作者：武漢凌云建筑裝飾工程有限公司 甘鈴、楊 坤、楊旺輝、盧 偉

　　【摘 要】

　　本文全面介紹了深圳粵海置地大廈項目幕墻工程的設計過程和設計思路。該工程包含帶變截面不銹鋼線條的超大單元板塊系統、鋁合金蜂窩板幕墻系統等，全文分別對各系統進行了重難點分析，及結合現場施工進行的相關設計配合，旨在為讀者提供類似借鑒經驗。。

　　【關鍵詞】

　　變截面不銹鋼線條、超大單元板塊、BIM、異形采光頂

一、幕墻工程概況

　　1 工程簡介

　　項目名稱：深圳粵海置地大廈項目幕墻工程

　　項目地點：深圳市羅湖區太白路與東昌路交匯處。

　　建設單位：廣東粵海置地集團有限公司

　　建筑師： ARQUITECTONICA

　　建筑設計單位：華南理工大學建筑設計有限公司

　　幕墻顧問：創羿（上海）建筑工程咨詢有限公司

　　幕墻范圍：南塔及附屬裙樓

　　幕墻頂部標高：303.3 米

　　幕墻面積：約13萬平方米

　　主體結構形式：框架-核心筒

　　地面粗糙度類型：C類

　　建筑物耐火等級：一級

　　抗震設防烈度：七度

　　基本風壓：0.75kN/m2

　　基本雪壓：本項目不考慮

　　耐久年限：幕墻設計使用年限不低于25年。

　　2 主要幕墻形式

　　工程范圍及系統介紹：包括單元玻璃幕墻系統外帶造型裝飾條、蜂窩鋁板及鋁單板吊頂系統、采光頂系統等16個系統，具體如下：

　　F-A1 南塔標準層單元幕墻系統

　　F-A2 南塔空中大堂單元幕墻系統

　　F-B 南塔避難層單元式幕墻系統

　　F-C 南塔塔冠單元式幕墻系統

　　F-D 南塔大堂框架玻璃幕墻系統

　　F-E 南塔屋面核心筒金屬板幕墻系統

　　P-A 裙樓橫明豎隱幕墻系統

　　P-B 裙樓金屬板幕墻系統

　　P-C 連橋幕墻

　　P-D LED 屏及廣告牌幕墻

　　P-E 不銹鋼玻璃欄桿系統

　　P-F 裙樓金屬板吊頂系統

　　P-H 裙樓格柵及百葉

　　P-J 裙樓電梯房幕墻系統

　　P-S 裙樓采光頂系統

　　塔樓室內電動遮陽卷簾系統

　　主要系統范圍示意:

　　二、典型、重難點部位幕墻的設計

1 帶變截面不銹鋼線條的超大單元板塊系統

　　1.1系統簡介

　　本系統位于塔樓大面區域，與塔樓標準板塊交錯布置。標準板塊分格為：1500mm（寬）× 4500mm（高）。

　　（1）變截面不銹鋼線條分橫豎向，組成9000mm（寬）×9000mm（高）的大分格。

　　線條面板采用2mm壓紋不銹鋼板。橫、豎向呈波浪起伏形態，如同編織網一般。波峰、波谷距玻璃面尺寸在200~550mm之間漸變。橫向線條按1500mm拼縫，豎向線條按4500mm拼縫。

　　（2）超大單元板塊位于豎向線條位置，板塊標準分格為3000mm（寬）×4500mm（高），1500mm水平分格處加中豎。中橫、中豎為鋁包鋼做法。

　　1.2 重難點的分析

　　本工程為303米的超高層建筑且位于沿海地帶的深圳，超大的風壓是設計面臨最主要的難題。塔樓風荷載標準值取風洞實驗報告和計算值兩者之大為 5.14 Kpa。

　　在大風壓環境中，外附大尺寸的不銹鋼線條（最大懸挑距離550mm），必然會導致龍骨構造碩大、連接節點設計復雜。如何保證結構受力合理可靠，是重中之重。

　　此外，如何設計線條連接構造，在滿足連接安全的同時，能夠很好的適應其變截面的特點，也是難點之一。

　　1.3 設計目標思考

　　針對分析的難點，帶變截面不銹鋼線條的超大單元板塊系統設計需要達到以下幾個目標：

　　（1）可靠性：不銹鋼線條懸挑大，塔樓區域風壓大，項目高度高；保證線條受力安全可靠是根本所在。

　　（2）施工便捷性：保證現場板塊互通性，使現場板塊安裝順序容錯更高；安裝便捷性；還有后期玻璃破損情況下的可更換性等。

　　1.4 整體構造的設計

　　（1）系統整體構造為分離式的。即2mm壓紋不銹鋼線條和3000mm（寬）×4500mm（高）的超大板塊分開組裝完成后，再通過連接構件二次拼裝成整體。

　　（2）不銹鋼線條為組裝件，整體上需滿足的結構受力要求。

　　線條內部設置型材龍骨，面板固定在龍骨上。并在主龍骨上預留連接點位（3個支點）。

　　（3）連接豎向線條的單元板塊，做成3000×4500mm超大板塊，設置大十字鋼架，用以承受玻璃面板自身的荷載和傳遞線條帶來的荷載（受力模型如下圖所示）。不銹鋼連接點位設置在豎向鋼骨架上。中橫中豎采用鋁包鋼的形式，外包型材飾面。

