富士康大廈外循環呼吸式單元幕墻設計

宋一平

（輝文室內裝飾（上海）有限公司，上海 200120）

0 引言

上海富士康大廈項目位于上海浦東陸家嘴，外立面折疊式造型具有獨立的特色。內部單元在結構安全穩定的基礎上，采用了外循環呼吸方式。本文在對呼吸式幕墻的原理的分析中構思了一個節能設計，并對深化設計形成一定的指導。

1 項目概況

項目共有21 層，建筑高度為96 米。幕墻共有為10 套系統，分別F01：外循環呼吸式單元玻璃幕墻系統；F02：折線單元玻璃幕墻系統；F03：折線框架玻璃幕墻系統；F04：明框單元玻璃幕墻系統；F05：明框框架玻璃幕墻系統（裙樓斜立柱）；F06：明框框架玻璃幕墻系統（裙樓直立柱）；F07：明框框架玻璃幕墻系統（裙樓凹槽）；F08：鋁板幕墻系統；F09：玻璃雨篷系統；F10：玻璃欄桿系統，本文主要介紹塔樓部分F01 外循環呼吸式單元幕墻。

圖一：外立面效果圖

2 外內循環呼吸式幕墻通風系統

2.1 空氣間層

外循環呼吸式系統工作原理分析：雙層幕墻有室外板塊和室內板塊。通過室外板塊與外界連通后，形成空氣流。氣流整體從相鄰兩塊單元板塊底橫梁流入，相隔兩個單元板塊頂橫梁流出方式。上下空氣排風水平間距控制在1.4m，并滿足《建筑幕墻工程技術規范》相關要求。按設計取值空氣間層窄端300mm，寬端700mm。空氣在空氣間層由排風器控制，長期處于開啟狀態，如有需要關閉可使用通風器上的旋鈕關閉，相應幕墻板塊的通風口。通過各個通風器的開啟數量控制整個空氣間層的氣流和通氣量。典型位置橫向剖面如二所示:

圖二：雙層幕墻典型節點

2.2 進風口及排風口

系統采用自然通風的方式。其進風口設在單元板塊底部的橫梁處，采用旋鈕式通風器控制。排風口設置在相鄰板塊的頂部橫梁處，在型材處開有缺口，且與室外排風孔道相同，達到空氣達到流通的目的。通風器及排風口位置如圖三所示:

圖三：進風口旋鈕系統

空氣間層底部進風口處設有專用通風器，可以手動調節旋鈕達到開啟關閉的目的。每層空氣間層設有馬道，間隔6.4m 設有通入馬道的門窗，供檢修和操作人員進入控制通風器旋鈕。當旋鈕打開時，通風系統形成上下壓力差。

上海屬于夏熱冬冷性氣候，冬夏溫差比較大。夏季高溫時空氣間層能夠帶走外部陽光直射產生的40%～50%的空氣熱能。冬季低溫時，關閉通風系統旋鈕可以有效率的節約陽光產生熱能40%～60%。所以通過季節性控制通風器的開關可以給室內帶來能源上的節約，符合當今政府主導的綠色施工和節能減排低能耗的設計要求。

3 單元式雙層幕墻系統設計

3.1 項目荷載計算、取值

外層幕墻主要承受了風荷載、重力荷載、面荷載、活荷載及地震荷載作用,內層幕墻抓喲承受風荷載、重力荷載和地震荷載。

3.1.1 風荷載假定及計算

a)外層幕墻部分.項目位于上海市，基本風壓0.55kPa，地面粗糙度C 類。在荷載組合作用下分析最不利情況下幕墻構件承受的最大荷載值。外層幕墻風荷載取值按風荷載直接作用在外幕墻考慮.

b)內幕墻風荷載取值線性插值取外部風荷載的百分比計算。簡單過程描述如下,該項目空氣間層尺寸寬度均值535mm,板塊高度4050mm,板塊水平寬度1400mm。空氣間層體積為:535mmx4050mmx1400mm=3.03m^3 ,有效通風面積為21000mm^2/mx1400mm=0.03m^2,比值為3.03/0.03=101,按《上海市建筑幕墻工程技術規范》表14.1.6 外通風雙層幕墻的內層幕墻風荷載標準值百分比,線性插值取值為V/Ven=101 取值70%。該雙層幕墻系統的內幕墻荷載計算取值為外幕墻風荷載的70%

3.1.2 地震荷載分析

根據現行規范JGJ-102-2003 第5.3.4 條規定上海市抗震設防為7 度，水平地震影響系數最大值取0.08，動力放大系數取5.0，水平地震作用的大小為支撐重量的0.4 倍，豎向地震作用可不用考慮。因此水平地震荷載作用需參與荷載組合。

3.1.3 荷載組合分析

各種荷載分項系數組合及組合系數，永久荷載、活荷載、地震荷載分項系數分別為1.2、1.4、1.3.當永久荷載效應起控制作用時，其分項系數取1.35.當永久荷載對構件有利時，分項系數不應大于1.0.對荷載組合后取值分別參與到各個構件的計算當中。

3.2 單元板塊分格

3.2.1 單元板塊分格確定

塔樓內外單元板塊水平分格均為1400mm，標準層高4250mm。單元板塊分格決定著在美觀效果，結構安全性要在荷載取值后對上述立柱截面對強度和撓度進行驗算。玻璃面板在荷載組合強度撓度、平面內變形均符合要求。

