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幕墻，以其自身特點(diǎn)，一直是建筑最佳的外圍護(hù)系統(tǒng)首選！其中玻璃幕墻用通透質(zhì)感，帶來(lái)了簡(jiǎn)潔與時(shí)尚，倍受建筑師和設(shè)計(jì)院推崇；而石材幕墻則以沉穩(wěn)大氣，營(yíng)造的雍容和典雅，也擁有眾多忠實(shí)的“粉絲”業(yè)主。如何取舍？魚(yú)與熊掌有沒(méi)有可能兩者兼得呢！今天，中國(guó)幕墻網(wǎng)ALwindoor.com邀請(qǐng)深圳市方大建科集團(tuán)有限公司的文林總工，為您分享一項(xiàng)工程，重新定義我們印象中玻璃幕墻與石材幕墻，這對(duì)“最佳的CP”組合。
上圖就是本文的主角——深圳萬(wàn)科濱海云中心，塔樓外立面為鱗次櫛比的鋸齒形幕墻造型，西南視角看為玻璃幕墻，東南視角看為石材幕墻，富有層次感與節(jié)奏感。
從左看，向右看！迥然不同……項(xiàng)目位于深圳市福田區(qū)車(chē)公廟片區(qū)南部，南依濱河大道，西接泰然九路，北靠泰然八路。作為萬(wàn)科的商業(yè)與產(chǎn)業(yè)研發(fā)大樓，主樓高161米，地下四層，地上34層；建筑面積超過(guò)8萬(wàn)平方米。其中大堂為15米通高玻璃幕墻，骨架表面均為不銹鋼材質(zhì);架空層采用菱形蜂窩不銹鋼吊頂，塔樓板塊全部采取“鋸齒狀”單元式幕墻（詞條“單元式幕墻”由行業(yè)大百科提供），
1.引言
在當(dāng)代建筑行業(yè)，肌理作為視覺(jué)藝術(shù)的一種基本語(yǔ)言形式被廣泛運(yùn)用到幕墻設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師通過(guò)各種縱橫交錯(cuò)、高低不平、粗糙平滑的紋理變化，表達(dá)建筑外表皮的紋理特征，形成肌理幕墻。肌理幕墻通過(guò)引入更多折皺、斜線、弧線和不規(guī)則線條等幾何變化要素，形成立體感和韻律強(qiáng)烈的肌理表皮，不僅可以表現(xiàn)建筑的不同質(zhì)感，同時(shí)也使建筑呈現(xiàn)多樣的視覺(jué)效果。
肌理在建筑幕墻上的應(yīng)用，既有簡(jiǎn)單規(guī)律形體，也有錯(cuò)亂無(wú)章的不規(guī)則變化。為了讓建筑形體更豐富，有些建筑平面采用不規(guī)則斜線相連，形成類(lèi)似鋸齒的平面，其建筑幕墻相應(yīng)為鋸齒狀肌理幕墻，如圖一示意。近些年因其造型美觀、層次感強(qiáng)烈，鋸齒狀幕墻應(yīng)用越來(lái)越多。考慮其幕墻節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜性，同時(shí)隨著施工現(xiàn)場(chǎng)人工成本的不斷攀升以及人們對(duì)于幕墻品質(zhì)的要求越來(lái)越高，鋸齒狀幕墻以單元式實(shí)現(xiàn)的案例越來(lái)越多，需要幕墻工程設(shè)計(jì)人員對(duì)于上述幕墻設(shè)計(jì)有一些深入的研究。
本文針對(duì)鋸齒狀單元式幕墻的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和總結(jié)，同時(shí)，在工法上創(chuàng)新采用了組合“L型”的整體裝配式板塊，在工廠組裝加工，提高生產(chǎn)效率、提高組裝安裝質(zhì)量，供廣大幕墻工程設(shè)計(jì)人員參考。
圖一 鋸齒狀肌理幕墻
2.定義
本文主要介紹的是鋸齒狀單元式幕墻設(shè)計(jì)，根據(jù)《建筑幕墻術(shù)語(yǔ)》(GB/T 34327-2017)3.3.1.2條內(nèi)容，文中所述的鋸齒狀單元式幕墻定義如下：由面板與支承框架在工廠制成的不小于一個(gè)樓層高度的幕墻結(jié)構(gòu)基本單位，直接安裝在主體結(jié)構(gòu)上組合而成的框支承建筑幕墻，其幕墻單元構(gòu)成的平面形式為鋸齒形狀，如下圖二示意。
