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摘要：本文針對德清科技新城聯合國信息管理論壇項目工程，從幕墻的設計理念，技術方案等多個方面重點進行闡述，著重介紹本項目的亮點及重難點——金屬屋面及曲面異形玻璃采光頂。希望本文可以為大家提供一些借鑒參考。
關鍵詞：技術方案;玻璃幕墻;金屬幕墻;曲面異形玻璃采光頂;幕墻系統
圖1 整體鳥瞰效果圖
1.幕墻工程概況
聯合國全球地里信息管理德清論壇會址項目幕墻工程(大劇院功能區塊)項目所在地位于浙北杭嘉湖平原,在未來德清科技新城規劃中心湖的湖心島上。作為省重點項目，本工程地面分成三部分：東樓、西樓及藝術飄頂。西樓主要為科技、文化培訓、娛樂、餐飲、健身等相關社會配套功能，東樓主要是科技展覽、會議等功能。
本工程屬于大型異形曲面公建項目。幕墻深化設計內容主要涵蓋金屬屋面、曲面異形玻璃采光頂、鋁合金門窗（詞條“鋁合金門窗”由行業大百科提供）、鋁合金百葉、石材幕墻、金屬幕墻、玻璃幕墻、欄板、地彈簧門、出入口雨棚及除土建主體鋼結構外支撐幕墻的次鋼結構等。
2.幕墻設計介紹
2.1 幕墻設計構思及原則
1、通過幕墻技術，采用不同的幕墻系統組合，通過簡單的手段實現復雜的建筑空間效果;
2、采用專業、合理的構造措施使幕墻的功能性和經濟性有效結合;
3、合理選用幕墻的所有材料，確保幕墻的結構安全及品質;
4、周密安排幕墻的工藝體系;
5、充分展現幕墻技術的實用性與藝術系的完美結合。
本項目幕墻設計是在建筑設計的基礎上深化與完善。作為專業的幕墻設計團隊，本著對業主和工程負責任的態度，我司尊重建筑師的原創，深入研究建筑設計的總體構思、理解建筑師的設計意圖，并結合我司多年的設計施工經驗對本項目幕墻體系進行了認真的分析。在確保對建筑結構構造不會造成大的改動的前提下，利用了嶄新的設計思路、現代的空間結構和新型的材料技術，從經濟性、裝飾性、功能性、可行性等多方面對圖紙主要系統進行了優化設計，使得幕墻性能更加可靠，外形更加美觀;且更具有良好的經濟性，降低工程造價，滿足業主多方面的需求。
在深化設計時，不僅應滿足各項基本性能，還應最大限度滿足建筑的使用功能，體現人文建筑、綠色建筑的設計原則。風壓變形性能、空氣滲透性能、雨水滲漏性能、保溫性能、隔聲性能、平面內變形性能、耐沖擊性能、防火性能、防腐性能、防雷性能、節能保溫性能、經濟合理性能、減少光污染、降低材料輻射、工藝優化、細部美觀、可維護等等都是幕墻設計過程中的重中之重。設計方案要從每一個功能要求出發，制定合理完善的幕墻系統，采用最先進的技術、最新穎的材料，來滿足以上功能性需求。同時，充分考慮風荷載（詞條“風荷載”由行業大百科提供）、地震作用（詞條“地震作用”由行業大百科提供）、溫度應力等對結構的影響，幕墻龍骨與主體結構連接我們設計為三維可調節，使得幕墻構件（詞條“構件”由行業大百科提供）整體具有良好的吸收應變能力，不僅在安裝過程中可以很好的滿足結構精度方面的誤差，更確保幕墻系統在沖擊荷載及地震作用下能吸收大部分能量，保證了幕墻結構的安全可靠。
2.2技術方案簡述(主要幕墻系統介紹)
2.2.1金屬屋面及曲面異形玻璃采光頂
