论超高层建筑幕墙工程玻璃分隔调整及结构体系优化

谭勇

本文结合城际中心（含商务办公、商业、珠三角城际轨道交通调度指挥中心）项目，论述了超高层建筑幕墙工程玻璃分隔调整及结构体系优化的合理应用，有效了节约了项目投资。

在现代高层建筑及超高层建筑中，建筑幕墙作为建筑围护体系的选择之一，除了满足建设单位对建筑整体外立面效果观感的追求，还在其功能性作用方面发挥应有的作用，如抗风压性能、水密性能、气密性能、平面内变形性能、热工性能等。因此建筑幕墙结构体系的选型就至关重要，必须达到安全可靠、造型美观、经济适用的效果。在采用以立柱为主要受力、传力构件的单元式幕墙中，可以通过改变层间单跨受力形式为层间双跨受力形式的方式提高结构的可靠性来实现投资控制。本文针对施工图设计时幕墙工程玻璃分隔调整及结构体系选型的优化进行探讨，为优化幕墙工程投资作参考。

一、工程概况

城际中心（含商务办公、商业、珠三角城际轨道交通调度指挥中心）项目占地面积14759.70m2，地下3层，地上39层。项目建筑高度为180m，总建筑面积为142364m2，项目建设内容包括商务办公楼、珠三角城际轨道交通调度指挥中心、商业裙楼等。建设单位为广东省铁路建设投资集团有限公司（以下简称“集团公司”），代建单位为广东省铁投置业发展有限公司（以下简称“铁投置业公司”），幕墙工程设计单位为广东省建筑设计研究院，设计咨询单位为广州市设计院。本文玻璃分隔调整涉及范围为裙楼（即珠三角城际轨道交通调度指挥中心、商业部分）、塔楼（即甲级办公楼部分），涉及幕墙结构体系优化的幕墙形式为竖明横隐单元式幕墙（外带竖向装饰线）。

二、原设计玻璃分隔及结构体系

设计单位完成城际中心项目施工图设计后，提交广州市设计院进行施工图审查，于2015年3月27日审查通过，并出具了《城际中心项目施工图审查报告》。本项目进行施工图设计时，幕墙玻璃分隔设计仍按《建筑玻璃应用技术规程》（JGJ113-2009，以下简称“旧规程”），幕墙相应的玻璃分隔严格按旧规程的最大使用面积设计。本项目建筑幕墙工程，选用玻璃规格为公称厚度8mm（浅蓝色Low～e）+12A+6mm中空钢化玻璃，外侧玻璃采用公称厚度8mm，内侧玻璃在设置有护窗栏杆情况下采用公称厚度6mm。本次仅对塔楼竖明横隐式单元幕墙结构体系进行优化，因此以下只详述塔楼原设计的玻璃分隔及结构体系情况：

商务办公塔楼玻璃幕墙（11层～39层）带线条单元式幕墙标准层，楼层高度为4.2m。单元式玻璃面板分隔为：横向分隔间距为1450mm，在楼层梁区域纵向分隔高度为950mm，非开启窗扇位置剩余高度直接分隔为3250mm，有开启窗扇位置剩余高度再分隔为1500mm高窗扇及上下高度各为785mm、965mm的单元板块。幕墙结构体系中，铝立柱采用层间单跨受力方式，仅在楼层梁面处设预埋件及铝挂件连接铝立柱，铝立柱计算跨度为4200mm。

三、玻璃分隔调整及结构体优化的背景条件

在项目实施过程中，部分技术规范、规程更新，住建部明确于2016年4月1日起实施《建筑玻璃应用技术规程》（JGJ113-2015，以下简称“新规程”），对安全玻璃的最大使用面积作出了相关调整。同时，代建单位结合以往项目管理经验及对投资控制优化的相关要求，拟对原单元体幕墙进行玻璃分隔调整及结构体系优化，以达到符合相关规范规程及有效节约项目建设成本的目的。

本工程施工总承包合同中，幕墙工程为按设计图示尺寸计算合同结算价，其中幕墙玻璃及幕墙铝型材为甲供材料，施工单位只计取采购保管费。所以，本项目幕墙工程结构体系优化的关键点在于幕墙玻璃分隔必须调整的情况下，合理调整分隔，优化设计幕墙铝型材使用量，选择合理的截面尺寸，可以显著减轻幕墙本身的重量，在受力达到要求的同时能够有效减少单位面积的材料成本，合理控制项目投资。

