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250~300m超高层建筑立面设计和幕墙深化设计要点解析

来源:北京市建筑设计研究院有限公司  作者:刘小飞  日期:2016-4-26
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  摘要:以深圳京基滨河时代项目办公楼外部形体从设计到施工的整个过程为依据,阐述250~300m的超高层建筑的立面设计和幕墙深化要点。
  关键词:超高层建筑 立面设计 幕墙深化 节能设计 材料的限制 灯光设计

  目前国内对于超高层窗户开启扇的面积和开启扇位置,各地规范规定不同。深圳《公共建筑设计节能标准》(SZJ29-2009)深圳市实施细则6.1.6 规定,透明幕墙需要有10% 的开启面积,且100m 以上必须开窗。而北京市地方标准《公共建筑设计节能标准》(DBJ01—621—2005)与国家《公共建筑节能设计标(词条“设计标”由行业大百科提供)准》GB50189-2005 并没有强制100m 以上必须开窗,只是要求不开窗部位需要通过机械通风换气或者利用通风器自然通风。

  关于京基滨河时代100m 以上是否开窗,深圳市住房和建设局于2013 年9 月16 日组织召开了关于建筑高度超过100m 部分的透明幕墙可开启面积问题的专项研讨会。经过专家研讨认为,当满足以下条件之一:1)每个房间的透明幕墙具有可开启部分,2)每个房间有实现自然通风的建筑措施,3)每个房间有通风换气装置,并且每个房间在过渡季节的室外空气换气量达到5 次/h,100m 以上可以不开窗。由此,京基滨河时代项目可以利用通风器实现自然通风,使得每个房间在过渡季节的室外空气换气量达到5 次/h,100m 以上可以不开窗。设计根据立面设计选择水平和竖向通风器,把通风器的通风设备融合在立面设计中。

  3.2 节能要点二:有关窗墙比

  各地节能规范规定窗墙比有个0.7 的界限,所以玻璃幕墙设计受到限制,比如《公共建筑设计节能标准》(SZJ29-2009)深圳市实施细则6.2.2 中规定:当幕墙东、南、西向的幕墙综合遮阳系数为0.21,北向的幕墙综合遮阳(词条“遮阳”由行业大百科提供)系数为0.28 时,也就是玻璃的遮阳系数小于0.26时,围护结构的窗墙比可以大于0.7。京基滨河时代的玻璃:8 超白+1.52PVB/8 超白+12A+10 超白,通透率47,遮阳系数SC 为0.30,所以京基需要考虑窗墙比小于0.7,否则所选玻璃的遮阳系数需要小于0.26。

  3.3 节能要点三:采用遮阳措施

  如果是一般的幕墙,考虑到型材影响,外窗遮阳系数Sw =玻璃遮蔽系数Se×0.8,如果采用遮阳措施,对于降低玻璃的遮蔽系数也是非常有效的。京基滨河时代项目各层平面的竖向龙骨突出玻璃面450mm,有效地降低了玻璃的遮蔽系数,这就相当于增加了玻璃的选择余地。

  4 超高层建筑幕墙单元形式要点

  单元式和框架(词条“框架”由行业大百科提供)式的选择决定预埋件的位置,影响不规则形体的实施。

  (1)单元式幕墙适合于规则的幕墙单元,能够保证施工质量、施工工期和施工精度(词条“精度”由行业大百科提供),且此类幕墙的预埋件可以放在楼板边梁一侧。

  (2)框架式幕墙优点较多,在设计、计算、管理上均比较简单;能承受较大的安装误差;由于构件(词条“构件”由行业大百科提供)小,在工地上容易存放。但其存在以下缺点:整体安装要在楼房土建施工完毕后,从上端向下端安装,安装时间较长,并且一定要借助脚手架或吊船;易产生安装误差,构件不直或不平整;防水一般为单层密封,保持双层密封比较困难;此类幕墙的预埋件放置在结构板的板边上部,这样楼板和幕墙交接处需要有装饰处理。

  本人建议尽量用单元式幕墙实施,这样后期的工期与完成度等容易控制(图5,6)。

  5 超高层建筑外型材料的限制

  5.1 玻璃的限制

  玻璃有双/ 单曲面的要求以及超白玻璃的限制。平板中空夹胶玻璃和单曲中空夹胶玻璃颜色色差较大,往往很难应用于一个项目的同一个位置。所有厂家都不能生产双曲面中空夹胶玻璃,所以双曲面玻璃的应用受到节能要求的限制。再者曲面玻璃高度不能超过4.2m,通层是一个玻璃单元的设计要慎用。有关玻璃釉面点的直径和间距,一般直径不小于2mm(技术更新可以更小)。