　　1.5 變截面線條設計

　　（1）節點構造

　　豎線線條主龍骨立柱分為大的主立柱和前端U形小龍骨。前端小龍骨通過40X60X4鋁管連接件連接到后端大龍骨上。主龍骨通過T碼連接件固定到板塊上。

　　不銹鋼面板分左右兩個對稱件，通過前后的不銹鋼機制螺釘固定到主龍骨上；在不銹鋼面板布置有3mm鋁板加強筋，保證不銹鋼面板的平整度。加強筋通過結構膠與不銹鋼面板粘接；前后端通過轉接型材與龍骨進行打釘連接。

　　橫向線條面板連接形式與豎向線條一樣，區別在于龍骨布置。采用前后兩條等截面小龍骨，兩側用6mm連接板連接后，整體安裝到單元公母立柱上。

　　（2）適應變截面的設計

　　豎線不銹鋼線條根據線條寬度不同分大、中、小三套模，通過分級的方式來適應截面尺寸的變化。

　　橫向線條龍骨設計也是采用分級的思路：橫向線條主龍骨骨架，根據線條寬度不同分大小兩套模。加上陽角位置的特殊布置，有兩套模相互組合形成四種情況。可以很好的適應截面的變化。

　　（3）十字縫拼接的處理

　　建筑師對不銹鋼線條十字交接位置處理外觀的要求是：密拼處理；豎向線條貫通，橫向線條碰豎向線條。設計的時候保證橫向線條的龍骨貫通，將橫向線條開斜缺口，讓豎向線條可以插進去；豎向線條下口開缺口避開橫向線條的龍骨。

　　豎向線條安裝時會有一個插接的行程，在豎向線條龍骨上留有插接行程。

　　（4）細節處理

　　不銹鋼線條面板為2mm壓紋不銹鋼板。為達到面板角部棱角分明的效果，折邊時需要做刨槽處理。根據廠家反饋的工藝要求，在角度較小的位置，刨槽深度達到1mm，極大的削弱了面板的強度。

　　為了加強角部強度，我們在角部位置設置加強型材。加強型材一端通過螺焊柱與不銹鋼大面位置連接，另一端則通過螺釘與面板一同固定到龍骨上。

　　由于加強型材所處兩個面的角度始終保持一致。加強型材采用一種模圖即可適應線條截面變化。

　　針對“40X60X4鋁管連接件”。需要保證鋁管連接件根部為“剛接”的受力形式。為此顧問提出要求：40X60X4鋁管“連接件長度”不大于三倍的“插接尺寸”。

　　此外，無論是鋁管連接件還是T碼都會穿透大龍骨的腔體，極大削弱其力學性能。于是我們將T碼連接件腔體和鋁管連接件的腔體分隔開來，保證在大風壓情況下大立柱受力安全。

　　大立柱與T碼連接件連接時，前后位置的局部承壓受力極大，故設計時，在對應位置做了加強處理。

　　1.6 超大板塊的設計

　　（1）單元標準十字縫設計及排水路徑分析：

　　單元橫豎主型材為楔形構造。面板成形面約為250mm，型材截面較大。立柱后端尺寸80mm，前端尺寸120mm，采用閉口腔體構造。

　　排水方式采用暗腔排水，插接構造如下圖所示：

　　（2）鋼骨架及線條轉接件設計

　　超大板塊內部十字鋼架采用160x80x5鋼管（Q235B）制作，在連接節點處設置鋼肋板加強。橫向鋼管碰豎向鋼管處內襯鋼插芯，焊接時全熔焊透。

　　鋼架四周與上下橫型材和公母立柱之間通過螺栓連接，并設置2mm膠墊，用以少量的誤差吸收。

　　豎向不銹鋼線條的T碼連接件，通過沉頭螺釘從側向固定在板塊的鋼龍骨上，保證可靠受力。在外側做型裝一個輔助型材，保證橫豎縫位置的防水性能。在T碼穿透板塊位置，做重點的打膠防水處理。