本系統位于東樓和西樓屋面，橢圓形造型，以金屬屋面為主，局部點綴玻璃的形式，板塊為三角形分格，長邊寬度約3100mm，短邊約2375mm，頂部屋面存在電動開啟玻璃窗，整體造型采用單層殼體的結構形式，可以說是現代建筑發展到今天最為先進的技術之一，是借助于有限元分析及協同受力技術的進步而產生的可能性，在國內也就類似于世博軸等不多的項目采用。作為本項目的幕墻體系覆蓋面最廣、同時也是屬于雙曲面的幕墻板塊系統，使之當之無愧的成為本項目中的最大設計難點與亮點。設計中采用幕墻與主體鋼結構螺栓抱箍的形式，通過成熟合理的三角形區塊劃分，利用球鉸的設計來實現整個玻璃采光頂屋面的特殊構造要求，同時在每塊板塊之間添加相應的排水溝來做二道防水，有效滿足透光、氣密、水密等各項性能指標。
部位：東樓和西樓整個屋面;
面材：1、10(Low-E)+12A+10+1.52SGP+10mm超白鋼化中空夾膠玻璃（詞條“中空夾膠玻璃”由行業大百科提供）;
2、4mm厚不銹鋼復合板;
3、室內吊頂面9.6米以上采用3mm穿孔鋁板。室內吊頂面9.6米以上采用3mm穿孔鋁板，9.6米以下采用3mm鋁單板。
骨架：114*5圓鋼方管、60*4圓鋼方管，材質Q235B，表面氟碳噴涂處理;鋁合金型材。本系統的開啟窗采用電動平推式，五金件采用優質不銹鋼鉸鏈。
其他說明：采用135mm厚A級保溫巖棉，表面襯1mm厚防水透氣膜。金屬屋面膠縫顏色同金屬板，表面采用光催化自潔噴涂劑。電動開啟玻璃扇下方設置電動鋁格柵遮陽措施，根據防火分區設置消防聯動。屋面應做抗風掀試驗。
西樓屋面施工時實景照片如下圖所示：
圖2 西屋面施工實景照片圖
圖3 東屋面平面設計圖
圖4 西屋面平面設計圖
圖5 屋面平面設計大樣圖
系統說明：
(1)、三維調節及易于加工安裝
本工程雙曲屋頂是最大的設計難點，因為雙曲屋頂的曲率并不固定，因此，節點的包容性顯得異常重要，如何能用最簡單統一的節點，設計出滿足曲率變化要求的屋面的做法是我司本次設計重點考慮的內容。
通過對項目外形的分析，在板塊劃分上通過方案選型對比，我司選用了在異形項目中運用較為成熟的三角形板塊劃分，以促使在確保項目整體外立面效果的基礎上節省異形曲面板（詞條“面板”由行業大百科提供）的高額造價。但一旦選定三角形劃分這一方案，那么對板塊之間的維度調整的構造連接就顯得至關重要。
我司在具體設計過程中，同時考慮了高度、水平、以及轉動方向的多維調節，具體如下圖所示：
圖6 屋面節點詳圖
圖7 屋面節點實物圖
其中，高度方向和水平方向的調節主要用來吸收主體鋼結構誤差，而轉動調節是為了適應屋面的雙曲變化。另外，值得一提的是，我司通過精巧的構造設計，轉動調節的轉動中心始終沿著鋁板的邊沿，這樣可以確保在調節過程中，兩塊鋁板之間的縫隙不會發生寬度以及高低方向的變化，更易于調節的同時也達到外立面美觀效果。另注：屋頂部分玻璃位置的調節與金屬板相似。如圖所示：
圖8 金屬屋面玻璃與金屬板交接節點圖（詞條“節點圖”由行業大百科提供）
(2)、優異的防水性和節能性
防水性能作為最重要的功能性要求，我司將其作為重中之重來進行考慮。過往工程中，有很多場館車站等，在投入使用后都曾因為漏水而廣受詬病，項目的其他優點在公眾眼里因漏水而蕩然無存。