圖二 鋸齒狀插接型單元幕墻
3.自身特點(diǎn)
鋸齒狀幕墻作為建筑設(shè)計(jì)的一種流行元素，有其自身特點(diǎn)，主要表現(xiàn)在四個(gè)方面：室外效果、室內(nèi)效果、節(jié)能減排、減少光污染。
3.1室外效果
鋸齒狀幕墻平面為規(guī)則或不規(guī)則的斜線相連組成，一方面通過(guò)形體的虛實(shí)對(duì)比，讓建筑立體感和層次感更強(qiáng)，呈現(xiàn)給人們的視覺(jué)效果更具有震撼性。另一方面，對(duì)于鋸齒狀幕墻的兩個(gè)斜面，我們可以分別賦予不同的幕墻面板材（詞條“板材”由行業(yè)大百科提供）料(如圖三示意)，其質(zhì)感也各不相同，當(dāng)我們處于這個(gè)建筑的不同視角時(shí)，會(huì)有不同的建筑效果呈現(xiàn)，給建筑帶來(lái)多樣化及可變性，豐富了建筑本身的外立面裝飾效果。
圖三 鋸齒狀插接型單元幕墻
3.2室內(nèi)效果
建筑的生命是由光的照射而產(chǎn)生的，自然光給予了空間特性，也給予了建筑生命，自然光影營(yíng)造出光影空間的形式美。鋸齒狀幕墻通過(guò)在幕墻的兩個(gè)斜面分別設(shè)置透明幕墻與非透明幕墻，透明幕墻采用玻璃幕墻，非透明幕墻采用金屬板或石材等幕墻形式，太陽(yáng)光照入室內(nèi)時(shí)形成了光影交替的效果(如圖四示意)，在豐富空間語(yǔ)境的同時(shí)，也營(yíng)造出明暗層次、虛實(shí)對(duì)比的視覺(jué)感，為室內(nèi)空間賦予凝魂。
圖四 室內(nèi)光影交替效果
3.3節(jié)能減排
鋸齒狀幕墻的兩個(gè)斜面分別設(shè)置透明幕墻與非透明幕墻，一方面間隔布置的透明幕墻可以滿(mǎn)足建筑采光要求，同時(shí)也可以在透明幕墻上設(shè)置開(kāi)啟扇，以達(dá)到自然通風(fēng)的需求。另一方面對(duì)于間隔布置的非透明幕墻，因其傳熱系數(shù)K值較透明幕墻低很多，可以將整棟建筑的節(jié)能參數(shù)大幅降低。同時(shí)我們可以利用太陽(yáng)光照射的朝向問(wèn)題，在鋸齒狀幕墻東南朝向的斜面上設(shè)置透明幕墻，在鋸齒狀幕墻西北朝向的斜面上設(shè)置非透明幕墻，減少西曬，最大限度達(dá)到建筑的節(jié)能減排。
此外我們也可以通過(guò)在鋸齒狀幕墻的某個(gè)面(常規(guī)選擇西北朝向)設(shè)置穿孔金屬板(如圖五示意)，在其室內(nèi)側(cè)設(shè)置內(nèi)平開(kāi)窗，既保證了開(kāi)窗與不開(kāi)窗時(shí)室外建筑效果的完整性與一致性，又保證了其自然通風(fēng)的效果，同時(shí)穿孔金屬板兼顧室外遮陽(yáng)的功能，也可以極大的降低建筑能耗。
圖五 含穿孔鋁板的鋸齒狀幕墻
3.4減少光污染
玻璃幕墻在其華麗外表的背后,由其產(chǎn)生的光污染也在影響著人類(lèi)的生活、工作、健康、安全等，因此光污染也在越來(lái)越多地受到人們的關(guān)注。當(dāng)太陽(yáng)光入射到光滑的平面上時(shí),發(fā)生鏡面反射,反射光也是平行光，平行光只沿一個(gè)方向傳播,在該方向上光強(qiáng)較強(qiáng),形成反射眩光。玻璃幕墻由于其表面光滑,對(duì)太陽(yáng)光進(jìn)行鏡面反射時(shí)會(huì)形成光污染，因而在鋸齒狀幕墻中通過(guò)玻璃幕墻與非透明幕墻間隔布置，可以減少玻璃幕墻面積，同時(shí)可以利用漫反射原理，達(dá)到減少光污染的效果。
4.實(shí)施方式
鋸齒狀幕墻實(shí)現(xiàn)方式有兩種，第一種方式是主體結(jié)構(gòu)本身設(shè)計(jì)為鋸齒形平面，第二種方式是幕墻平面自身構(gòu)成鋸齒狀，上述兩種實(shí)施方式分析如下。