  5.2 石材的限制

  首先是高度应用的限制。石材幕墙工程技术规范中规定,干挂石材幕墙可以在100m 以下,且抗震设防烈度(词条“抗震设防烈度”由行业大百科提供)不大于8 度。也就是说100m 以上不能直接用干挂石材饰面。干挂石材是一种脆性材料(词条“脆性材料”由行业大百科提供),在开采、加工、装修过程中难免会产生一些很难被发现的内伤。干挂石材幕墙虽然不承担主体建筑的载荷,但要承担自重、风压、地震、温度、建筑内部振动等,即使按最薄的25mm 黄金麻石材薄板计算,自重也要在70kg/m2 以上,对抗震很不利。

  因此,经过几年的使用和计算,给出了干挂石材100m 的最高限量。

  5.3 铝板(词条“铝板”由行业大百科提供)的创新

  板表皮有两种处理方式:粉末喷涂氟碳喷涂。粉沫喷涂设备有手工式与自动吊挂式,施工简单,涂层厚度为30um 以上,抗冲击、耐磨擦、防腐蚀耐候性等均好,涂料价格比氟碳便宜。但其最大弱点是不能长期受太阳紫外线照射,否则一般2~5 年就会产生明显的自然褪色,因此一般用于室内幕墙。氟碳喷涂大面积用于铝板幕墙,具有优异的抗褪色性、抗起霜性、抗大气污染( 酸雨等) 的腐蚀性、抗裂性、抗紫外线能力等,越来越受到用户的青睐。目前阿克苏诺贝尔的粉沫喷涂技术可以用于室外,能够保证粉沫喷涂在阳光下的稳定性。如果经济性优于氟碳喷涂,应有较好的推广应用前景。

  6 超高层建筑屋顶设计要点

  300m 高的建筑(如果顶部不是以尖顶收尾),从总体造型考虑,可能需要20~25m 的造型高度。这部分高度内实际往往设置空中吧和屋顶花园,其顶板距女儿墙顶还要有3 层高度。如果设置擦窗机,需要将柱子继续延伸上去,铺设擦窗水平机轨道。京基滨河时代办公楼顶部5 层高外围护部分为玻璃幕墙,设置了双层幕墙结构,并且从顶部俯视,有的女儿墙具有相当宽度,这样就保证了顶部造型的完整(图7)。

  擦窗机设计分为水平轨道式、附墙轨道式、轮载式、插杆式、悬挂轨道式、滑梯式。在超高层中应用较多的是水平轨道式、悬挂轨道式。水平轨道式:轨道沿楼顶屋面布置,设备可沿轨道自由行走,完成不同立面的作业,广泛应用于屋面结构较为规矩、楼顶屋面有足够的空间通道的建筑物。悬挂轨道式:广泛应用于带帽屋顶结构、建筑物造型复杂别致、楼面错综复杂、单台水平和附墙轨道难以完成或成本较高的场合。

  7 超高层建筑灯光设计要点

  超高层建筑作为城市的亮点甚至是地标性建筑,其照明设计更应该以“节能”的理念为导向,用理性与创意凸显建筑的特色,而不能用单纯的亮去引起大家的关注。另外建筑顶部照明亮度较高,上射光较多,容易破坏夜空环境,影响天文观测。由于超高层建筑照明的特殊性,照明设计师们应当结合自身建筑的结构特点采用合理、节能的照明方式,表现出建筑特征和美感,在达到较好的照明效果的同时兼顾整体协调美观。

  京基滨河时代项目建筑照明分为裙房及入口雨篷照明、标准区照明、高区照明、顶部照明(图8)。首先,底部利用雨篷和大堂的照明,设置暖光系列与周边裙房商业呼应,共同渲染繁华氛围。其次,标准区与高区在每个竖挺底部设置LED 光源,形成渐变效果,强调竹节造型。同时通过电脑控制灯光明暗和颜色,可以自由组成图案,形成节日期间的灯光效果。最后,顶部设置向上的泛光,显得建筑更加高耸、挺拔;外围冷光和空中吧的室内暖光交织在一起,形成梦幻效果。

  京基滨河时代项目照明分为五个层次:1)外围射灯照明;2)表现竹节阶梯式形体,用渐变的光源突出形体的节奏感;3)表现竖挺的秩序与细节,通过定性光源对竖挺的侧面打光,产生立体感;4)表现建筑的活力,室内办公的零星灯光为夜间照明增添生命力;5)特殊局部灯光分析,在建筑的顶部与入口处进行灯光的特殊处理(图9)。

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