在金屬屋面部分的具體設計過程中，我司總共設置了兩道防水線。第一道采用硅酮建筑密封膠&泡沫棒(表面采用光催化自潔噴涂劑)，這道防水可以將98%以上的雨水擋在金屬屋面之外。第二道防水采用2.0不銹鋼導水槽做法，同時導水槽與金屬屋面一側采用可伸縮三元乙丙柔性連接膠條連接，另一側采用鉤接，從而使得導水槽可自我調節以適應金屬屋面的曲面變形。導水槽的做法使得金屬屋面即使發生少部分滲水現象也能將屋面滲水有序排出而不影響室內使用功能。
圖9 屋面防水節點圖
另外，第一道防水采用密封膠做法的最大的優點是非常成熟可靠，價格低廉，適應變形等性能都非常優異。且表面采用光催化自潔噴涂劑可以有效的防止板面污染，減少雨水沖擊打膠（詞條“打膠”由行業大百科提供）位置導致金屬版面淚痕等情況出現。金屬屋面細節照片：
圖10 施工過程中金屬屋面細節實景圖
對于開啟位置(包括鋁板和玻璃位置)我司采用開啟扇略高于固定面板的做法，以避免開啟扇位置因開啟而導致的膠縫下陷而會形成積水問題。同時，采用外平推的開啟方式，增大排煙面積。如下圖所示：
圖11 開啟窗節點詳圖
至于節能性，金屬板部分上下板之間滿填保溫棉，厚度共計150mm，相應的K值可達到0.4W/M2.K，遠低于浙江省規范要求的0.7W/M2.K。型材位置也進行了有效的斷熱處理（詞條“熱處理”由行業大百科提供），可以防止熱量的傳導。
(3)、便于加工
我司在設計過程中充分考慮了節點的包容性，對鋼結構的高度誤差、左右誤差都能完美適應，同時，雙曲屋面的角度變化也無需特殊加工，我們所需保證的就是最外層金屬板尺寸的精準。因此，在施工過程中，模塊化的設計減少了加工參數，大大提高了施工的效率。
因三角形板塊的角度變化是雜亂無章的，我司創意性的采用了幕墻與主體鋼結構螺栓抱箍的形式，通過合理的三角形區塊劃分，利用多角度適應的球絞設計，避免了需要大量開型材模具的浪費。有非常好的經濟性和適用性(此系統僅適用于三角形板塊)。三角形玻璃板塊如下圖：
圖12 三角玻璃板塊實物圖
施工過程照片如下圖：
圖13 施工過程實景圖
2.2.2玻璃幕墻系統
部位：曲園路兩側及各個面主入口的玻璃幕墻;
弧形曲面的造型，體形復雜多變，造型新穎，使得整個建筑能給人帶來強烈的視覺沖擊感。
面材：10+1.52PVB+10+12A+10mm超白鋼化中空(Low-E)玻璃
8+1.52PVB+8+12A+8mm超白鋼化中空(Low-E)玻璃
8+1.52SGP+8+12A+8mm超白鋼化中空(Low-E)玻璃
骨架：豎明橫隱玻璃幕墻，氟碳噴涂鋼龍骨。
骨架支撐形式：單跨。
層間玻璃：8+1.52PVB+8+12A+8mm超白鋼化中空(Low-E)玻璃+2mm鋁單板。
鑒于此部分幕墻跨度比較大，另外，頂部采用鋼結構外露的方式，故幕墻立柱采用鋼通立柱和橫梁（詞條“橫梁”由行業大百科提供），用來確保室內的觀感一致。同時，采用鋼通立柱還有一個比較大的優勢就是，部分弧面的玻璃幕墻可以很好的加工(鋼材比較容易熱彎)。
節點細部很好的考慮了防水、節能、適應性調節等功能。
圖14 玻璃節點效果圖一
圖15 玻璃節點效果圖二
圖16 項目局部效果圖
圖17 項目實景圖
2.2.3 金屬飄帶幕墻
部位：曲園路上方幕墻。
面材：3mm氟碳噴涂鋁單板。
骨架：鋼材與主體鋼架連接。