4.1主體結(jié)構(gòu)本身設(shè)計(jì)為鋸齒形平面
主體結(jié)構(gòu)平面為鋸齒狀，通過(guò)混凝土結(jié)構(gòu)梁外挑鋸齒狀的樓板實(shí)現(xiàn)，幕墻平面沿著鋸齒狀的混凝土挑板自然形成，如下圖六示意。其幕墻受力體系同標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)幕墻一致，即每個(gè)分格的幕墻豎向龍骨均直接懸掛在混凝土挑板上，幕墻傳力簡(jiǎn)單直接，荷載由面板至橫豎龍骨，再由豎向龍骨直接傳遞給主體結(jié)構(gòu)。其主體結(jié)構(gòu)邊界條件充分，幕墻節(jié)點(diǎn)構(gòu)造也相對(duì)簡(jiǎn)單。但是相對(duì)而言其主體結(jié)構(gòu)施工難度較大，模板工程比較復(fù)雜。
圖六 主體結(jié)構(gòu)本身設(shè)計(jì)為鋸齒形平面
4.2幕墻平面自身構(gòu)成鋸齒狀
當(dāng)主體結(jié)構(gòu)邊梁為直線混凝土梁，建筑平面為鋸齒狀平面，幕墻需要通過(guò)自身體系形成鋸齒狀平面，常規(guī)設(shè)計(jì)是將單個(gè)板塊設(shè)計(jì)成三角形板塊，多個(gè)三角形板塊順序連接形成鋸齒狀幕墻，如下圖七示意。其主體結(jié)構(gòu)比較規(guī)則，施工簡(jiǎn)單。然而對(duì)于這種實(shí)現(xiàn)方式的鋸齒狀幕墻，其存在懸挑立柱，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，同時(shí)三角形位置的室內(nèi)空間一般為幕墻懸挑位置空間，不會(huì)做為室內(nèi)正常使用的空間，在空間利用率上相對(duì)較低
圖七 幕墻平面自身構(gòu)成鋸齒狀
5.荷載取值
對(duì)于鋸齒狀單元式幕墻而言，其荷載取值依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009-2012)相關(guān)內(nèi)容即可，設(shè)計(jì)過(guò)程中荷載取值無(wú)特殊之處，需要重點(diǎn)關(guān)注風(fēng)荷載的局部體型系數(shù)以及風(fēng)荷載的加載方向。
5.1 風(fēng)荷載的局部體型系數(shù)
關(guān)于風(fēng)荷載體型系數(shù)，規(guī)范給出了清晰的定義，即風(fēng)作用在建筑物表面一定面積范圍內(nèi)所引起的平均壓力(或吸力)與來(lái)流風(fēng)的速度壓的比值，它主要與建筑物的體型和尺度有關(guān)，也與周?chē)h(huán)境和地面粗糙度有關(guān)。由于體型系數(shù)涉及的是固體與流體相互作用的流體力學(xué)問(wèn)題，十分復(fù)雜，對(duì)于復(fù)雜的不規(guī)則形狀的建筑，一般應(yīng)由風(fēng)洞試驗(yàn)確定。若項(xiàng)目沒(méi)有風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)于封閉式類(lèi)矩形平面帶鋸齒狀幕墻的建筑，其幕墻鋸齒的進(jìn)出尺寸相對(duì)建筑平面而言占比較小，風(fēng)荷載體型系數(shù)可參考封閉式矩形平面建筑選取，即按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012中8.3.3及8.3.4條和8.3.5條的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算幕墻龍骨時(shí)，對(duì)于非直接承受風(fēng)荷載的圍護(hù)構(gòu)件，局部體型系數(shù)可按構(gòu)件的從屬面積折減,其從屬面積應(yīng)與風(fēng)荷載加載方向的面積對(duì)應(yīng)一致。