　　（3）掛接系統設計

　　三米大板塊采用剛掛接位置。主要包含正向的風荷載，豎向的玻璃自重，還有不銹鋼線條所帶來的側向力和彎矩。支座反力如下：

　　設計時考慮豎直方向自重，和正面的抗風和側向力分開承受。如下圖所示：豎向自重通過上部的螺栓承受；風荷載和水平力兩個“M20*80 電鍍8.8級螺栓”高強度螺栓承受，傳力清晰可靠。

　　（4）防側向位移構造

　　豎向不銹鋼線條承受較大的側向風荷載，在3米板塊中間位置設置防側移型材構件，用以承受側向風壓。

　　（5）玻璃可更換性

　　考慮到玻璃自爆或施工過程中的玻璃損，玻璃需要具備可更換性能。在設計節點的時候，盡量避免線條擋住玻璃更換的行程空間。保證玻璃的可更換。

　　1.7 帶窗單元的設計

　　塔樓帶窗單元的設計是單元系統的難點之一。本工程塔樓單元帶有外開上懸窗，窗的分格為“1500寬x1300高”；最高位置做到了290米處，風荷載標準值按風洞報告取值達7.5KN。除此之外，窗的玻璃配置為“8+1.52PVB+8(Low-E)+12Air+10夾膠中空玻璃”。種種因素，導致單元窗系統窗扇及五金鎖點受力極大。采用十點鎖的情況下，單個鎖點受力達1.8KN。常規五金件無法滿足要求。

　　于是我們沿著理論的方向實施。在通過反復幾次測試，以及更換鎖點配置后，終于成功通過四性實驗，驗證了我們的設計方案。在經過窗五金組裝定位的反復調試后，解決了10點鎖點位同步困難的問題。最終在工藝樣板完成后我們現場嘗試了窗戶的開啟關閉效果，還是比較順暢的。

　　1.8 實施階段保品質

　　（1）線條板塊分體式編號組裝

　　本工程單元板塊分類較多。根據位置分類包含標準層，避難層，塔冠，空中大堂等；根據形式劃分包含陽角，單窗雙窗等。約120種類型。

　　不銹鋼線條板塊根據位置，截面變化尺寸種類，轉接件位置等分類。約有100種。

　　單元板塊和不銹鋼線條如果組在一起，種類將會幾何倍數增長，及其復雜。在實施過程中，我們將單元板塊和不銹鋼板塊分開組裝。分開編號，然后運輸到現場后穿螺栓組裝在一起（如下圖所示），再整體吊裝上墻。

　　這種形式的優勢在于以下幾點：

　　1、板塊種類大幅度減少，極大簡化了深化加工難度。

　　2、單元板塊和不銹鋼板塊分開組裝，然后運輸到現場拼裝。提高了板塊運輸效率。

　　3、板塊具備通用性。不同編號的板塊和不同編號的不銹鋼線條組裝新的板塊形式。現場出現板塊或線條損壞的情況下，可以用同編號的替代，替代性更好。

　　（2）三米板塊加工精度控制

　　三米板塊的鋼骨架精度控制和連接T碼的精度控制，是線條能否順利安裝的成敗所在。為此，我們做了詳細的控制交底的同時。我們協調廠家做了專門的工裝，用以鋼架的加工定位。從而在保證精度的同時，提高了加工效率。

　　（3）BIM技術運用

　　本項目單元板塊設計及深化過程中大量采用BIM技術用以模擬放樣，和溝通交流。在方案設計階段，模擬關鍵位置拼接情況，優化節點方案。

　　在深化加工圖階段，將所有代表性類型的板塊，進行了LOD500深度的模擬。確保加工準確無誤。

2異形采光頂及裙樓蜂窩板系統

　　2.1系統簡介

　　采光頂系統位于裙樓頂部，蜂窩板系統分布于整個裙樓，除塔樓延伸下來的裙樓及少數玻璃幕墻系統，整個裙樓全是蜂窩板系統（包含南北兩個面的天橋）。

　　2.2重難點的分析

　　裙樓部分形體復雜、工程體量大是其主要的特點。設計階段如何進行表皮分格優化和節點方案設計，從而保證后續施工便捷性和準確性是設計一大難點。

　　提料訂貨階段的工作任務量大，如何實現材料的快速訂貨，保證現場順利施工安裝，是另一大難點。

　　傳統的設計手段及訂貨方法已經遠遠不能滿足工程的需要。為提高出圖和下料效率。于是我們嘗試借助BIM模型，來指導方案設計、施工圖設計、以及材料訂貨工作。

　　本工程在招標文件中明確對BIM使用有一定的要求。BIM模型在現場施工過程中，也起到了一定的指導作用。得到了項目上的好評。

　　2.3結構碰撞及干涉分析

　　在項目開始方案設計階段：依據建筑提供的最新結構圖紙和招標圖紙的平立面分格，對裙樓全區域進行了BIM模型搭建工作。模型深度為表皮模型，包含了建筑表皮分格及建筑結構實體。

