德清科技新城联合国信息管理论坛幕墙工程设计与技术方案解析

希望本文能为大家提供一些借鉴参考。

技术方案涉及玻璃幕墙、金属幕墙以及曲面异形玻璃采光顶等幕墙系统。玻璃幕墙是其中的一部分，金属幕墙也是，还有曲面异形玻璃采光顶也包含在幕墙系统之中。

图1 整体鸟瞰效果图

1.幕墙工程概况

联合国全球地理信息管理德清论坛会址项目幕墙工程（大剧院功能区块）的项目所在地处在浙北杭嘉湖平原，处于未来德清科技新城规划的中心湖的湖心岛上。此工程在地面上分为三部分，分别是东楼、西楼以及艺术飘顶。西楼主要具备科技、文化培训、娱乐、餐饮、健身等相关的社会配套功能，而东楼主要是科技展览、会议等功能。

本工程是大型异形曲面的公建项目。幕墙深化设计的内容主要包括金属屋面，还有曲面异形的玻璃采光顶，以及铝合金门窗、铝合金百叶、石材幕墙、金属幕墙、玻璃幕墙、栏板、地弹簧门、出入口雨棚，另外还有除土建主体钢结构之外支撑幕墙的次钢结构等。

2.幕墙设计介绍

2.1 幕墙设计构思及原则

通过幕墙技术，将不同的幕墙系统进行组合，借助简单的手段就能达成复杂的建筑空间效果。

采用专业的构造措施，让幕墙的功能性得以实现；采用合理的构造措施，使幕墙的经济性得以体现；通过这些构造措施，将幕墙的功能性和经济性有效结合起来。

3、合理选用幕墙的所有材料，确保幕墙的结构安全及品质;

4、周密安排幕墙的工艺体系;

5、充分展现幕墙技术的实用性与艺术系的完美结合。

本项目的幕墙设计是在建筑设计的基础上进行深化与完善的。我们作为专业的幕墙设计团队，秉持着对业主和工程负责的态度。尊重建筑师的原创，深入钻研建筑设计的总体构思，理解建筑师的设计意图，并且结合我司多年的设计施工经验，对本项目的幕墙体系进行了仔细的分析。在不改变建筑结构构造的前提下，运用了新的设计思路、现代空间结构以及新型材料技术，从多个方面对图纸主要系统进行了优化设计。这样做使得幕墙性能更为可靠，外形更加美观，同时还具有良好的经济性，能降低工程造价，满足了业主多方面的需求。

在进行深化设计时，一方面要满足各项基本性能，另一方面要最大限度地满足建筑的使用功能，同时要体现人文建筑和绿色建筑的设计原则。可维护性是幕墙设计的重要考量。设计方案需从各个功能要求着手，制定出合理且完善的幕墙系统，运用最为先进的技术以及最新颖的材料，以此来达成上述的功能性需求。同时，要充分考虑风荷载、地震作用以及温度应力等对结构所产生的影响。我们将幕墙龙骨与主体结构的连接设计为三维可调节的形式，这样一来，幕墙构件整体就具备了良好的吸收应变的能力。在安装过程中，它能够很好地满足结构精度方面的误差要求。并且，它还能确保幕墙系统在遭遇冲击荷载以及地震作用时，能够吸收大部分的能量，从而保证了幕墙结构的安全可靠。

2.2技术方案简述(主要幕墙系统介绍)

2.2.1金属屋面及曲面异形玻璃采光顶

本系统位于东楼和西楼的屋面之上，其造型为椭圆形。主要是金属屋面，局部点缀着玻璃。板块呈三角形分格，长边宽度大概 3100mm，短边约 2375mm。顶部屋面有电动开启的玻璃窗。整体造型采用的是单层壳体的结构形式。可以说它是现代建筑发展到如今最为先进的技术之一，是借助有限元分析及协同受力技术进步而产生的可能性，在国内类似世博轴等不多的项目才会采用。本项目的幕墙体系中，有一个覆盖面最广的幕墙板块系统，并且它属于双曲面。这个幕墙板块系统当之无愧地成为了本项目中的最大设计难点与亮点。设计采用幕墙与主体钢结构螺栓抱箍的形式。通过对三角形区块进行成熟合理的划分。利用球铰的设计以实现整个玻璃采光顶屋面的特殊构造要求。并且在每块板块之间添加相应的排水沟来做二道防水。这样能有效满足透光、气密、水密等各项性能指标。

