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摘要：本文针对德清科技新城联合国信息管理论坛项目工程，从幕墙的设计理念，技术方案等多个方面重点进行阐述，着重介绍本项目的亮点及重难点——金属屋面及曲面异形玻璃采光顶。希望本文可以为大家提供一些借鉴参考。
关键词：技术方案;玻璃幕墙;金属幕墙;曲面异形玻璃采光顶;幕墙系统
图1 整体鸟瞰效果图
1.幕墙工程概况
联合国全球地里信息管理德清论坛会址项目幕墙工程(大剧院功能区块)项目所在地位于浙北杭嘉湖平原,在未来德清科技新城规划中心湖的湖心岛上。作为省重点项目，本工程地面分成三部分：东楼、西楼及艺术飘顶。西楼主要为科技、文化培训、娱乐、餐饮、健身等相关社会配套功能，东楼主要是科技展览、会议等功能。
本工程属于大型异形曲面公建项目。幕墙深化设计内容主要涵盖金属屋面、曲面异形玻璃采光顶、铝合金门窗（词条“铝合金门窗”由行业大百科提供）、铝合金百叶、石材幕墙、金属幕墙、玻璃幕墙、栏板、地弹簧门、出入口雨棚及除土建主体钢结构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
1、通过幕墙技术，采用不同的幕墙系统组合，通过简单的手段实现复杂的建筑空间效果;
2、采用专业、合理的构造措施使幕墙的功能性和经济性有效结合;
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。
本项目幕墙设计是在建筑设计的基础上深化与完善。作为专业的幕墙设计团队，本着对业主和工程负责任的态度，我司尊重建筑师的原创，深入研究建筑设计的总体构思、理解建筑师的设计意图，并结合我司多年的设计施工经验对本项目幕墙体系进行了认真的分析。在确保对建筑结构构造不会造成大的改动的前提下，利用了崭新的设计思路、现代的空间结构和新型的材料技术，从经济性、装饰性、功能性、可行性等多方面对图纸主要系统进行了优化设计，使得幕墙性能更加可靠，外形更加美观;且更具有良好的经济性，降低工程造价，满足业主多方面的需求。
在深化设计时，不仅应满足各项基本性能，还应最大限度满足建筑的使用功能，体现人文建筑、绿色建筑的设计原则。风压变形性能、空气渗透性能、雨水渗漏性能、保温性能、隔声性能、平面内变形性能、耐冲击性能、防火性能、防腐性能、防雷性能、节能保温性能、经济合理性能、减少光污染、降低材料辐射、工艺优化、细部美观、可维护等等都是幕墙设计过程中的重中之重。设计方案要从每一个功能要求出发，制定合理完善的幕墙系统，采用最先进的技术、最新颖的材料，来满足以上功能性需求。同时，充分考虑风荷载（词条“风荷载”由行业大百科提供）、地震作用（词条“地震作用”由行业大百科提供）、温度应力等对结构的影响，幕墙龙骨与主体结构连接我们设计为三维可调节，使得幕墙构件（词条“构件”由行业大百科提供）整体具有良好的吸收应变能力，不仅在安装过程中可以很好的满足结构精度方面的误差，更确保幕墙系统在冲击荷载及地震作用下能吸收大部分能量，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屋面，椭圆形造型，以金属屋面为主，局部点缀玻璃的形式，板块为三角形分格，长边宽度约3100mm，短边约2375mm，顶部屋面存在电动开启玻璃窗，整体造型采用单层壳体的结构形式，可以说是现代建筑发展到今天最为先进的技术之一，是借助于有限元分析及协同受力技术的进步而产生的可能性，在国内也就类似于世博轴等不多的项目采用。作为本项目的幕墙体系覆盖面最广、同时也是属于双曲面的幕墙板块系统，使之当之无愧的成为本项目中的最大设计难点与亮点。设计中采用幕墙与主体钢结构螺栓抱箍的形式，通过成熟合理的三角形区块划分，利用球铰的设计来实现整个玻璃采光顶屋面的特殊构造要求，同时在每块板块之间添加相应的排水沟来做二道防水，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;
