論超高層建筑幕墻工程玻璃分隔調整及結構體系優化

譚勇

本文結合城際中心（含商務辦公、商業、珠三角城際軌道交通調度指揮中心）項目，論述了超高層建筑幕墻工程玻璃分隔調整及結構體系優化的合理應用，有效了節約了項目投資。

在現代高層建筑及超高層建筑中，建筑幕墻作為建筑圍護體系的選擇之一，除了滿足建設單位對建筑整體外立面效果觀感的追求，還在其功能性作用方面發揮應有的作用，如抗風壓性能、水密性能、氣密性能、平面內變形性能、熱工性能等。因此建筑幕墻結構體系的選型就至關重要，必須達到安全可靠、造型美觀、經濟適用的效果。在采用以立柱為主要受力、傳力構件的單元式幕墻中，可以通過改變層間單跨受力形式為層間雙跨受力形式的方式提高結構的可靠性來實現投資控制。本文針對施工圖設計時幕墻工程玻璃分隔調整及結構體系選型的優化進行探討，為優化幕墻工程投資作參考。

一、工程概況

城際中心（含商務辦公、商業、珠三角城際軌道交通調度指揮中心）項目占地面積14759.70m2，地下3層，地上39層。項目建筑高度為180m，總建筑面積為142364m2，項目建設內容包括商務辦公樓、珠三角城際軌道交通調度指揮中心、商業裙樓等。建設單位為廣東省鐵路建設投資集團有限公司（以下簡稱“集團公司”），代建單位為廣東省鐵投置業發展有限公司（以下簡稱“鐵投置業公司”），幕墻工程設計單位為廣東省建筑設計研究院，設計咨詢單位為廣州市設計院。本文玻璃分隔調整涉及范圍為裙樓（即珠三角城際軌道交通調度指揮中心、商業部分）、塔樓（即甲級辦公樓部分），涉及幕墻結構體系優化的幕墻形式為豎明橫隱單元式幕墻（外帶豎向裝飾線）。

二、原設計玻璃分隔及結構體系

設計單位完成城際中心項目施工圖設計后，提交廣州市設計院進行施工圖審查，于2015年3月27日審查通過，并出具了《城際中心項目施工圖審查報告》。本項目進行施工圖設計時，幕墻玻璃分隔設計仍按《建筑玻璃應用技術規程》（JGJ113-2009，以下簡稱“舊規程”），幕墻相應的玻璃分隔嚴格按舊規程的最大使用面積設計。本項目建筑幕墻工程，選用玻璃規格為公稱厚度8mm（淺藍色Low～e）+12A+6mm中空鋼化玻璃，外側玻璃采用公稱厚度8mm，內側玻璃在設置有護窗欄桿情況下采用公稱厚度6mm。本次僅對塔樓豎明橫隱式單元幕墻結構體系進行優化，因此以下只詳述塔樓原設計的玻璃分隔及結構體系情況：

商務辦公塔樓玻璃幕墻（11層～39層）帶線條單元式幕墻標準層，樓層高度為4.2m。單元式玻璃面板分隔為：橫向分隔間距為1450mm，在樓層梁區域縱向分隔高度為950mm，非開啟窗扇位置剩余高度直接分隔為3250mm，有開啟窗扇位置剩余高度再分隔為1500mm高窗扇及上下高度各為785mm、965mm的單元板塊。幕墻結構體系中，鋁立柱采用層間單跨受力方式，僅在樓層梁面處設預埋件及鋁掛件連接鋁立柱，鋁立柱計算跨度為4200mm。

三、玻璃分隔調整及結構體優化的背景條件

在項目實施過程中，部分技術規范、規程更新，住建部明確于2016年4月1日起實施《建筑玻璃應用技術規程》（JGJ113-2015，以下簡稱“新規程”），對安全玻璃的最大使用面積作出了相關調整。同時，代建單位結合以往項目管理經驗及對投資控制優化的相關要求，擬對原單元體幕墻進行玻璃分隔調整及結構體系優化，以達到符合相關規范規程及有效節約項目建設成本的目的。

本工程施工總承包合同中，幕墻工程為按設計圖示尺寸計算合同結算價，其中幕墻玻璃及幕墻鋁型材為甲供材料，施工單位只計取采購保管費。所以，本項目幕墻工程結構體系優化的關鍵點在于幕墻玻璃分隔必須調整的情況下，合理調整分隔，優化設計幕墻鋁型材使用量，選擇合理的截面尺寸，可以顯著減輕幕墻本身的重量，在受力達到要求的同時能夠有效減少單位面積的材料成本，合理控制項目投資。

