幕墙PRO
幕墙PRO,寓意RPOFESSION(专业)、PROGRESS(进步),WINDOOR门窗幕墙新产品博览会每年甄选先锋、节能、创新的建筑表皮项目进行分享与展示,推动新设计、新技术与新材料的应用,助力青年幕墙设计师成长。
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本期分享嘉宾
殷兵利
中国建筑西南设计研究院有限公司
建筑幕墙设计所
悦幕咨询事业部总监
“超高层建筑幕墙的 “刚柔并济”,本质是建筑形态与技术逻辑的和谐统一。”
▲点击观看现场影像
超高层建筑幕墙作为建筑艺术与工程技术的结合体,始终以“标新立异的建筑效果、庞大的幕墙体量、高昂的幕墙造价” 成为建筑幕墙行业的焦点。
近年来,随着建筑形态从 “顺直挺拔” 向 “曲面柔美” 的多元化发展,幕墙设计面临着从材料应用到构造创新的多重挑战。通过三个典型项目,解析超高层建筑幕墙如何在 “刚” 与 “柔” 的平衡中实现技术突破。
刚劲挺拔:
蔚蓝卡地亚花园城的石质立面
成都蔚蓝卡地亚花园城位于天府新区核心区域,由 5 栋塔楼组成,最高建筑高度达 266.6 米,总幕墙面积约 23 万平方米。该项目以“永恒的城市地标”为设计理念,通过石质立面与锯齿状陶板的组合,塑造出竖向挺拔的建筑气质。
▲ 项目效果图
在幕墙系统设计中,最具突破性的是 B 地块 3 栋塔楼外立面的陶板单元幕墙系统。该系统应用高度达 216-266 米,突破了《人造板材幕墙工程技术规范》中 “人造板材幕墙应用高度不宜大于 100 米” 的限制。
为确保安全,设计团队采取了多重加强措施:陶板连接位置采用通长铝型材固定,孔位设置柔性垫圈隔离,同时采用单元体幕墙形式,并在风荷载计算时考虑 1.1 倍放大系数,为系统提供了充足的安全储备。
▲陶板幕墙系统
在玻璃幕墙设计上,项目采用单元玻璃幕墙系统,位于凹槽位置的面材选用外半钢化夹胶、内钢化双银 LOW-E 中空玻璃,每层两个通高分格,实现了极致的通透效果。
排水设计采用跨层排水方案,通过将本层上横后腔积水引流至下层单元上横前腔,利用水流动能排出结构外,有效解决了高风压区的排水难题。
针对住宅板块,项目创新采用单元式窗系统,通过层间钢结构连接件形成安装洞口,搭配 200mm 高横向装饰线条与竖向铝板装饰条,在满足 38 号文限制的同时,通过工厂预制单元窗现场吊装,保证了住宅组团的建筑品质与加工精度。
▲单元式窗系统
▲施工实景
▲项目实景图
▲项目实景图
曲面柔美:
希荻大厦的扭转表皮
佛山希荻大厦作为双子塔项目,A 塔高 84.9 米,B 塔高 72.3 米,幕墙总面积约 2.5 万平方米。其建筑表皮以“扭转曲面”为特色,单层最大扭转角度达 5°,高斯曲率最大值为 2.102×10^-5mm^-1,属于中等双曲率曲面,对幕墙系统的有理化设计提出了极高要求。
▲项目效果图
设计团队首先对建筑表皮进行多维度几何分析:
1、扭转分析确定了面板翘曲与横梁插接角度的影响因素。
▲单层最大扭转角度5°
2、曲率分析量化了曲面双曲程度,为面板选型(直板、单曲、双曲)提供依据。
3、倾角分析显示玻璃倾角最大 13°,虽无需按采光顶设计,但需采用夹层玻璃。
4、夹角分析得出横梁角度范围达 76°-103°,最终通过 11 套横梁模具实现角度调节。
5、顺滑度分析表明,71% 的竖向立柱夹角超过 3°,因此对曲率半径小于 40 米的竖向构件采用单曲处理。
▲竖向线条采用“单曲线拟合”效果
▲单曲拟合效果图
在面板工艺选择上,项目基于翘曲值与冷弯应力分析,将单元类型划分为平板单元(25%)、冷弯单元(25%,翘曲值<70mm)与热弯单元(50%,翘曲值>70mm)。通过 ANSYS 有限元模拟验证,冷弯玻璃在翘曲值 70mm 以内时,冷弯应力与风荷载应力不叠加,既能保证建筑效果,又可控制成本。
▲单元类型分布
构造设计中,项目采用 “恒定几何元素” 原则:横梁上边沿前后点、钉槽相对距离及立柱与横梁腹板平行关系保持不变,通过多套横梁模具实现角度调节。同时,竖向装饰条采用单曲拟合替代直线拼接,避免了 “折线效应”,确保了曲面的顺滑过渡。
灵动扭转:
重庆太阳座的极光形态塑造
重庆太阳座项目以 “舞动的极光” 为设计灵感,幕墙整体扭转 90°,单层最大扭转角度 8.8°,最大高斯曲率值达 - 8.92×10^-10,属于典型的复杂双曲面幕墙。设计团队通过表皮重构,将原始曲面的无规律曲线转化为 “横向直线 + 竖向曲线”,在保证建筑效果的同时,降低了土建施工难度。
▲项目效果图
针对玻璃面板,项目最大翘曲量达 86mm,通过冷弯应力分析,确定 6+PVB+6+12A+8 的玻璃配置在冷弯 + 风压组合下,最大应力 12.1MPa(短期荷载许用应力 56MPa),满足设计要求。
▲玻璃翘曲分析
竖向构件采用圆形断面装饰条,避免因轴心扭转导致的加工困难,同时在转角位置采用转动式附框与圆形扣盖,实现 90°-180° 角度调节,解决了曲面过渡难题。
▲项目实景图
▲项目实景图
超高层建筑幕墙设计
核心要点
有理化分析体系构建
超高层建筑幕墙设计需建立完善的有理化分析体系,通过扭转、曲率、倾角、夹角、顺滑度及翘曲分析,量化建筑表皮的几何参数。
构造创新与多维度调节
复杂形态幕墙的构造设计需满足多维度调节需求。成都项目的跨层排水、佛山项目的 11 套横梁模具、重庆项目的转动式附框,均通过构造创新实现了前后、左右、角度及轴心扭转的调节。其中,“恒定几何元素” 原则(如横梁关键点与立柱平行关系)是控制构造复杂度的关键。
材料工艺与成本控制
突破规范限制的材料应用(如超高层陶板幕墙)需配套加强措施,而冷弯玻璃、热弯玻璃的合理选用(如以 70mm 翘曲值为界)则能在保证效果的同时优化成本。此外,金属面板与玻璃的 “以直代曲” 控制标准(金属≥178°、玻璃≥177°)需结合材料反光特性与加工工艺综合确定。
BIM 数字化全流程应用
从方案设计到施工落地,BIM 等数字化手段贯穿始终。佛山项目通过 BIM 进行曲面重建与单元划分,重庆项目利用 BIM 优化表皮重构,这些技术应用实现了建筑效果、构造设计与施工可行性的协同验证,大幅提升了设计效率与精度。
超高层建筑幕墙的 “刚柔并济”,本质是建筑形态与技术逻辑的和谐统一。幕墙设计正通过有理化分析、构造创新与数字化手段,在突破规范限制的同时,实现建筑美学与工程技术的平衡。未来,随着材料工艺的进步与计算分析技术的发展,超高层建筑幕墙将在 “刚” 与 “柔” 的边界探索中,持续刷新建筑的天际线美学。
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