部位：东楼和西楼整个屋面;

1. 由 10 层（Low-E）、12A 间隔层、10 层玻璃以及 1.52SGP 胶片组成的夹层，再加上 10mm 超白钢化玻璃，形成中空夹胶玻璃。

2、4mm厚不锈钢复合板;

室内吊顶面在 9.6 米以上时使用 3mm 穿孔铝板。室内吊顶面在 9.6 米以下时使用 3mm 铝单板。

114*5 圆钢方管和 60*4 圆钢方管，其材质为 Q235B，表面经过氟碳喷涂处理；还有铝合金型材。本系统的开启窗是电动平推式的，五金件选用的是优质不锈钢铰链。

采用 135mm 厚的 A 级保温岩棉，并且在其表面衬有 1mm 厚的防水透气膜。金属屋面的胶缝颜色与金属板相同，表面使用光催化自洁喷涂剂。在电动开启玻璃扇的下方设置了电动铝格栅遮阳措施，同时根据防火分区设置了消防联动。屋面需要进行抗风掀试验。

西楼屋面施工时实景照片如下图所示：

图2 西屋面施工实景照片图

图3 东屋面平面设计图

图4 西屋面平面设计图

图5 屋面平面设计大样图

系统说明：

(1)、三维调节及易于加工安装

本工程的双曲屋顶是设计的最大难点。双曲屋顶的曲率不固定。所以，节点的包容性非常重要。如何用最简单统一的节点，设计出能满足曲率变化要求的屋面做法，是我司本次设计重点考虑的内容。

通过对项目外形进行分析，在板块划分方面通过方案选型对比，我司选用了在异形项目中运用较为成熟的三角形板块划分方式。这样做的目的是在确保项目整体外立面效果的同时，节省异形曲面板的高额造价。然而，一旦选定了三角形划分这一方案，那么板块之间维度调整的构造连接就显得极为重要了。

我司在进行具体设计时，一方面考虑了高度的调节，另一方面考虑了水平的调节，同时还考虑了转动方向的调节，这些调节是多维的，具体情况如下图所示。

图6 屋面节点详图

图7 屋面节点实物图

其中，高度方向的调节与水平方向的调节主要是用于吸收主体钢结构的误差。转动调节的作用是适应屋面的双曲变化。另外，我司凭借精巧的构造设计，使得转动调节的转动中心始终沿着铝板的边沿。这样一来，在调节过程中，两块铝板之间的缝隙不会在宽度和高低方向上发生变化，既便于调节，又能达到外立面的美观效果。另注：屋顶部分玻璃位置的调节与金属板相似。如图所示：

图8 金属屋面玻璃与金属板交接节点图

(2)、优异的防水性和节能性

防水性能是最重要的功能性要求，我司将其视为重中之重。在过往的工程中，许多场馆、车站等，在投入使用后，都因漏水而受到广泛的指责，项目的其他优点在公众眼中也因漏水而消失殆尽。

在金属屋面部分进行具体设计时，我司设置了两道防水线。其一采用硅酮建筑密封胶与泡沫棒，且表面使用光催化自洁喷涂剂。此道防水能够将 98%以上的雨水阻挡在金属屋面之外。第二道防水运用 2.0 不锈钢导水槽的做法。导水槽与金属屋面一侧通过可伸缩三元乙丙柔性连接胶条相连，另一侧采用钩接。这样一来，导水槽能够自我调节，以适应金属屋面的曲面变形。由于导水槽的这种做法，即便金属屋面出现少部分渗水现象，也能够将屋面渗水有序排出，不会影响室内的使用功能。

