作者：中建东方装饰有限公司  王启兵、荆  刚、田海林、马杨林、张孔鹏、秦  浩

　　摘  要：本文通过对单元幕墙的单元板块无序阶差设计方案的归类分析，按照建筑师对外立面效果的要求，对单元幕墙的无序阶差设计过程中遇到问题进行研讨，创造性研制出新型分体复合装配单元构造，通过上横梁分体系统的深化，将单元板块的基础构件进行了分体标准化；从而有效的提高单元板块组装效率，进而加快现场施工进度。

　　关键词：单元幕墙、无序阶差单元幕墙设计

　　一、工程介绍

　　1.1建筑概况

　　上海大悦城地位于上海市静安区苏州河沿岸商圈的中心区域，项目基地东至浙江北路、南至规划七浦路、西至规划文安路、北至海宁路。基地呈东西向长条形，东西长约27米，南北宽约76-126米。上海大悦城综合项目依托地铁8号线和12号线曲阜路站建设，共四个地块，分为二期开发。 

　　本项目建筑高200米由一栋42 层标志性办公塔楼和6栋2-3层多层商业建筑组成。其中塔楼地上建筑部分主要是：办公楼一层为办公大堂，2层及以上为办公，其中10层、21层和32层为避难层。地下一层功能由卸货区、设备用房、临时停车场、非机动车车库及商业组成。地下二层为机动车停车库及设备机房。地下三层至五层为机动车停车库及设备机房，同时部分区域兼做人防工程。

　　1.2幕墙概况

　　建筑单位：上海新兰房地产开发有限公司

　　建筑设计：华东建筑设计研究院有限公司（ECADI）

　　建筑设计顾问：凯达环球（Aedas)

　　幕墙顾问：奥雅纳工程咨询(上海)有限公司（ARUP）

　　项目地上建筑面积110977平方米，幕墙工程面积约为6万平方米。该项目塔楼采用单元幕墙，外形高耸挺拔，内方外圆，玻璃完成面的进出尺寸从-160mm～+165mm逐层变化，通过毫米级的进出变化将建筑外形抒写到极致，整体建筑外形顺滑流畅，同时外立面曲面线条渐变，在飘板造型的映衬下，犹如苏州河粼粼波光，柔美和谐。其幕墙以单元式幕墙、明框玻璃幕墙、铝板幕墙、带玻璃肋全玻幕墙等为主。

　　鉴于本项目建筑的重要性，通过风洞试验来确认其结构设计风荷载，以确保其抗风的安全，根据业主方提供的风洞试验报告，并对所有风向下风洞试验结果进行分析归纳总结，得到建筑物表面局部的风压峰值，将该峰值与现行《建筑结构荷载规范》计算所得的围护结构风荷载标准值Wk,取两者的最不利值作为该项目围护构建的结构风荷载。

　　二、单元幕墙系统设计要点解析

　　位置：二层至屋面层大面。

　　幕墙类型：半隐框式（横明竖隐）单元式断热幕墙，幕墙采用铝框架，室外横向为铝合金装饰飘板装饰条。

　　面板形式：(8+1.52PVB+6）（半钢化）+12A+10mm（钢化）夹层中空双银 Low-e 玻璃（夹胶靠外侧）。

　　基本玻璃分格：宽×高=1500mm×4300mm；宽×高=1500mm×4500mm。

塔楼单元外凸内凹分区图

　　本系统单元幕墙整体呈现的效果为从下部到中间楼层直径逐步增大，从中间到上端楼层直径再逐步减小的一个过程，通过单元板块的外推及内收不同的距离来实现整体的立面效果。

　　本系统幕墙主要采用铝合金单元立柱，受力模型为单跨简支，横向分布铝板飘板，形状分为标准形状及非标准形状。标准形状为梯形及矩形，非标飘板则为两种形状的过渡。立柱跨度以4300mm和4500mm为主。幕墙系统分为内收及外推两种形式，所有的单元板块均为垂直安装，所有幕墙的水沟料根据外推或内收的不同的距离，单独开模。

　　节点图如下图所示：

　　本系统主要包含玻璃幕墙单元，铝合金飘带装饰线条两种设计元素，单元体通过错层的凸凹关系实现单元体的错台上收，来实现建筑要求的整体效果。

　　1.单元的埋件设计

　　通过风洞试验的数据分析，本工程角部风压最大达到3.8KPa,采用普通的槽埋很难满足设计的受力要求，本工程塔楼采用型钢混凝土框架-核心筒结构体系，根据工程特点，在设计过程中采用钢板肋平板槽埋系统，将钢板肋平板槽埋系统焊接在主体钢构上，既满足了单元体安装三向六个自由度的设计要求，更关键考虑单元 的受力要求， 从而更便捷的实现槽埋的安装调节需要，又保证幕墙受力系统的安全可靠。