3.2.2 單元板塊立柱確定

外循環幕墻系統的立柱如下圖四、圖五圖所示：

圖四：外系統公料截面屬性圖

圖五：外系統母料截面屬性

表一：外幕墻立公料型材截面屬性

表二：外幕墻立柱母料型材截面屬性

立柱的截面性能對主控幕墻單元板塊水平分隔，層高跨度有著至關重要的作用。在組合荷載作用下,公母立柱按其剛度及EI 承擔荷載。表一、表二所選擇的立柱為外循環幕墻的主要立柱截面形式，均符合3.1 節中對荷載的假定后的計算設計。

3.3 單元式雙層幕墻構造設計

雙層幕墻外層為橫滑是單元玻璃幕墻體系。通過上下板塊的橫梁相互插接，左右立柱插接后坐落在橫梁間的水槽料上滿足整體結構的穩定性，并形成密閉的腔體，完整的防水線來滿足建筑的外圍護性能。內層幕墻采用小單元板塊形式，頂底橫梁坐落在樓層間，立柱采用公母料插接方式，提高安裝效率。

3.3.1 單元式雙層幕墻構造設計

a)外層幕墻為6mm（鋼化）+1.52GSP+6mm（鋼化）夾膠玻璃。外層系統埋件大面區設置在每層樓板頂，墻角區設置在結構柱側面，均可簡化為多跨連續梁計算模型。

單元系統通過轉接件與后置埋件相連接，連接可靠性得到保障的基礎上要做到三維方向調節,及X 軸Y 軸Z 軸。從而保證在混凝土結構正負誤差下的單元板塊安裝的準確性。

b)內層幕墻為8mm（鋼化）+12Ar+8mm（鋼化）中空玻璃,內層系統利用層間鋼梁和樓板頂埋件，可簡化為簡支梁計算模型。內層幕墻與層間相連接部位使用3mm 鋁單板設計,內部采用100mm 防火巖棉和1.5mm 鍍鋅鋼板將上下層板間封堵.不同常規幕墻,空氣間層風荷載較小。為方便安裝,特設計了掛接方式鋁板與型材連接.如圖六,圖七。

圖六:層間鋁板掛件

圖七:層間底部加強筋

3.4 幕墻防水設計

雙層幕墻防水主要以外層幕墻為主。幕墻防水應從兩方面考慮，一方面為系統排水，讓室內冷能凝水等從單元體腔體有效排出。另一方面為系統防水，使用二道防水線將室外雨水阻擋在室外。下面分別闡述兩方面的設計方式。

3.4.1 系統排水

系統排水分為前后腔排水兩條路線有組織排水，利用分層排水、錯層排出的原則。即上一層的冷凝水或少量滲入腔體的雨水從立柱排入下一層頂橫梁后腔，再通過型材孔排入前腔從而流到室外。

3.4.2 系統防水

系統防水利用了單元體的等壓腔原理。即腔體內壓腔與室外壓強盡量保持相等，使雨水不會在風荷載作用時形成的壓力下壓入或滲入室內。由于系統是外循環呼吸是幕墻，需要長期保持橫梁處與室外開口相通。所以和以往常規幕墻的三道防水線不同，該系統只能保留水密線和氣密線。詳見圖八，（即取消第一道批水線）。經驗證有效的保證等壓腔原理下，大部分雨水可以被第一道水密線阻擋，再進入第二到氣密線時候完全可以從頂橫梁的后腔流入3.4.1 節所介紹的系統防水路線。

3.5 幕墻安全性能設計

幕墻安全性能除了玻璃板塊和鋁合金構件、掛件等在荷載作用下滿足要求外.防玻璃墜落和防火設計也是不可忽視.

3.5.1 防墜落安全設計

a)玻璃選用鋼化玻璃,外層幕墻使用超白6mm+1.52SGP+6mm 夾膠玻璃,考慮到玻璃產品破碎產生的危害使用1.52SGP 夾膠片，即使局部出現破碎也不會突然性四濺產生高空墜落或飛濺造成玻璃傷人事件。

b)鋁合金框設計為半隱框,在結構膠穩定性失去控制的情況下可以通過明框的機械連接方式作為保障,從而不會因為荷載作用下脫落.

c)入口處雨棚挑出不少于1 米,避免上部墜物下落傷人.

3.5.1 防火安全設計

a)層間設置100mm厚防火巖棉封堵,使用1.5mm不銹鋼板承托,并采用防煙密封膠填縫.嚴禁防火分區跨層.阻止“煙囪效應”產生

b)玻璃和鋁合金及輔材等全部選用不燃、難燃的材料,控制材料品質質量.埋件和轉接件設置在防火辦護區范圍內.

c)在間距20m 范圍內設置消防救援窗,窗戶玻璃使用12mm 浮法玻璃.該項目消防救援窗1.4mx2.1m 尺寸,救援時人容易通過.并做好了外部易識標記.

4 結束語

上海富士康大廈項目是對建筑師設計理念和構思的實踐。在運用了幕墻知識和節能理念，對幕墻系統排水、抗風壓、通風系統進行了深化設計。使得幕墻在滿足外立面效果的同時保證安全、防水、節能等性能。雙層幕墻在建筑領域對未來節能發展起著非常重要的作用，也是城市空氣污染治理在建筑幕墻中的重要組成部分。