图9 屋面防水节点图

另外，第一道防水采用密封胶做法，其最大优点在于非常成熟可靠且价格低廉，在适应变形等方面的性能也极为优异。并且表面使用光催化自洁喷涂剂，能够有效地防止板面受到污染，还能减少雨水冲击打胶位置而导致金属版面出现泪痕等情况。金属屋面细节照片：

图10 施工过程中金属屋面细节实景图

我司对于开启位置，包括铝板位置和玻璃位置，采取开启扇略高于固定面板的做法。这样做是为了避免开启扇位置因开启而使胶缝下陷，进而形成积水问题。同时，还采用外平推的开启方式，以增大排烟面积。如下图所示：

图11 开启窗节点详图

金属板部分的上下板之间满填保温棉，其厚度总共为 150mm，这样一来，相应的 K 值能够达到 0.4W/M2.K，这个 K 值远远低于浙江省规范所要求的 0.7W/M2.K。并且，型材位置也进行了有效的断热处理，能够防止热量发生传导。

(3)、便于加工

我司在设计时充分考虑了节点的包容性，它能够完美适应钢结构的高度误差和左右误差。同时，对于双曲屋面的角度变化，也无需进行特殊加工。我们只需保证最外层金属板尺寸的精准即可。所以，在施工过程中，模块化的设计减少了加工参数，从而大大提高了施工的效率。

三角形板块的角度变化没有规律。我司采用了幕墙与主体钢结构螺栓抱箍的形式，这是一种有创意的做法。通过合理划分三角形区块，利用能多角度适应的球绞设计，避免了大量开型材模具造成的浪费。这种方式具有很好的经济性和适用性，且此系统仅适用于三角形板块。三角形玻璃板块如下图：

图12 三角玻璃板块实物图

施工过程照片如下图：

图13施工过程实景图

2.2.2玻璃幕墙系统

部位：曲园路两侧及各个面主入口的玻璃幕墙;

弧形曲面的造型，其体形复杂且多变，造型又很新颖，这使得整个建筑能够给人带来极为强烈的视觉冲击感。

面材包含 10mm 超白钢化玻璃、1.52PVB 胶片、10mm 超白钢化玻璃、12A 间隔条以及 10mm 超白钢化玻璃组成的中空（Low-E）玻璃

8mm 超白钢化玻璃，中间夹有 1.52PVB 胶片，再加上 12A 间隔条，最后又有 8mm 超白钢化玻璃，构成了中空（Low-E）玻璃

8 加上 1.52SGP 再加上 8 加上 12A 再加上 8 毫米超白钢化中空（Low-E）玻璃

骨架：竖明横隐玻璃幕墙，氟碳喷涂钢龙骨。

骨架支撑形式：单跨。

层间玻璃由 8mm 超白钢化玻璃、1.52PVB 胶片、8mm 超白钢化玻璃、12A 空气层、8mm 超白钢化中空(Low-E)玻璃以及 2mm 铝单板组成。

此部分幕墙跨度较大，且顶部采用钢结构外露方式，所以幕墙立柱选用钢通立柱和横梁，以保证室内观感一致。同时，选用钢通立柱的一个较大优势在于，部分弧面玻璃幕墙能够很好地进行加工，因为钢材比较容易热弯。

节点细部很好的考虑了防水、节能、适应性调节等功能。

图14玻璃节点效果图一

图15玻璃节点效果图二

图16项目局部效果图

图17项目实景图

2.2.3 金属飘带幕墙

部位：曲园路上方幕墙。

面材：3mm氟碳喷涂铝单板。

骨架：钢材与主体钢架连接。

我司利用内部钢龙骨外包铝单板的方式来达成金属飘带。整体飘带的支撑体系是热浸镀锌钢通骨架外包 3mm 氟碳喷涂铝单板。在具体进行设计实施时，我司全面考虑了飘带在高度方向上曲线变化给钢材和铝板加工带来的难度。通过合理控制标高点位以及对连接节点进行分割划分，从而实现飘带的整体统一。