　　2.逐层变化单元设计理念

　　1） 按建筑外立面效果要求，大悦城塔楼单元采用层层阶差设计理论，通过数据比对分析，有27种不同阶差，数据从-10mm到+150mm不等. 如何将单元系统归纳设计到实际施工中，是本工程的一个难点。

　　前期进行了前期策划、讨论，特别是单元体上横设计到底是采用整体还是分体设计，一直存在争议，结合顾问公司早期的的整体单元设计方案（见下图）

　　2）对整体单元整理分析：

　　1) 型材开模：单元上横开模27种，开模周期长，开模费用高

　　2) 材料采购周期：每层单元上横不一致，种类多，采购周期长；

　　3) 单元材料加工：单元上横种类多，单元工艺配套工艺复杂，容易出错，无法实现量产，材料很容易浪费；

　　4) 单元框体组装：由于受单元组装上横影响，单元框体组装效率低下，无法实现型材及单元批量生产； 

　　5) 现场安装：或因磨具损坏等其他特殊原因，导致后续板块因不同横框问题，形成“多米诺骨牌效关联影响“，从而严重影响施工工期。

　　通过分析及借鉴类似工程，借鉴其经验、经过反复讨论、比对及实现的可操作性，对塔楼单元阶差建模、进行数据分析，归纳。

　　对数据分析如下：

　　单元上横采用分体设计，适应变量阶差性能较好，经过我方设计整体放样、分析比对归类成5种。A.4F~6F  B.7F~12F  C.13~16F   4.17~26层 5）26层以上。

　　结合单元的雨幕原理分析和工程特点将单元的设计深化为，采用两种单元上横，通过对单元的可移动上横的归类分析，实现了单元主框工厂化加工，可滑动铝合金上横的变化设计，满足本工程建筑设计的要求。

　　3.逐层变化的单元保温设计

　　本工程另一个设计难点，如何解决逐层阶差变化的单元体设计的保温，顾问的原招标图纸在设计中单元保温性不足以满足规范要求。 

　　为解决这种阶差单元体的保温性能，在阶差单元体设计中，通过外露的氟碳喷涂铝单板与保温板的结合，来增强阶差单元体的热工性能，通过热工软件分析，满足设计要求。

　　4.外凸单元的设计

　　因建筑阶差变化比较大，单元上横采用常规整体设计，很难适应每隔2层或3层单元体阶差的变化,难以实现单元板块批量化生产。采用的单元系统其特征上横带有插接刺的上横框为分体结构，采用精确定位，对正阶差+160~+10mm阶差进行分类规整，可将没有规律的阶差异形单元，通过组装时准确定位可滑动上横.来实现工厂批量化生产，现场安装的便捷。

　　原招标图（如下）：

　　从本工程要求实现的立面效果，采用常规分体单元体设计，已经很难完成变化的外立面效果和不能标准化组件，需要异形加工量非常大，不能进行批量化生产，严重制约生产安装进度要求，且加工要求高。本发明意在将异形的单元体实现标准化单元组件，提高生产效率及加工质量，产品配套性好，同时增强产品的性能。

　　插图1与局部放大图1-A中，可通过单元可滑动上横（9）后移动的方式来适应上一层单元体的阶差要求，通过对单元上横固定框（4）上表面的加厚，将单元可滑动上横（9）通过位于单元上横框两端的不锈钢螺栓M8X25mm(7)及不锈钢机制螺丝（8）固定在单元上横固定框（4）上（详见图纸图1一B），单元可滑动上横（9）采用后移动的方式来适合建筑的对每层单元体阶差的要求，同时在单元上横固定框（4）上表面设置钉线槽，通过此方式来精确实现单元上横固定框（4）与单元可滑动上横（9）精确定位的结合，从而实现工厂化批量加工。

　　5.内凹单元的设计

　　针对单元阶差负阶差-10~-160mm阶差进行分类规整，同时通过对可滑动单元上横设计归类变化设计，可将没有规律的阶差异形单元，通过组装时准确定位可滑动上横.来实现工厂批量化生产，现场安装的便捷。

　　在插图2与局部放大图2-B中，可通过对单元可滑动上横（9）后移动的方式来适应上一层单元体的阶差要求，对此，通过将单元上横固定框（4）与单元可滑动上横（9）使用固定在单元立柱上端的钢转接件（10），来有效的解决上一层单元体传力的问题，同时为保证受力的稳定性和连续性，单元可滑动上横(9)前端搭接在单元图固定上横（4）通过不锈钢螺栓（8）