5.2 風(fēng)荷載的加載方向
鋸齒狀幕墻因其鋸齒的進(jìn)出尺寸大小各異，其相對(duì)于建筑平面占比也各不相同，《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012并未對(duì)此類(lèi)細(xì)微的鋸齒狀平面給出詳細(xì)的加載方向，因此在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中風(fēng)荷載加載方向各不相同，爭(zhēng)議較多，具體分為兩種：一種是沿著鋸齒幕墻的各個(gè)平面法線方向加載，并把各種不利的正負(fù)風(fēng)荷載進(jìn)行組合并進(jìn)行驗(yàn)算，具體參見(jiàn)下圖八。另外一種沿著建筑平面的迎風(fēng)面法向方向，再將風(fēng)荷載分解到鋸齒幕墻的兩個(gè)斜面，具體參見(jiàn)下圖九。
圖八 風(fēng)荷載沿各個(gè)平面法線方向加載
圖九 風(fēng)荷載沿建筑平面的迎風(fēng)面法向方向加載
上述兩種加載方式，比較保守設(shè)計(jì)方式是各種加載方式嚇均進(jìn)行驗(yàn)算。本文筆者認(rèn)為正常情況下，幕墻鋸齒的進(jìn)出尺寸相對(duì)建筑平面而言占比較小，在計(jì)算幕墻龍骨時(shí)，對(duì)于非直接承受風(fēng)荷載的圍護(hù)構(gòu)件，可考慮風(fēng)荷載沿著建筑平面的迎風(fēng)面法向方向加載，而對(duì)于面板，作為直接承受風(fēng)荷載的構(gòu)件，可考慮風(fēng)荷載沿著面板平面的法向方向加載。
6.排水設(shè)計(jì)
圖十 單元式上橫梁（詞條“橫梁”由行業(yè)大百科提供）水槽料折線布置
另一種是單元式上橫梁水槽料直線布置，其水槽路徑沿著鋸齒狀平面的底邊設(shè)置，見(jiàn)下圖十一示意，各板塊的單元式橫梁水槽料能拉通呈直線，板塊之間的水槽料拼接方式同標(biāo)準(zhǔn)幕墻一樣，板塊之間的橫滑塊為整體橫滑快，此位置漏水隱患相對(duì)較小。此外插接橫梁直線布置，板塊不存在兩個(gè)方向的插接，施工簡(jiǎn)單。但因防水密封的構(gòu)造要求需要在單元板（詞條“單元板”由行業(yè)大百科提供）塊的頂部及底部，水槽料與鋸齒兩個(gè)斜邊構(gòu)成的區(qū)域，采用鋁板或其他防水板密封，以保證水槽外側(cè)區(qū)域與室內(nèi)空間的密閉，達(dá)到幕墻整體防水密封性。上述水槽設(shè)置方式對(duì)于板塊頂部及底部三角形區(qū)域的防水板密封要求較高，且安裝完成后無(wú)法進(jìn)行修補(bǔ)，此外對(duì)于幕墻本身而言，因額外增加了防水板，其成本相對(duì)較高。
圖十一 單元式上橫梁水槽料直線布置
7.體系設(shè)計(jì)
鋸齒狀單元式幕墻體系設(shè)計(jì)主要有兩種：第一種體系適用于主體結(jié)構(gòu)本身設(shè)計(jì)為鋸齒形平面，每個(gè)鋸齒可以分為兩個(gè)及以上板塊，也可以為一個(gè)整體轉(zhuǎn)角板塊。無(wú)論鋸齒的單元如何劃分，因主體結(jié)構(gòu)本身為鋸齒平面，每個(gè)單元的立柱均可直接掛接在混凝土挑板上，具體見(jiàn)圖十二中①所示。板塊受力同常規(guī)板塊一樣，僅僅是在支座位置通過(guò)構(gòu)造設(shè)計(jì)保證其能承受鋸齒面兩個(gè)方向的風(fēng)荷載作用。第二種體系適用于幕墻平面自身構(gòu)成鋸齒狀，每個(gè)鋸齒設(shè)計(jì)為一個(gè)三角形板塊。三角形板塊底邊的兩個(gè)立柱可以直接掛接在混凝土結(jié)構(gòu)梁上，鋸齒尖部的立柱依靠斜向撐桿及橫梁，與底邊的兩個(gè)立柱組成空間桁架結(jié)構(gòu)，具體見(jiàn)圖十二中②所示。