金属飘带平面布置图：

图18 金属飘带平面图

部分金属飘带纵向标高点位控制图一览：

图19 金属飘带标高控制图

图20 金属飘带夜景俯视图

图21 金属飘带夜景及曲园路两侧玻璃幕墙日景实图

2.3 本项目玻璃选用介绍及分析

本项目透光部分的玻璃均为超白钢化制品，其中空层是 Low-E 镀膜。规格有 6(Low-E)+12A+6mm 的全超白钢化中空玻璃，还有 10+1.52PVB+10+12A+10mm 的超白钢化中空(Low-E)玻璃。（备注：玻璃厚度尺寸并非局限于上述介绍，会根据玻璃板块大小而变化）选用上述规格玻璃时综合设计需考虑以下因素：

2.3.1节能

幕墙节能是我国的国策，也成为了普通百姓的生活话题。全国建筑能耗（包括建造能耗和使用能耗）约占总能源消耗的四分之一；建筑使用能耗占建筑面积的百分之二十以上，其中玻璃占门窗的百分之七十以上。从能源的流失比例来看，整个建筑监护的能量损失中，百分之七十是从门窗流失的。

从能量流失示意图能直观地看到，有大量能源通过铝合金窗白白流失掉了，这导致了极大的浪费。所以，铝合金窗使用中空玻璃是一种能够起到有效作用的环保节能方式。我们知道，单层玻璃的门窗及幕墙是建筑物冷（热）量损耗最大的地方。中空玻璃的传热系数在 1.63 至 3.1w/m·k 之间，是单层玻璃的 29%至 56%。所以热损失能减少约 70%，大幅减轻了冷（热）空调的负载。很明显，窗户面积越大，中空玻璃的节能效果就越显著。

2.3.2隔音

中空玻璃的另一大使用功能就是能大幅度降低噪音的分贝数。

图22 太阳能量在玻璃面板上的作用示意图

图23 能量流失示意图

噪音是我国城市的一个重要污染源。随着工业的不断发展，噪音给人们带来的伤害愈发严重。无论是在工作时还是休息时，人们都期望能拥有一个安静的环境。然而，在现实生活里，由于各种各样的原因，城市中出现了噪音。在正常的情形下，城市的街头、商场、居民区、公园以及交通干道等各类不同的环境，它们的噪音量存在差异（详见表 2），然而这些噪音都对人们的学习、工作以及日常生活和身心健康产生了不同程度的影响。医学和心理学表明，30 到 40dB 的噪音级属于比较安静正常的环境；超过 50dB 就会对睡眠和休息产生影响；70dB 以上会干扰谈话，使人心烦意乱且精神不集中；长期在 90dB 以上的噪音环境中工作或生活，会严重影响听力，还会导致心脏血管等其他疾病发生；同时，噪音会产生心理效应，在高频率噪音下，人们容易烦躁不安、激动，甚至萎靡不振，进而影响工作效率。城市噪音的防范和治理已是社会的一大课题。

国外专家测量统计了环境噪音音量，得出了不同室内、室外环境与防噪音之间的关系，这样人们就很容易知晓自己所处的环境需要相应的门窗隔音效果。

卧室靠近商场或娱乐场所时，室内门窗所需的隔音量大概为 30 分贝(dB)；卧室与交通一般较为拥挤的道路或工业区相邻时，门窗相应所需的隔音量大概为 35 分贝(dB)。城市不同区域的室内环境，需要有一定的门窗隔音量，这样才能保障人们长期生活的身心健康。