　　将单元可滑动上横(9)前端与单元固定上横（4））连接在一起，可通过对单元可滑动上横（9）后移动的方式，来适合建筑的对每层单元体阶差的要求，同时为增加单元体受力的稳定性，在单元体采用钢件支撑可滑动上横的方式，使其受力更加稳定。

　　为解决负阶差单元体的十字缝位置排水，将外露的氟碳喷涂铝单板（3）通过不锈钢螺丝固定在可滑动单元上横（9）的前端，从而不破坏单元固定上横（4））的第一道防水线，通过打胶方式来实现单元体第二道防水线，进而提高了单元体的防水性，同时通过外露的氟碳喷涂铝单板（3）与固定在可滑动单元上横（9）的结合来实现阶差单元体的排水线路，在施工现场，按照常规单元体十字缝的打胶方式处理和十字缝位置的铝披水板的封闭，从而解决单元体排水线路问题。

　　针对负阶差单元体进入到单元体内腔的少量雨水最后一道防水层的设置，是本新型单元体设计解决的一个难点，为解决十字缝的位置上一层单元体的排水问题，在十字缝位置，通过位于可滑动下横（9）后端的2mm封闭铝单板，插入位于本层的已安装完毕相邻的单元体单元体上端，从而实现单元体内腔最后一道防水封闭。

　　按照常规的单元体，在单元体十字缝位置，通过单元体上横框（4）来实现单元体上端气密性的封闭，而负阶差单元体，无法通过单元体上横框（4）正常封闭，为解决负阶差单元体的气密性，主要通过单元体前端的封口铝单板（12）在现场进行封闭。

　　为解决分体单元体的组装精度，在本发明根据单元体不同阶差，通过对单元上横固定框（9）底部设置钉线槽，用此方式来精确实现单元上横固定框（4）与单元可滑动上横（9）的结合，从而实现工厂化批量加工（见图2-B）。

　　6. 擦窗机销座的设计

　　本工程 擦窗机销扣因横向飘带遮挡住单元体中横，导致擦窗机销扣无法固定在中横位置，如果采用进而擦窗机销扣上移，干涉到玻璃相关位置，玻璃就得开洞，而且玻璃也易碎，为解决这个采用了特殊的不锈钢钢件， 固定在铝合金单元立柱上，解决了此问题。

　　7、铝合金单元灯光补偿件的设计

　　在整个设计中，建筑时提出固定在下飘带灯光往上投射时，灯光漏光的问题，招标图未充分考虑灯光外露的问题，导致外打灯光很不均匀。

　　为解决此问题，要求需要在单元下横位置设置铝合金灯光补偿件。

　　铝合金灯光补偿件距离飘带控制在20mm ,同时灯光补偿件的随着楼层的变化而无规律的变化，针对此情况采用整体放样，进行了归类设计，通过在单元下横固定固定挑件，控制灯光补偿件，解决灯光的漏光问题。

　　三、BIM技术的应用

　　本工程另一个难点设计，采用传统的CAD很难做出建筑师想要的效果，所以在这个工程采用BIM技术，通过整体的建模分析，进行归纳分析，很好的实现了建筑师想要的效果，作为本工程，玻璃单元单元体解决了幕墙的最基本的外围护问题，而 铝板飘带无疑是本工程最大的一个亮点，通过犀牛建模，对整个飘带进行了分类，归类总结，针对不同的飘带形式进行了分类总结，无疑解决好单元外侧的铝板飘带设计和安装是本工程的另一个亮点。

　　通过对原招标飘带的分析，原招标方案存在铝板连接位置露钉的问题。

招标图方案

　　通过深化对飘带的连接方式和构造进行调整，很好的解决了异形飘带的构造方式与批量工厂化加工。

　　在设计中充分考虑利用5系铝板可焊接的工艺特性及结合前端镶在单元水平飘带内侧方管的集合，同时加上BIM的应用，很好解决原方案打钉多，铝板飘带组装难的问题。

　　四、结束语

　　上海大悦城二期北地块商办项目幕墙是上海东方装饰有限公司在上海的一栋超高层地标性建筑，东方公司面对这些挑战，经过对比论证以及严谨的研判，创造性研制出新型分体复合装配单元构造。这种构造完美解决了异形单元板块带来的以上诸多困扰。通过上横梁分体系统这一系统，是将单元板块的基础构件进行了分体标准化。

　　通过本文全面解析了本项目阶差单元几个重点构造理念，其更加注重单元的实际操作性，对类似的阶差单元设计有很好的借鉴意义。

（文章版权归作者所有）