'乾貨滿滿！來看陸家嘴中心超高層辦公樓幕牆如何實現力與美'

▲ T1、T2辦公樓實景照片

上海船廠（浦東）區域2E5-1地塊辦公樓位於陸家嘴中心區域，東臨即墨路，南接銀城中路，西靠浦東南路，北靠黃浦江，包含兩棟超高層辦公樓T1、T2及擴大層部分T3。該工程由上海瑞博置業有限公司開發，上海建築設計研究院有限公司承擔建築設計，建築設計顧問為美國KPF建築師事務所，結構及幕牆顧問為奧雅納工程顧問。T1塔樓高249.7m，幕牆面積約為62204㎡；T2塔樓高237.7m，幕牆面積約為55710㎡；T3擴大層高度為43.5m，幕牆面積約為3384㎡。外立面幕牆主要為單元式玻璃幕牆系統，還有頂部框架式玻璃幕牆系統、金屬百葉幕牆系統、採光頂玻璃幕牆系統、大跨度鋼架無立柱幕牆系統、幹掛式石材系統、大懸挑無拉桿雙層玻璃雨棚等。外立面整體效果簡潔大方，線條規整，比例勻稱。

▲ T3辦公樓實景照片

幕牆施工設計中的重難點

本工程主要幕牆類型為單元式玻璃幕牆，基本層高4.2m，標準分隔寬度為1.5m，大面面材為8mm( 半鋼化)+1.52PVB+6mm(半鋼化)LOW-E+12A+8mm(鋼化)玻璃。以下主要介紹在單元幕牆設計中需考慮的幾個要素。

▲ 幕牆室內完成效果

▲ 標準層幕牆效果

幕牆的結構安全性設計

幕牆結構設計的安全可靠性直接關係到人身和財產安全，同時也需要考慮安全與經濟的平衡，本工程幕牆結構設計應重點關注以下幾個問題。

◆ 幕牆與主體結構的連接設計

應重視與主體結構連接節點的可靠性以及連接部件（預埋件、螺栓、單元掛接系統、龍骨掛節點等）的計算。

▲ 典型單元節點效果

預埋件安全性設計：1）由於本工程為超高層建築，風荷載大，幕牆平面內傳給預埋件的側向力不容忽視。因此本套方案中，槽型埋件均採用抗側向位移的帶齒型槽型埋件及與之配套的帶齒T形螺栓組，如此幕牆可承受水平向外力且將側向滑移的危險降到最低；2）在受力較大的位置採取特製的鋼製平板埋件。如本方案中屋頂及裙樓大堂鋼結構處，均經過計算採取合適的平板鋼埋件。此外在塔樓屋頂風荷載較大區域，單元板塊採取雙支點的受力形式，在樑下增設的掛點處，由於受力較大（普通槽型埋件不滿足受力要求）也專門設計為鋼製平板埋件。

▲ 帶齒型槽型埋件（抗側向位移）

▲ 帶齒型槽型埋件與螺栓配合圖

單元掛接系統安全性設計：本方案單元掛接系統由鋁合金掛鉤、掛座組成，其中鋁合金掛鉤為可高度調節的組合式。本系統中鋁合金掛鉤、掛座均採用高強度的6061-T6材質。在進行轉接件深化設計時嚴格依據力學分析結果，認真分析危險截面和重要連接螺栓組，保證掛接系統的設計安全合理。

▲ 鋁合金掛鉤

▲ 重要連接螺栓組截面

◆ 面板與幕牆龍骨間的連接設計

設計過程中重視大面積隱框幕牆的硅酮結構膠的粘接可靠性，在保證玻璃與幕牆構件間硅酮結構膠的計算滿足要求的同時，在玻璃面板的長邊（豎向）設置兼具玻璃壓板作用的豎嚮明框扣板，保證即使結構膠失效的情況下玻璃面板的固定仍然安全可靠。

在橫向隱框玻璃下口設置有承重作用的鋁合金玻璃託，避免結構膠受長期重力荷載，同時為防止鋁合金玻璃託條在風荷載、地震等外力作用下脫落，本方案在鋁合金玻璃託條與橫龍骨間採取可靠的機械連接的方式。

▲ 面板與幕牆龍骨間的連接設計

◆ 橫豎龍骨的連接及橫滑多功能插芯設計

由於本工程大面積為單元板塊，還需重視板塊內部構件間連接的設計，如橫向型材與豎向型材的連接，中豎、中橫的連接等。單元體內框架間採用連接螺釘的直徑不小於5mm，螺釘數量經計算確定且每個連接點不少於3個，螺釘與型材的連接長度不小於40mm。