　　隨后，我們將建筑圖導入模型，進行幕墻表皮和建筑表皮之間的復核，確保幕墻分格和建筑分格的一致性。在過程中也發現了很多的不符之處，我們快速反應，及時找各方尋求了準確結果（例如下圖中廣告位位置不符，調整廣告位位置）。

　　與此同時，我們對結構與幕墻表皮干涉部分進行全面分析。針對干涉的部分及時給建筑結構進行提資，并開展專題會議，邀請各方共同確定解決方案。（如下圖為南立面吊頂與結構干涉問題解決過程）。

　　裙樓采光頂整體是一個雙曲的曲面穹頂。在裙樓采光頂的設計中，我們也做了有效的表皮分格優化。

　　我們根據招標圖紙和效果圖，反復研究規律，推理出建筑師的設計意圖；將模型進行“有理化”擬合。重建的表皮與原招標的表皮模型整體誤差在“-200~400mm”之間，與原表皮接近。

　　之后我們進行了進一步的分格劃分，使分格更加均勻美觀。在與建筑師溝通之后，新建的表皮分格也得到了建筑師的肯定和好評。

　　裙樓天橋區域在最初設計時，由于方案未定，我們依據天橋主體結構圖和建筑師大概想法，對表皮造型進行了重新塑造。新方案從幕墻自身出發，同時也完全滿足建筑師的想法。

　　此外，在天橋與北地塊交接收口處的設計也是難點。我們直接從模型出發，在模型中模擬出收口做法。暴露出問題后與各方溝通交流直接確認模型做法。真正意義上做到了“BIM的正向設計”。

　　2.5 BIM輔助施工圖設計

　　（1）BIM技術也在全程貫穿在裙樓的施工圖出圖中。例如采光頂節點繪制時，我們對表皮角度分格做了分析，指導節點圖的繪制。

　　（2）裙樓大面蜂窩板的節點設計時，對蜂窩板系統的夾角進行了全面分析。有了分析結果，我們的節點設計可以更加具有針對性。

　　（3）在采光頂鋼結構設計工作中。我們從模型中快速提取鋼結構的中心線，用于鋼結構所對采光頂的鋼結構計算和出圖。

　　（4）本項目裙樓為交替的波浪形異形造型。在表皮分格統一調整之后，平面和立面剖面的繪制工作量巨大。也成為了一大難題。采用BIM技術，進行平立剖面的快速導出圖形，再經過后期的標準化處理后。可以快速實現平立剖面的出圖工作。

　　從模型中導出的平面分格點位，也同步用于了裙樓埋件圖紙的制作。導出的平立剖面圖紙，準確性可高達百分之百。避免了人工畫圖過程中可能出現的手誤等各種問題。從而節約了大量的核對和修改的時間。

　　2.6 深化設計

　　（1）在原表皮模型基礎上，我們對裙樓模型進行了深化。模型深度為LOD400，深度能滿足材料訂貨數據提取即可。通過BIM技術依次對蜂窩板，鋁背板，玻璃面板，龍骨系統，轉接系統等進行批量建模。

　　（2）龍骨及轉接系統建模相對繁雜，采用GH程序可以批量化快速生成模型。得出的龍骨模型與前文中分析（統一豎向列龍骨在一個平面內，形成片架）一致。模型準確無誤。

　　（3）BIM模型完善之后，就是材料訂貨過程。材料訂貨包含蜂窩板面板，鋁背板面板，玻璃面板，型材，鋼龍骨及鋼件等材料。我們靈活的運用BIM技術處理批量事項，手動處理需要判斷性的問題。針對每一項材料，針對性的使用不同的方法流程進行材料訂貨的工作。快速的進行數據統計，材料編號，數據導出，加工圖生成等。

　　（4）采光頂深化：根據前文所述對采光頂的面夾角分析結果。采光頂系統玻璃面板均可采用“以折代曲”的方式進行優化。在原有表皮的基礎上將弧形玻璃全部優化為直板。可極大提高可建造性，同時降低了加工難度。

　　在得到合適的表皮分格之后，采用BIM技術對玻璃面板、轉接件、包梁鋁板、型材等構件，進行了全面的深度建模（LOD400），以滿足材料訂貨加工需求。

三、結束語

　　深圳粵海項目自2020年下半年中標，至2023年正式竣工，歷時3年。設計團隊一步一個腳印，有條不紊，一切以高質高效完工為目的，通過此項目，在幕墻專業能力和技術水平上有所提升，同時BIM的運用貫穿整個設計過程，為我們在今后的項目中提供更多經驗和參考價值。

（本文已經作者授權發布，版權歸作者所有）