面材：1、10(Low-E)+12A+10+1.52SGP+10mm超白钢化中空夹胶玻璃（词条“中空夹胶玻璃”由行业大百科提供）;
2、4mm厚不锈钢复合板;
3、室内吊顶面9.6米以上采用3mm穿孔铝板。室内吊顶面9.6米以上采用3mm穿孔铝板，9.6米以下采用3mm铝单板。
骨架：114*5圆钢方管、60*4圆钢方管，材质Q235B，表面氟碳喷涂处理;铝合金型材。本系统的开启窗采用电动平推式，五金件采用优质不锈钢铰链。
其他说明：采用135mm厚A级保温岩棉，表面衬1mm厚防水透气膜。金属屋面胶缝颜色同金属板，表面采用光催化自洁喷涂剂。电动开启玻璃扇下方设置电动铝格栅遮阳措施，根据防火分区设置消防联动。屋面应做抗风掀试验。
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
本工程双曲屋顶是最大的设计难点，因为双曲屋顶的曲率并不固定，因此，节点的包容性显得异常重要，如何能用最简单统一的节点，设计出满足曲率变化要求的屋面的做法是我司本次设计重点考虑的内容。
通过对项目外形的分析，在板块划分上通过方案选型对比，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，以促使在确保项目整体外立面效果的基础上节省异形曲面板（词条“面板”由行业大百科提供）的高额造价。但一旦选定三角形划分这一方案，那么对板块之间的维度调整的构造连接就显得至关重要。
我司在具体设计过程中，同时考虑了高度、水平、以及转动方向的多维调节，具体如下图所示：
图6 屋面节点详图
图7 屋面节点实物图
其中，高度方向和水平方向的调节主要用来吸收主体钢结构误差，而转动调节是为了适应屋面的双曲变化。另外，值得一提的是，我司通过精巧的构造设计，转动调节的转动中心始终沿着铝板的边沿，这样可以确保在调节过程中，两块铝板之间的缝隙不会发生宽度以及高低方向的变化，更易于调节的同时也达到外立面美观效果。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（词条“节点图”由行业大百科提供）
(2)、优异的防水性和节能性
防水性能作为最重要的功能性要求，我司将其作为重中之重来进行考虑。过往工程中，有很多场馆车站等，在投入使用后都曾因为漏水而广受诟病，项目的其他优点在公众眼里因漏水而荡然无存。
在金属屋面部分的具体设计过程中，我司总共设置了两道防水线。第一道采用硅酮建筑密封胶&泡沫棒(表面采用光催化自洁喷涂剂)，这道防水可以将98%以上的雨水挡在金属屋面之外。第二道防水采用2.0不锈钢导水槽做法，同时导水槽与金属屋面一侧采用可伸缩三元乙丙柔性连接胶条连接，另一侧采用钩接，从而使得导水槽可自我调节以适应金属屋面的曲面变形。导水槽的做法使得金属屋面即使发生少部分渗水现象也能将屋面渗水有序排出而不影响室内使用功能。
图9 屋面防水节点图
另外，第一道防水采用密封胶做法的最大的优点是非常成熟可靠，价格低廉，适应变形等性能都非常优异。且表面采用光催化自洁喷涂剂可以有效的防止板面污染，减少雨水冲击打胶（词条“打胶”由行业大百科提供）位置导致金属版面泪痕等情况出现。金属屋面细节照片：
图10 施工过程中金属屋面细节实景图
对于开启位置(包括铝板和玻璃位置)我司采用开启扇略高于固定面板的做法，以避免开启扇位置因开启而导致的胶缝下陷而会形成积水问题。同时，采用外平推的开启方式，增大排烟面积。如下图所示：
图11 开启窗节点详图
至于节能性，金属板部分上下板之间满填保温棉，厚度共计150mm，相应的K值可达到0.4W/M2.K，远低于浙江省规范要求的0.7W/M2.K。型材位置也进行了有效的断热处理（词条“热处理”由行业大百科提供），可以防止热量的传导。
(3)、便于加工