風壓等作用施加到橫滑式單元幕牆表面上時，在單元板塊的非固定端（單元板塊的下端）也是通過下層單元板塊橫滑插芯將本單元所承受的部分風荷載傳到下單元板塊的固定端，再由下單元固定端傳遞到主體結構上。因此橫滑插芯同時也起著承壓的作用，橫滑插芯的承壓能力必須通過計算確定。

◆ 裝飾條的連接設計

本工程立面設計上設置有從底到頂的豎向裝飾條。裝飾條總寬度230mm，挑出玻璃面210mm，外形較大，且加之樓層較高，所以裝飾的風荷載及自重不容忽視。本方案在保證裝飾條外觀美觀的前提下，採取大線條整體安裝且線條右側插入豎向壓板的預製槽口（豎向壓板已與主龍骨可靠連接），左側再用不鏽鋼機制螺釘與豎向主龍骨連接，如此裝飾條抵抗正面和側面風壓性能良好，可確保裝飾條的連接安全性。

▲ 裝飾條的連接

◆ 特殊部位的安全性設計

本工程存在轉角一體式單元板塊，且建築外觀上要求將此拐角處豎料做中豎設計（拐角處豎料較小，且難於設置掛點）。這樣轉角板塊處陽角橫龍骨懸挑出左右掛點近1m，單靠橫樑間的連接無法承受玻璃自重。因此，本方案在此處採用斜拉桿設計，將陽角處橫樑的重力荷載直接傳於左右側的掛點，並最終傳至主體結構。

此外，在此轉角板塊中，上下橫的45°拼角處均用L形鋁構件將兩段橫樑連接起來，其中上橫的L形連接件兼具封堵橫向集水槽的拼縫作用；尤其在中橫的45°拼角處，中橫內側設置鋁合金套芯，該套芯既可連接中豎又可直接連接拉桿傳力。

▲ 轉角板塊內視節點及施工完成效果

幕牆的抗位移變形能力設計

本工程為超高層建築，主體結構變形是固有特性，從主體結構位移對幕牆的影響角度出發，可將建築變形分為：恆載下主體的豎向變形、結構邊樑及懸挑板的變形、使用過程中外部作用力下的變形。實際上，三種情況相互影響，建築變形複雜。為吸收建築變形，幕牆設計應能夠適應變形的柔性體系與構造。幕牆系統附著在樓板結構上，設計成柔性體系，按單元式系統設計。幕牆板塊中玻璃面板採用明框型材固定，板塊本身具有較強的剛性，當建築發生變形時，幕牆板塊間可通過伸縮縫吸收掉各自區域內左右或上下的變位，保證幕牆的性能不受到影響。幕牆單元板塊間均設計了可伸縮的構造分格縫，左右分格縫最大可吸收±10mm的伸縮變形，上下可吸收±25mm伸縮變形。

▲ 幕牆系統變形能力示意圖

對風荷載作用下幕牆板塊運動位移進行分析，根據招標技術說明書中提供的結構位移可知，塔樓在風荷載作用下的最大平面內位移角為：X向為1/1261，Y向為1/878。對於本方案中的單元幕牆，T2頂部板塊層較高，為4500mm。在風荷載作用下，單元板塊水平向最大相對位移：dx=4500/1261=3.57mm；豎向最大相對位移dy=4500/878=5.13mm。

對地震作用下幕牆單元板塊運動位移進行分析，根據招標技術說明書中提供的結構位移可知，塔樓在地震荷載作用下的最大平面內位移角為：X向為1/786，Y向為1/678。對於本方案中單元幕牆，T2頂部板塊層較高，為4500mm。在地震荷載作用下，單元板塊的水平向最大相對位移：dx=4500/786=5.72mm；豎向最大相對位移dy= 4500/678=6.64mm。綜上可知，幕牆板塊在風荷載和地震作用下，板塊的平面內最大位移分別為：Dxmax=5.72 mm﹤左右板塊間豎縫10mm；Dymax=6.64 mm﹤上下板塊間橫縫25mm。

此外本工程單元板塊採取橫滑單元式，板塊自身是剛性體，且板塊之間插接的構造縫使得板塊上下左右之間均可隨主體發生整體移動（玻璃面板隨之一起移動），因此即使在建築位移達到層間位移限值3倍時仍能滿足要求。本系統在風荷載和地震作用下，單元幕牆板塊適應變形能力滿足設計要求。

▲ 系統局部三維圖

根據招標技術說明書中提供的結構位移可知，塔樓在地震荷載作用下的最大水平層間位移角為1/786。因幕牆按照主體層間位移角限制的3倍為控制指標，所以框架處最大層間水平位移按照3/786計算。樓頂部玻璃最大玻璃面板高度為3500mm，故此處最大水平位移量為Fx=(3500/786)×3=13.35mm<14mm，此處玻璃與豎向龍骨的間隙按照14mm進行設計。本方案中單元和框架幕牆適應主體結構變形的能力均滿足要求。