此三角形板塊受兩個(gè)方向的風(fēng)荷載，考慮側(cè)向風(fēng)荷載的傳力，需要在橫滑塊上構(gòu)造設(shè)計(jì)一個(gè)凸出構(gòu)件，此凸出構(gòu)件作為單元幕墻豎向龍骨底部的插芯，可與單元幕墻豎向龍骨緊密配合并在高度方向搭接一定的深度，且左右不能位移，同時(shí)將橫滑塊一端與下板塊的上橫梁采用自攻釘連接，而不是簡(jiǎn)單的插接固定（詞條“固定”由行業(yè)大百科提供），通過(guò)上述構(gòu)造設(shè)計(jì)，三角形板塊的側(cè)風(fēng)荷載在單元幕墻底部由豎向龍骨傳遞給橫滑塊，再由橫滑塊過(guò)渡給下方板塊，從而形成穩(wěn)定的受力體系，具體見(jiàn)圖十二中③所示。
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圖十二 鋸齒狀單元式幕墻體系分析
8.結(jié)語(yǔ)
鋸齒狀單元式幕墻實(shí)現(xiàn)方式有兩種，其單元式上橫梁排水槽的布置同樣有兩種，相應(yīng)的體系設(shè)計(jì)也有兩種方式，各種設(shè)計(jì)均有其自身的特點(diǎn)。根據(jù)上述對(duì)比分析，總結(jié)以下幾點(diǎn)體會(huì)：
8.1鋸齒狀單元幕墻在建筑設(shè)計(jì)中具有豐富的建筑裝飾效果，同時(shí)又具有一定的節(jié)能減排功能，具有較高的參考價(jià)值;
8.2 鋸齒狀單元幕墻鋸齒平面的兩種實(shí)現(xiàn)方式各有利弊，需要在主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)依據(jù)各方的需求進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)方向;
8.3 鋸齒狀單元幕墻的上橫梁排水槽宜直線布置，既有利于單元幕墻防水的可靠性，又方便現(xiàn)場(chǎng)單元幕墻的安裝;
8.4鋸齒狀單元幕墻的風(fēng)荷載加載方向是其幕墻結(jié)構(gòu)計(jì)算的重點(diǎn)，也是存在爭(zhēng)議的地方;
8.5鋸齒狀單元幕墻的連接及構(gòu)造均需要考慮兩個(gè)方向的風(fēng)荷載，尤其是幕墻平面自身構(gòu)成鋸齒狀，三角形板塊上下插接位置需要考慮上下兩個(gè)板塊如何進(jìn)行兩個(gè)方向的荷載傳遞，不能僅僅依靠上下插接橫梁之間的摩擦力。
參考文獻(xiàn)：
[1]、《建筑幕墻術(shù)語(yǔ)》 GB/T 34327-2017
[2]、《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》 GB 50009-2012
[3]、《建筑幕墻》 GB/T 21086-2007
[4]、《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ 102-2003
第16屆AL-Survey門(mén)窗幕墻行業(yè)大型讀者調(diào)查活動(dòng)
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項(xiàng)目相關(guān)信息：
所在城市：深圳
幕墻承建：深圳市方大建科集團(tuán)有限公司
高度：161.4米
建筑面積：8.2萬(wàn)平方米
幕墻類(lèi)型：玻璃幕墻+石材幕墻+金屬幕墻
幕墻面積：4.7萬(wàn)平方米
幕墻造價(jià)：9300萬(wàn)元
型材品牌：廣亞
玻璃品牌：信義
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密封膠品牌：西卡
五金品牌：格屋
隔熱材料品牌：海達(dá)(密封膠條)
作者單位：深圳市方大建科集團(tuán)有限公司
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