我司在设计过程中充分考虑了节点的包容性，对钢结构的高度误差、左右误差都能完美适应，同时，双曲屋面的角度变化也无需特殊加工，我们所需保证的就是最外层金属板尺寸的精准。因此，在施工过程中，模块化的设计减少了加工参数，大大提高了施工的效率。
因三角形板块的角度变化是杂乱无章的，我司创意性的采用了幕墙与主体钢结构螺栓抱箍的形式，通过合理的三角形区块划分，利用多角度适应的球绞设计，避免了需要大量开型材模具的浪费。有非常好的经济性和适用性(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，体形复杂多变，造型新颖，使得整个建筑能给人带来强烈的视觉冲击感。
面材：10+1.52PVB+10+12A+10mm超白钢化中空(Low-E)玻璃
8+1.52PVB+8+12A+8mm超白钢化中空(Low-E)玻璃
8+1.52SGP+8+12A+8mm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：8+1.52PVB+8+12A+8mm超白钢化中空(Low-E)玻璃+2mm铝单板。
鉴于此部分幕墙跨度比较大，另外，顶部采用钢结构外露的方式，故幕墙立柱采用钢通立柱和横梁（词条“横梁”由行业大百科提供），用来确保室内的观感一致。同时，采用钢通立柱还有一个比较大的优势就是，部分弧面的玻璃幕墙可以很好的加工(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。
我司采用内部钢龙骨外包铝单板来实现金属飘带，整体飘带的支撑体系采用热浸镀锌钢通骨架外包3mm氟碳喷涂铝单板。在具体设计实施过程中我司充分考虑了飘带在高度方向上曲线变化所带来的对钢材和铝板加工的难度，通过合理的标高（词条“标高”由行业大百科提供）点位控制和连接节点的分割划分，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
本项目透光部分所有玻璃均采用超白钢化制品，中空层均为Low-E镀膜。规格包含有6(Low-E)+12A+6mm全超白钢化中空玻璃，10+1.52PVB+10+12A+10mm超白钢化中空(Low-E)玻璃，(备注：玻璃厚度尺寸根据玻璃板块大小不局限于上述介绍)选用上述规格玻璃综合设计考虑因素如下：
2.3.1节能
幕墙节能已是我国国策，也成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1/4;建筑使用能耗又占建筑面积的20%以上，其中玻璃约占门窗的70%以上。从能源的流失比例看，整个建筑监护的能量损失中的70%是从门窗流失的。
从能量流失示意图中我们可以直观看到，大量的能源通过铝合金窗白白流失，造成极大的浪费。因此，铝合金窗使用中空玻璃是一种有效的环保节能途径。我们都知道，单层玻璃的门窗及幕墙是建筑物冷(热)量最大的耗损点，而中空玻璃的传热系数仅为1.63~3.1w/m·k，是单层玻璃的29%~56%，因而热损失可减少约70%左右，大大减轻冷(热)空调的负载。显然窗户面积越大，中空玻璃的节能效果也越明显。
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大污染源，尤其是随着工业的发展，噪音对人们的伤害越来越严重。不管工作还是休息，人们总是希望有一个宁静的环境，然而现实生活中由于各种原因造成了城市噪音。在正常情况下，城市的街头、商场、居民区、公园、交通干道等不同环境，其噪音量是不同的(见表2)，但都在不同程度地影响了人们的学习、工作和日常生活及身心健康。医学和心理学证明，噪音级在30~40dB(分贝)是比较安静正常的环境;超过50 dB就会影响睡眠和休息;70 dB以上干扰谈话，造成心烦意乱，精神不集中;长期工作或生活在90dB以上的噪音环境，会严重影响听力和导致心脏血管等其他疾病的发生;同时，噪音还会产生心理效应，在高频率的噪音下，人们容易烦燥不安、激动，甚至萎靡不振，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。