我司采用內部鋼龍骨外包鋁單板來實現金屬飄帶，整體飄帶的支撐體系采用熱浸鍍鋅鋼通骨架外包3mm氟碳噴涂鋁單板。在具體設計實施過程中我司充分考慮了飄帶在高度方向上曲線變化所帶來的對鋼材和鋁板加工的難度，通過合理的標高（詞條“標高”由行業大百科提供）點位控制和連接節點的分割劃分，實現飄帶的整體統一。
金屬飄帶平面布置圖：
圖18 金屬飄帶平面圖
部分金屬飄帶縱向標高點位控制圖一覽：
圖19 金屬飄帶標高控制圖
圖20 金屬飄帶夜景俯視圖
圖21 金屬飄帶夜景及曲園路兩側玻璃幕墻日景實圖
2.3 本項目玻璃選用介紹及分析
本項目透光部分所有玻璃均采用超白鋼化制品，中空層均為Low-E鍍膜。規格包含有6(Low-E)+12A+6mm全超白鋼化中空玻璃，10+1.52PVB+10+12A+10mm超白鋼化中空(Low-E)玻璃，(備注：玻璃厚度尺寸根據玻璃板塊大小不局限于上述介紹)選用上述規格玻璃綜合設計考慮因素如下：
2.3.1節能
幕墻節能已是我國國策，也成了普通百姓的生活話題，全國建筑能耗(包括建造能耗和使用能耗)約占總能源消耗的1/4;建筑使用能耗又占建筑面積的20%以上，其中玻璃約占門窗的70%以上。從能源的流失比例看，整個建筑監護的能量損失中的70%是從門窗流失的。
從能量流失示意圖中我們可以直觀看到，大量的能源通過鋁合金窗白白流失，造成極大的浪費。因此，鋁合金窗使用中空玻璃是一種有效的環保節能途徑。我們都知道，單層玻璃的門窗及幕墻是建筑物冷(熱)量最大的耗損點，而中空玻璃的傳熱系數僅為1.63~3.1w/m·k，是單層玻璃的29%~56%，因而熱損失可減少約70%左右，大大減輕冷(熱)空調的負載。顯然窗戶面積越大，中空玻璃的節能效果也越明顯。
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貝數。
圖22 太陽能量在玻璃面板上的作用示意圖
圖23 能量流失示意圖
噪音是我國城市的一大污染源，尤其是隨著工業的發展，噪音對人們的傷害越來越嚴重。不管工作還是休息，人們總是希望有一個寧靜的環境，然而現實生活中由于各種原因造成了城市噪音。在正常情況下，城市的街頭、商場、居民區、公園、交通干道等不同環境，其噪音量是不同的(見表2)，但都在不同程度地影響了人們的學習、工作和日常生活及身心健康。醫學和心理學證明，噪音級在30~40dB(分貝)是比較安靜正常的環境;超過50 dB就會影響睡眠和休息;70 dB以上干擾談話，造成心煩意亂，精神不集中;長期工作或生活在90dB以上的噪音環境，會嚴重影響聽力和導致心臟血管等其他疾病的發生;同時，噪音還會產生心理效應，在高頻率的噪音下，人們容易煩燥不安、激動，甚至萎靡不振，影響工作效率。城市噪音的防范和治理已是社會的一大課題。
環境噪音音量據國外專家的測量統計，得出不同的室內、室外環境與防噪音三者之間的關系，人們很容易知道自己所處的環境要求相應的門窗隔音效果。
如果臥室靠近商場或娛樂場所，室內門窗需要的隔音量約為30分貝(dB);臥室與交通一般擁擠的道路或工業區相鄰，則門窗相應需要的隔音量約為35分貝(dB)。城市各種不同區域下的室內環境相應要求有一定的門窗隔音量，才能保證人們長期和生活的身心健康。