四、建筑幕墻玻璃分隔調整及結構體系優化的具體措施

1.建筑幕墻玻璃分隔調整

根據新規程第7.1.1條“安全玻璃的最大許用面積應符合‘公稱厚度6mm鋼化玻璃最大許用面積為3m2，公稱厚度8mm鋼化玻璃最大許用面積為4m2的規定”相關要求，原設計玻璃分隔應進行調整，以滿足新規程的相關要求。具體如下：

（1）商務辦公塔樓玻璃幕墻，11～39層在非開啟窗扇部分，在窗扇下框高度處增加橫向分隔，控制每塊玻璃不超過4m2；在可開啟窗扇部分，增加窗扇高度（調整后窗扇高度為1800mm），減少窗扇上框橫向分隔。調整后在樓層梁區域縱向分隔高度為1200mm，非開啟窗扇位置剩余高度再分隔為1800mm+1200mm，有開啟窗扇位置剩余高度再分隔為1800mm窗扇及分隔高度為1200mm的單元板塊。

（2）珠三角調度指揮中心玻璃幕墻，1～4層調整橫框位置且在開啟窗扇部分，在窗扇上下框處增加橫向分隔，控制每塊玻璃不超過4m2；5～10層非開啟窗扇部分，在窗扇下框高度處增加橫向分隔，控制每塊玻璃不超過4m2；在開啟窗扇部分，增加窗扇高度，減少窗扇上框橫向分隔。

（3）商業裙樓玻璃幕墻，1～5層調整橫框位置且在非開啟窗扇部分，在窗扇上下框處增加橫向分隔，控制每塊玻璃不超過4m2。

本項目玻璃分隔調整是基于發布的新規程下，更嚴格的許用面積要求，向著每塊玻璃面積更小的方向調整的，預測各玻璃板塊計算可通過。經原設計單位對調整分隔后的玻璃板塊重新驗算，在項目既有荷載條件不變的情況下，玻璃分隔調整后的玻璃板塊（含內片玻璃、外片玻璃）的荷載計算、強度計算、最大撓度校核均能滿足要求。

2.建筑幕墻工程結構體系優化

結合以上玻璃分隔的調整，對于商務辦公塔樓（11層～屋面）單元體幕墻進行結構體系優化，同時在樓層梁面及梁底位置設預埋件及鋁掛件連接鋁立柱，鋁立柱的層間受力形式由原設計的單跨受力變為雙跨受力，調整后鋁立柱的力矩變短，計算跨度為由原設計的4200mm調整為1200mm、3000mm，優化了幕墻結構受力狀況，同時增加了幕墻結構體系剛度，增加了幕墻的整體安全系數。經設計單位對玻璃分隔調整及優化后幕墻結構體系重新驗算，優化后的幕墻鋁立柱的抗彎強度計算、撓度計算、抗剪計算均能滿足要求，幕墻橫梁及中橫梁的抗彎強度計算、撓度計算、抗剪計算也均能滿足要求。

經以上玻璃分隔調整及幕墻結構體系優化后，本項目幕墻工程增加埋件37190kg，增加安裝碼鋁型材69833.2kg，減少的鋁立柱、橫梁及中橫梁等型材重量為223224.89kg。相比原設計圖紙，玻璃分隔調整及幕墻結構體系優化后鋁型材節約比例達16.6%。

五、玻璃分隔調整及幕墻結構體系優化后投資變化情況

以上幕墻工程玻璃分隔調整及結構體系優化方案，經鐵投置業公司多次組織設計單位、咨詢單位召開專題會議研究審定后，報集團公司審批。經集團公司相關業務部門及第三方造價審核單位審核后，本次玻璃分隔調整及結構體系優化較原設計減少投資242.57萬元，有效的節約了項目投資。

六、結語

隨著現代社會的不斷進步，人們對美好事物的追求不斷提高，形式各樣的超高層建筑在全國各地拔地而起，建筑物的幕墻設計對于提高建筑物的美觀性以及實用功能有著十分重要的意義。在幕墻工程結構優化過程中，要確保建筑幕墻外觀的整體設計與原設計一致，要保證優化后的結構體系安全可靠，同時兼顧美觀適用原則，以最經濟的幕墻結構體系來實現更加安全且美觀的建筑外形。