▲ 玻璃與豎向龍骨的間隙示意

幕牆系統的防排水設計

本項目為超高層臨江建築，幕牆防水是幕牆系統設計的關鍵之一，也是幕牆功能性要求中最基本和最重要的。水密性設計原理是將幕牆的水密線和氣密線分離處理，即通過單元幕牆的插接構造及擋水膠條的設置使單元板塊的插接部位形成多個與室外環境連通的等壓腔，從而使少量進入型腔內的雨水可以順利地排出室外，保證幕牆靠近室內側的氣密線部位沒有水的存在，實現幕牆的優良水密性能。本方案的水密性設計包括阻擋大量水進入的防水設計和將進入型腔的少量水排出的排水設計。

◆ 擋水設計

本方案最外側採用膠條擋水，擋水膠條是幕牆的第一道密封結構，塵密線兼具擋水功能，能阻擋灰塵及大量的雨水進入等壓腔。除此道防塵密封線外，還依次設置有三道密封線。擋水膠條設計時能保證其在正常使用狀態下具有一定的壓縮量，從而可以保證幕牆板塊在溫度和外力作用下發生變位時，擋水膠條仍具有一定的密封能力。

◆ 等壓腔及單元幕牆排水路線設計

在橫向擋水膠條上開排水孔，使等壓腔Ⅰ與室外環境形成等壓。在上橫框的第一道插接片上開設排水孔，使等壓腔Ⅱ與等壓腔Ⅰ形成等壓。由於橫、豎框的等壓腔Ⅱ與等壓腔Ⅰ是對應連通的，所以保證橫、豎框的等壓腔Ⅱ與等壓腔Ⅰ均與環境形成等壓。

▲ 幕牆插接型腔內存在的兩個等壓腔

第一道擋水膠條可擋住大量雨水，防止其進入等壓腔內，少量雨水和排室外的雨水可以通過橫框的擋水膠條搭接處和豎框的擋水膠條搭接處穿越第一道密封線。通過橫框的擋水膠條搭接處進入等壓腔Ⅰ的雨水會在重力作用下通過擋水膠條上的排水孔直接排出，還會有極少量雨水進入等壓腔Ⅱ，然後通過上橫框的第一道插接片上開設排水孔排到下層單元的等壓腔Ⅰ中，最後排出室外。

通過豎框的擋水膠條搭接處進入等壓腔Ⅰ的水，一部分可以直接落到下單元上橫框的擋水膠條上，隨橫框等壓腔Ⅰ中的雨水一起排出。還會有少量雨水會在風壓及毛細作用下滲漏進等壓腔Ⅱ，落到上橫的集水槽內，然後通過上橫框的第一道插接片上開設排水孔排出室外。豎向密封線略前於橫向密封線的設計，單元橫框的外壁①面與豎框內壁②面在同一平面上，在單元板塊安裝時不會與上橫框的插接刺發生干涉，保證了豎向插接的完整性；上橫框插接片上的膠條可直接壓在豎框內壁②面上，從而形成了一個連續的密封面，保證了單元內橫向插接密封的完整性；同時，在十字接縫位置採用填充等方法，使左右兩單元的橫向插接密封連續，保證了橫向插接密封在整個幕牆範圍內的完整性。在十字接縫位置，單元豎框插接片起到了擋水作用，保證豎框等壓腔Ⅰ上的雨水直接落入橫框等壓腔Ⅰ上而不至於落入橫框等壓腔Ⅱ（幹區），提高單元整體防水能力。

▲ 三維排水路徑圖

◆ 單元幕牆封口設計

單元式幕牆通過對插完成接縫，這樣在上、下、左、右四個單元連接點上必然有一個各個單元對插件均不能到達的地方，此處必然有一個內外貫穿的縫隙。如何堵好這個縫隙是單元式幕牆設計中必須解決好的關鍵問題。本方案在單元上框母槽內設置橫滑插芯堵住四個板塊相接部位的洞，防止雨水通過內外貫穿的縫隙直接進入室內。同時橫滑插芯能收集豎向落水到橫框等壓腔Ⅱ中直至排出。

在避難層框架與單元交接等特殊位置，設置通長的單元起步上橫型材，保證單元上口的水順利排出，不進入框架系統。

結語

上海船廠（浦東）區域2E5-1地塊辦公樓幕牆工程是一個典型的超高層項目，對幕牆的安全性能、抗位移變形性能、防水性能均有高於一般項目的要求，也是我們在幕牆設計中需要重點解決的問題。本幕牆設計方案在保證幕牆性能的前提下，完美地實現了建築外觀效果，達到了建築幕牆力與美、功能與美觀相結合的要求。