜边解决这一难题，这一调整一定程度改变原来的外观，但是带来意想不到的效果，方形水晶形成水平向的层叠状波浪(如图9所示)。

2.4 玻璃选型及构造设计

幕墙的玻璃要满足安全性能同时也要满足节能设计的要求，本项目是全幕墙建筑，对玻璃节能性能要求是比较高的，须采用Low-E中空玻璃。本文对于玻璃节能设计不展开介绍，文章重点分析幕墙玻璃安全性能的参数设计选型。

根据《玻璃幕墙工程技术规范》条文说明，与水平面夹角在0°和75°之间的玻璃幕墙属于《建筑玻璃应用技术规程》管理范畴，而根据《建筑玻璃应用技术规程》[2]第2.0.9及8.2.2条，与水平面夹角不大于75°的玻璃定义为屋面用玻璃，屋面玻璃必须使用夹层玻璃或夹层中空玻璃，其胶片厚度不应小于0.76 mm。

裙楼的水晶造型玻璃均为倾斜面，不同部位倾斜角度不同，存在倾斜角度小于75°(如图10所示)，因此该部分玻璃必须使用夹层中空玻璃，其他面可以非夹层安全玻璃；然而，由于夹层玻璃与非夹层玻璃厚度不同，会造成钢爪件规格非标准，增加制作难度和成本；另一方面，两种玻璃颜色会有差异，影响外立面的效果统一。为了达到玻璃效果统一以及钢爪件的标准化，凹凸的点式水晶造型均采用Low-E中空夹层安全玻璃，保证了安全性，也减少了生产、运输、安装过程的损坏可能性。当然，夹层玻璃自重较大，一定程度影响幕墙的龙骨设计及预埋件的参数要求。

确定了采用夹层安全玻璃后，根据《玻璃幕墙工程技术规范》8.1.2，采用浮头法式连接件的幕墙玻璃厚度不应小于6 mm；以及《玻璃幕墙工程技术规范》关于安全玻璃适用面积规定，点式水晶单元的玻璃最大分割面积为5 m2，因此单片钢化玻璃厚度最小为10 mm，夹层玻璃厚度不小于8.76 mm。结合节能要求，本项目点式凹凸幕墙玻璃最终采用Low-E10+12A+6+1.52pvb+6，玻璃总厚度达到36 mm。

根据《玻璃幕墙工程技术规范》8.1.3，玻璃之间的缝隙宽度不应小于10 mm，且应采用硅酮建筑密封胶嵌缝。但由于该凹凸造型幕墙玻璃均为一定角度拼接而非平接，若按常规中空玻璃用同等大小玻璃合片制作，外露胶缝会很宽且由于拼接角度不同会宽窄不一，十分影响幕墙效果。经与幕墙玻璃制作厂家沟通，中空玻璃制作采用内片玻璃小于外片玻璃，具体数值根据单元模块模型导出，即玻璃的周边加工成斜面，有效解决了玻璃拼缝过宽的矛盾，且宽缝得到统一(如图11所示)。

对于塔楼幕墙，如前文所述，倾斜的角度都很小，未达到屋面玻璃应用范畴，则采用了Low-E中空钢化安全玻璃，该种类玻璃满足消防救援窗紧急时破碎要求，因此保证了塔楼幕墙玻璃效果的统一协调。同时，塔楼的避难层百叶采取的是玻璃百叶，最大程度与幕墙玻璃材质取得统一效果。

2.5 幕墙的细部节点设计

本项目小菱形水晶及方形水晶模块玻璃最远点与主体结构梁板距离为900 mm，大菱形水晶造型模块玻璃最远点与主体结构梁板距离为1 800 mm，方形水晶造型模块玻璃最远点与主体结构梁板距离为900 mm，因此在幕墙四周、防火分区处、房间隔墙处、楼板处与主体结构空隙较大，无法通过型材龙骨本身实现封闭，需进行节点重点设计[3](如图12所示)。

关于四周封边处理，水晶造型玻璃的四周采用与型材同样颜色的铝单板幕墙封堵，封堵构造与型材形成整体，中间填充防火保温岩棉，满足节能设计要求。

关于幕墙的防火封堵，建筑幕墙的层间水平部位及隔墙等竖向部位的封堵是防火设计的重点，本项目水晶幕墙凹凸起伏的造型导致需封堵部位基本为异形，这就给封堵施工带来困难。在设计时，考虑到封堵的易操作性，将竖向封堵设计在支撑龙骨处，设计为模块化封堵板块，便于现场批量制作装配式安装，提高封堵板的加工精度和质量，也有利于提高施工效率，从而保证封堵有效。封堵板块与墙体或龙骨可靠连接固定，交接处采用防火密封胶柔性封堵[4]。

3 结语

本项目幕墙独特的造型是建筑的亮点，幕墙设计重点就是实现建筑的创意和效果，同时满足建筑安全、节能、防火等技术要求，本项目的异形幕墙设计对同类型幕墙建筑设计有一定的借鉴意义。

本项目在后期建设过程也发现一些值得思考的问题，由于裙楼招商增加大量餐饮，对进排风、排油烟管井需求显著增大，设计预留管井难以满足需求，而全部重新进行楼板开洞加管井实施难度较大，于是在幕墙上开了大量进风百叶，很大程度破坏了玻璃幕墙的纯净效果。因此，针对商业建筑的多变性和可变性，设计中应予以充分考虑，即使商业运营早期介入，为满足商业建筑全生命周期运营改造容易性，在与建设方充分沟通基础上，尽量做最大程度预留设计。