中空玻璃能很好地降低噪音。一般的中空玻璃能够降低 30 到 45dB 的噪音。它的隔音原理如下：中空玻璃密封空间内的空气，因为铝框内灌充的高效分子筛的吸附剂作用，变成了导声系数很低的干燥气体，这样就构成了一道隔音屏障；如果密封空间内是惰性气体，还能进一步提升其隔音效果。如果用两片厚度不一样的原片玻璃来制成中空玻璃，因为声波在不同介质中传播时折射率存在差异，所以当声波通过中空玻璃时，会在两种介质的临界面发生折射，进而能将大部分声音反射回去，同时也避免了声音的共振，这样一来其隔音效果就更加显著了。从现有的工程实际情况来看，可以证明中空玻璃的隔音降噪性能是非常优异的。

从噪音控制的角度来讲，中空玻璃的空气层如果越大，那么噪音的控制效果就会越好。倘若空气层的厚度小于 6 毫米，那么它的隔音量仅仅比相同厚度的单片玻璃稍微高一些。要想大幅度提升隔音量，就必须让中空玻璃的空气层厚度增加。通常情况下，中空玻璃空气层的厚度常用 9 毫米和 12 毫米这两种规格；在特殊情况下，还可以将其拉宽到 20 毫米到 100 毫米之间。本工程采用空气层厚度12mm及16mm。

2.3.3 安全性

门窗幕墙的安全系数是工程设计需考虑的问题，其中包含所使用玻璃的抗风压计算。设计玻璃表面抗风压时，第一步要计算作用于玻璃表面的风荷载，也就是设计风压。接着要决定使用玻璃的类型、厚度以及玻璃板面的大小。只有这样，才能确保玻璃的抗风压能力比设计风压值大。玻璃的抗风压强度受多种因素影响。一是玻璃种类，二是厚度，三是面积（即分割尺寸），四是形状。同时，它还会受环境因素影响，比如风的特性以及玻璃安装条件等。所以要在不同条件下进行破碎试验，以此来确定玻璃的抗风压强度。

中空玻璃由两块玻璃加工而成一个整体。在风载荷作用下，内外片载荷会根据内外片的刚度和挠度进行分配。其抗风压能力比单层原片玻璃大约大一倍。若用钢化、夹丝、夹层玻璃制成中空玻璃，能进一步提升门窗及幕墙的抗风压能力。另外，中空玻璃还可提高特殊空间的安全防范能力和防火性能。

本工程使用超白钢化玻璃制品。与传统的均质钢化玻璃相比，超白玻璃具有显著的优势。

超白玻璃原材料中一般含有的 NiS 等杂质较少，且在原料熔化过程中控制精细，所以其相对普通玻璃具有更均一的成分，内部杂质更少，这使得超白玻璃钢化后可能自爆的几率大大降低，进而超白玻璃的自爆率低。

颜色具有一致性。因为原料中的含铁量仅是普通玻璃的 1/10 甚至更低，所以超白玻璃与普通玻璃相比，对可见光中的绿色波段吸收得较少，这样就确保了玻璃颜色的一致性。

可见光的透过率较高，通透性较为良好。超白玻璃的可见光透过率大于 91.5%，它具有如同晶莹剔透的水晶般的品质，能够让展示品显得更加清晰，也更能突出展品的真实原貌。

超白玻璃对紫外波段的吸收比普通玻璃更低。所以相对于普通玻璃，超白玻璃能有效降低紫外线的通过，其紫外线透过率也更低。

2.3.4 防结露

玻璃表面出现结露时，玻璃的透明度会受到影响。结露会对墙面造成损坏，会对地板造成损坏，会对地毯造成损坏，会对窗帘造成损坏。

能够保证在一般约-40℃的情况下也不会结霜、结露。

3、结束语

已对本项目比较有特色的部分做了简单概述，由于系统种类繁多，所以无法全部涉及。本工程已经顺利完成竣工。在本工程的实践过程中，我们申报了两项技术专利。其中一项是一种幕墙屋面可调节排水结构，其专利号为 ZL201922219221.9；另一项是一种曲面多角度转换的连接结构，专利号为 ZL201922358886.8，这两项专利均已获得授权。

作者单位：浙江中南建设集团有限公司