四、建筑幕墙玻璃分隔调整及结构体系优化的具体措施

1.建筑幕墙玻璃分隔调整

根据新规程第7.1.1条“安全玻璃的最大许用面积应符合‘公称厚度6mm钢化玻璃最大许用面积为3m2，公称厚度8mm钢化玻璃最大许用面积为4m2的规定”相关要求，原设计玻璃分隔应进行调整，以满足新规程的相关要求。具体如下：

（1）商务办公塔楼玻璃幕墙，11～39层在非开启窗扇部分，在窗扇下框高度处增加横向分隔，控制每块玻璃不超过4m2；在可开启窗扇部分，增加窗扇高度（调整后窗扇高度为1800mm），减少窗扇上框横向分隔。调整后在楼层梁区域纵向分隔高度为1200mm，非开启窗扇位置剩余高度再分隔为1800mm+1200mm，有开启窗扇位置剩余高度再分隔为1800mm窗扇及分隔高度为1200mm的单元板块。

（2）珠三角调度指挥中心玻璃幕墙，1～4层调整横框位置且在开启窗扇部分，在窗扇上下框处增加横向分隔，控制每块玻璃不超过4m2；5～10层非开启窗扇部分，在窗扇下框高度处增加横向分隔，控制每块玻璃不超过4m2；在开启窗扇部分，增加窗扇高度，减少窗扇上框横向分隔。

（3）商业裙楼玻璃幕墙，1～5层调整横框位置且在非开启窗扇部分，在窗扇上下框处增加横向分隔，控制每块玻璃不超过4m2。

本项目玻璃分隔调整是基于发布的新规程下，更严格的许用面积要求，向着每块玻璃面积更小的方向调整的，预测各玻璃板块计算可通过。经原设计单位对调整分隔后的玻璃板块重新验算，在项目既有荷载条件不变的情况下，玻璃分隔调整后的玻璃板块（含内片玻璃、外片玻璃）的荷载计算、强度计算、最大挠度校核均能满足要求。

2.建筑幕墙工程结构体系优化

结合以上玻璃分隔的调整，对于商务办公塔楼（11层～屋面）单元体幕墙进行结构体系优化，同时在楼层梁面及梁底位置设预埋件及铝挂件连接铝立柱，铝立柱的层间受力形式由原设计的单跨受力变为双跨受力，调整后铝立柱的力矩变短，计算跨度为由原设计的4200mm调整为1200mm、3000mm，优化了幕墙结构受力状况，同时增加了幕墙结构体系刚度，增加了幕墙的整体安全系数。经设计单位对玻璃分隔调整及优化后幕墙结构体系重新验算，优化后的幕墙铝立柱的抗弯强度计算、挠度计算、抗剪计算均能满足要求，幕墙横梁及中横梁的抗弯强度计算、挠度计算、抗剪计算也均能满足要求。

经以上玻璃分隔调整及幕墙结构体系优化后，本项目幕墙工程增加埋件37190kg，增加安装码铝型材69833.2kg，减少的铝立柱、横梁及中横梁等型材重量为223224.89kg。相比原设计图纸，玻璃分隔调整及幕墙结构体系优化后铝型材节约比例达16.6%。

五、玻璃分隔调整及幕墙结构体系优化后投资变化情况

以上幕墙工程玻璃分隔调整及结构体系优化方案，经铁投置业公司多次组织设计单位、咨询单位召开专题会议研究审定后，报集团公司审批。经集团公司相关业务部门及第三方造价审核单位审核后，本次玻璃分隔调整及结构体系优化较原设计减少投资242.57万元，有效的节约了项目投资。

六、结语

随着现代社会的不断进步，人们对美好事物的追求不断提高，形式各样的超高层建筑在全国各地拔地而起，建筑物的幕墙设计对于提高建筑物的美观性以及实用功能有着十分重要的意义。在幕墙工程结构优化过程中，要确保建筑幕墙外观的整体设计与原设计一致，要保证优化后的结构体系安全可靠，同时兼顾美观适用原则，以最经济的幕墙结构体系来实现更加安全且美观的建筑外形。