环境噪音音量据国外专家的测量统计，得出不同的室内、室外环境与防噪音三者之间的关系，人们很容易知道自己所处的环境要求相应的门窗隔音效果。
如果卧室靠近商场或娱乐场所，室内门窗需要的隔音量约为30分贝(dB);卧室与交通一般拥挤的道路或工业区相邻，则门窗相应需要的隔音量约为35分贝(dB)。城市各种不同区域下的室内环境相应要求有一定的门窗隔音量，才能保证人们长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：中空玻璃密封空间内的空气，由于铝框内灌充的高效分子筛的吸附剂作用，成为导声系数很低的干燥气体，从而构成一道隔音屏障;密封空间内若是惰性气体，还可进一步提高其隔音效果。如果使用两片厚度不同的原片玻璃制成中空玻璃，由于声波在不同的介质中传播时的折射率（词条“折射率”由行业大百科提供）不同，致使声波通过中空玻璃时，在两种介质的临界面产生折射从而将大部分声音反射回去，并且避免了声音的共振，其隔音效果更为显著。根据现有工程实际情况证明，中空玻璃的隔音降噪性能是相当优异的。
从噪音控制角度看，中空玻璃的空气层越大，噪音的控制效果就越好。如果空气层的厚度小于6mm，则其隔音量只仅比相同厚度的单片玻璃稍高一点点。为大幅度提高隔音量，就必须增加中空玻璃的空气层厚度。一般情况下，中空玻璃空气层厚度常用9mm和12mm两种规格;特殊情况可拉宽到20~100mm之间。本工程采用空气层厚度12mm及16mm。
2.3.3 安全性
一、门窗幕墙的安全系数是工程设计必须考虑的问题，包括所采用玻璃的抗风压计算。在设计玻璃表面抗风压时，首先必须计算作用于玻璃表面的风荷载(即设计风压)，然后决定用玻璃的类型、厚度、玻璃板面大小。这样才能保证玻璃的抗风压能力大于设计风压值。玻璃的抗风压强度不仅受玻璃种类、厚度、面积(即分割尺寸)和形状的影响，它还会受环境因素的影响，如风的特性、玻璃安装条件等，因此在不同的条件下进行破碎试验，以确定玻璃的抗风压强度。
中空玻璃是由两块玻璃加工构成的一个整体，在风载荷的作用下，内外片载荷是按内外片刚度和挠度分配，其抗风压能力比其单层原片玻璃约大一倍左右;如果是用钢化、夹丝、夹层玻璃制成中空玻璃，还可以进一步提高门窗及幕墙的抗风压能力。此外，中空玻璃还可以提高特殊空间的安全防范能力以及防火性能。
二、本工程采用超白钢化玻璃制品，相比传统的均质钢化玻璃而言，超白玻璃有其显著的优势。
1、玻璃的自爆率低。由于超白玻璃原材料中一般含有的NiS等杂质较少，在原料熔化过程中控制的精细，使得超白玻璃相对普通玻璃具有更加均一的成分，其内部杂质更少，从而大大降低了钢化后可能自爆的几率。
2、颜色一致性。由于原料中的含铁量仅为普通玻璃的1/10甚至更低，超白玻璃相对普通玻璃对可见光中的绿色波段吸收较少，确保了玻璃颜色的一致性。
3、可见光透过率高，通透性好。超白玻璃大于91.5%的可见光透过率，具有晶莹剔透的水晶般品质，让展示品更显清晰，更能突显展品的真实原貌。
4、紫外线透过率低。相对于普通玻璃，超白玻璃对紫外波段的吸收更低，可有效降低紫外线的通过。
2.3.4 防结露
当玻璃表面出现结露时，玻璃的透明度就会受到影响，结露会损坏墙面，地板，地毯和窗帘等。
单层玻璃的结霜、结露，直接影响到门窗的采光和视觉效果以及破坏居室装修。由于中空玻璃的密封结构和分子筛的作用，保证了一般在-40℃左右也不会结霜、结露。
3、结束语
以上已对本项目比较有特色的部分做了简单的概述，因系统种类繁多，无法全部涉及。本工程已顺利竣工，经本工程的工程实践，我们申报了二项技术专利，分别是一种幕墙屋面可调节排水结构(专利号：ZL201922219221.9),一种曲面多角度转换的连接结构(专利号：ZL 201922358886.8)均已获得授权。
作者单位：浙江中南建设集团有限公司
