浅谈天安数码城四期幕墙大板块设计

盖长生 徐 慜 深圳市方大建科集团有限公司

1 前言

天安数码城四期5号楼位于广东省深圳市龙岗区，是一栋高190.32m、共42层的超高写字楼，建筑面积约11.3万平方米，幕墙形式为单元式玻璃幕墙系统。建筑外立面为菱形钻石面切割造型，幕墙分为平面、外凸和内凹三种变化，外观十分新颖独特，但也给幕墙设计和施工带来了很大难度。

2 幕墙造型分析

本工程幕墙外立面由三种大小不同的菱形块按一定的模数有规律的组合而成，幕墙大样图见图1。其中，最大的菱形区域水平方向跨度为25.2m、垂直方向跨度为33.6m，其余两种菱形区域的长宽尺寸分别按照0.5倍的关系依次等比例缩小。整栋建筑三种菱形块的数量分别为：18、72、73处。

从凹凸关系来看，塔楼东西立面为内凹造型、北立面为外凸造型、南立面为平板造型，见图2。通过对幕墙放线测量分析，大、中、小菱形凹凸角度一致（水平方向夹角为163.7°、垂直方向夹角为167.8°，图3）、分格模数一致（水平分格1564mm），因此幕墙单元板块具有较高的通用性，对板块加工、幕墙材料管理有一定的优势。

图2 幕墙平面图

图3 幕墙进出位关系

3 “大板块”方案的提出与应用

本项目的幕墙与常规单元式幕墙有所不同，局部为异形单元，且铝板造型线条交错，幕墙系统设计上更多地要考虑板块插接、防水等问题。在招标阶段设计方案中，作为划分“菱形”块的铝板造型设计为一个单元体，具有独立的龙骨和挂接系统；“菱形”块内部的标准幕墙板块是按照每个分格设计为一个单元体，即标准单元板块尺寸为4200mm×1591mm；其他位于“菱形”块尖角部位的幕墙板块按照两个分格设计为一个单元体，呈三角形状。

按照上述方案设计，该工程主要存在几个问题：板块种类繁多、型材用量大、幕墙加工工艺复杂、施工难度大以及防水性能难以保证等。特别是铝板造型线条系统，一方面，铝型材含量特别高，增加了幕墙造价；另一方面，在与玻璃单元插接处的防水工作也成为工程的难点。由于铝板板块与玻璃板块是斜向插接，幕墙立面的雨水沿着插接型材最终汇集到“菱形”块底部的“V”字型连接处，对该位置的防排水造成了极大隐患。见图4。

图4 招标方案幕墙防排水示意

基于以上分析，本工程重点要解决的问题是：通过设计深化降低幕墙加工和施工的难度、降低幕墙整体造价、提升幕墙的防水性能。进而我们提出了“大板块”方案以解决上述问题，见图5。

图5 招标方案板块划分图

3.1 “大板块”的划分

在“大板块”方案中，板块的划分不再拘泥于“菱形”造型的限制，从建筑整体出发重新划分单元板块。具体划分原则是，以菱形的竖向对称轴（立面中心线）分别向两侧展开，每两个分格设计为一个单元体，标准单元板块尺寸为4200mm×3182mm。单元板块的类型大体分为两类：一类是平面的玻璃单元板块、一类是带铝板线条的折线板块。两类板块又根据幕墙的倾斜方向分为外倾或内凹板块。

图6 “大板块”划分示意

图7 单元板块效果图

3.2 “大板块”的细部构造

“大板块”以两个分格设计为一个单元体，平面单元板块主要构件包括横竖插接组合龙骨、中横梁、中立柱、背板、保温棉及玻璃面板等；带铝板线条的折线板块相比平面单元板块增加了两对斜向龙骨及铝板等构件。单元板块均按照标准单元式幕墙的成熟工艺进行加工和组装。见图8、图9。

图8 平面单元板块组装步骤

图9 带铝板线条的折线板块组装步骤

带铝板线条的折线板块由于板块呈二面角状态，在设计细节上与标准单元板块略有不同。其中立柱为折线造型，它作为板块内部的主要受力构件应保持整体刚性，因此中立柱内部需增加套芯辅助连接和加强（图10）。由于折线板块的特殊性，其公母立柱不在同一平面内，为保证连接件的挂接方向一致需对挂件进行特殊设计。如图11所示，三个挂件运动方向相同，并且与横梁的插接角度保持一致，这样就能确保单元板块顺利安装到位。

图10 中立柱连接构造

图11 板块挂接效果图

3.3 “大板块”方案防水设计

“大板块”方案将原本多样化的单元板块进行了整合，成为相对标准的单元式幕墙系统，因此本系统在防水构造上与成熟的单元式幕墙系统没有差别。其防水的基本原理依然是采用“结构防水”，单元板块插接位置通过型材的特殊构造形成等压腔，利用等压原理将雨水阻挡在室外，从而达到防水的目的。“大板块”方案改变了原方案中沿着菱形块设置的防水线，使之成为水平连续贯通的防水线，从而简化了防排水路径并提升了幕墙的防水性能（图12）。

图12 “大板块”方案防排水示意

3.4 “大板块”的安装

本方案的施工方法与常规单元式幕墙基本相同，利用总包塔吊将单元板块运至楼层内，安装时采用轨道或微型履带式吊机吊装，外部架设吊篮辅助安装；当板块水平就位后用手动葫芦辅助拉接安装到位。立面施工顺序主要为从下往上逐层安装，平面施工顺序为以施工电梯一端为起点逆时针方向逐块安装，以施工电梯部位为收口。

单元板块分为平面板块和折线板块，其中折线板块的安装需特别注意。由于折线板块的横梁与立柱不共面，导致插接方向不同，因此对公母立柱插接部位的型材做了特殊设计以保证板块顺利插接，见图13。

图13 二面角板块插接处节点

4 “大板块”方案的优势总结

本项目建筑设计造型独特，具有一定的地标性，因此幕墙设计必须将建筑师的意图完美地表现出来。我们通过大板块方案对原设计方案进行了优化，大大减少了单元板块的种类和数量，使得幕墙的安装更加简洁和便利，提升了现场安装的效率和质量。同时，利用成熟的幕墙体系来实现，使得幕墙方案的可行性及各项物理性能都有了可靠保障。