中空玻璃具有良好的降低噪音效果。一般的中空玻璃可降低噪音30~45dB。其隔音原理是：中空玻璃密封空間內的空氣，由于鋁框內灌充的高效分子篩的吸附劑作用，成為導聲系數很低的干燥氣體，從而構成一道隔音屏障;密封空間內若是惰性氣體，還可進一步提高其隔音效果。如果使用兩片厚度不同的原片玻璃制成中空玻璃，由于聲波在不同的介質中傳播時的折射率（詞條“折射率”由行業大百科提供）不同，致使聲波通過中空玻璃時，在兩種介質的臨界面產生折射從而將大部分聲音反射回去，并且避免了聲音的共振，其隔音效果更為顯著。根據現有工程實際情況證明，中空玻璃的隔音降噪性能是相當優異的。
從噪音控制角度看，中空玻璃的空氣層越大，噪音的控制效果就越好。如果空氣層的厚度小于6mm，則其隔音量只僅比相同厚度的單片玻璃稍高一點點。為大幅度提高隔音量，就必須增加中空玻璃的空氣層厚度。一般情況下，中空玻璃空氣層厚度常用9mm和12mm兩種規格;特殊情況可拉寬到20~100mm之間。本工程采用空氣層厚度12mm及16mm。
2.3.3 安全性
一、門窗幕墻的安全系數是工程設計必須考慮的問題，包括所采用玻璃的抗風壓計算。在設計玻璃表面抗風壓時，首先必須計算作用于玻璃表面的風荷載(即設計風壓)，然后決定用玻璃的類型、厚度、玻璃板面大小。這樣才能保證玻璃的抗風壓能力大于設計風壓值。玻璃的抗風壓強度不僅受玻璃種類、厚度、面積(即分割尺寸)和形狀的影響，它還會受環境因素的影響，如風的特性、玻璃安裝條件等，因此在不同的條件下進行破碎試驗，以確定玻璃的抗風壓強度。
中空玻璃是由兩塊玻璃加工構成的一個整體，在風載荷的作用下，內外片載荷是按內外片剛度和撓度分配，其抗風壓能力比其單層原片玻璃約大一倍左右;如果是用鋼化、夾絲、夾層玻璃制成中空玻璃，還可以進一步提高門窗及幕墻的抗風壓能力。此外，中空玻璃還可以提高特殊空間的安全防范能力以及防火性能。
二、本工程采用超白鋼化玻璃制品，相比傳統的均質鋼化玻璃而言，超白玻璃有其顯著的優勢。
1、玻璃的自爆率低。由于超白玻璃原材料中一般含有的NiS等雜質較少，在原料熔化過程中控制的精細，使得超白玻璃相對普通玻璃具有更加均一的成分，其內部雜質更少，從而大大降低了鋼化后可能自爆的幾率。
2、顏色一致性。由于原料中的含鐵量僅為普通玻璃的1/10甚至更低，超白玻璃相對普通玻璃對可見光中的綠色波段吸收較少，確保了玻璃顏色的一致性。
3、可見光透過率高，通透性好。超白玻璃大于91.5%的可見光透過率，具有晶瑩剔透的水晶般品質，讓展示品更顯清晰，更能突顯展品的真實原貌。
4、紫外線透過率低。相對于普通玻璃，超白玻璃對紫外波段的吸收更低，可有效降低紫外線的通過。
2.3.4 防結露
當玻璃表面出現結露時，玻璃的透明度就會受到影響，結露會損壞墻面，地板，地毯和窗簾等。
單層玻璃的結霜、結露，直接影響到門窗的采光和視覺效果以及破壞居室裝修。由于中空玻璃的密封結構和分子篩的作用，保證了一般在-40℃左右也不會結霜、結露。
3、結束語
以上已對本項目比較有特色的部分做了簡單的概述，因系統種類繁多，無法全部涉及。本工程已順利竣工，經本工程的工程實踐，我們申報了二項技術專利，分別是一種幕墻屋面可調節排水結構(專利號：ZL201922219221.9),一種曲面多角度轉換的連接結構(專利號：ZL 201922358886.8)均已獲得授權。
作者單位：浙江中南建設集團有限公司
