超高層建筑立面設計和幕墻深化設計要點解析

　　250~300m 超高層建筑高度適中，實施難度相對較小，在全國各地建設量較大，因此研究此范圍超高層形體設計具有很大的現(xiàn)實意義。

　　以下結合深圳京基濱河時代項目辦公樓設計建造實踐， 對250~300m 的超高層建筑的立面設計和幕墻深化要點進行闡述。京基濱河時代項目位于深圳下沙，包括300m 辦公、150m 酒店、150m 商務公寓、商業(yè)，地上部分共64 層，地下3 層，外立面面積約13.7 萬㎡(圖1，2)。本文將從以下幾方面進行詳細闡述。

　　1 超高層建筑形體特征和設計方法

　　由于超高層建筑往往肩負著重新塑造城市天際線的作用，這就對建筑設計概念提出了更高的要求，需要將建筑所處的地理氣候、基地環(huán)境、當?shù)匚拿}、可識別性、象征性這五個方面反映在建筑表皮和形體上。

　　首先，表皮一般都會有一個基本的原型，由一些常見的幾何圖案拼合而成，經(jīng)過一定的操作方法，形成最終的結果。表皮設計有四大類：面狀、線狀、網(wǎng)狀和在此基礎上衍生的不規(guī)則表皮。

　　其次，形體設計是超高層建筑設計的重點。常見的形體操作有三個步驟：選取基本圖形、放樣、形體操作。

　　(1)基本平面：控制建筑形體。由同一種圖形放樣而成的建筑形體簡單;由兩個不同形狀放樣平面時，形體較復雜。

　　(2)放樣：一維放樣是指平面的放樣軌跡與其基準面的投影是一個點的放樣方式，即拉伸;二維放樣是指平面的放樣軌跡與基準面的投影是一條直線，放樣軌跡可以是直線或曲線;三維放樣是指平面的放樣軌跡是一條復雜的空間曲線或直線，有的放樣軌跡是由數(shù)學函數(shù)控制，有的是完全不規(guī)則的，無論哪一種都會使建筑形式非常復雜。

　　(3)形體操作：分為疊加和切削。疊加指在建筑本身形體基礎上疊加其他要素，如超高層頂部突出的塔冠、立面上的突出體量等;切削是建筑形體的減法，或是對形體輪廓的裁切，或是形體內(nèi)部的后退、挖空。

　　具體落實在京基濱河時代項目上，300m 辦公樓部分采用矩形基本平面，立面通過二維放樣取得正立面上部內(nèi)傾、下部外顯的立面造型(圖3，4)。為了豐富建筑的表現(xiàn)力，建筑在短邊的收分方式與長邊剛好相反，使建筑造型在扭轉(zhuǎn)過程中自然變幻，充滿動態(tài)美感。同時在一天移動的光影中，不同的反光界面帶給建筑另一種難以捕捉的神秘色彩。在此基礎上，建筑再每兩層、三層、四層一節(jié)變化，形成節(jié)節(jié)高的造型設計。

　　2 超高層建筑不規(guī)則形體設計表達系統(tǒng)的選擇

　　(1)三維設計軟件的選擇：一個復雜的建筑形體必須用全模型來表達，目前國內(nèi)常用的三維軟件是Rhinoceros 和SketchUp。

　　(2)二維表達系統(tǒng)的選擇：傳統(tǒng)的二維表達已經(jīng)不能滿足要求，所以選擇什么樣的二維表達系統(tǒng)很重要，可根據(jù)具體項目采用函數(shù)法、坐標法等。京基濱河時代項目采用坐標法，即以建筑平面中心為原點，幕墻單元控制點由坐標數(shù)值來定位。

　　3 超高層建筑立面節(jié)能設計要點

　　3.1 節(jié)能要點一：超高層建筑立面是否開窗，在什么位置和高度開窗?

　　目前國內(nèi)對于超高層窗戶開啟扇的面積和開啟扇位置，各地規(guī)范規(guī)定不同。深圳《公共建筑設計節(jié)能標準》(SZJ29-2009)深圳市實施細則6.1.6 規(guī)定，透明幕墻需要有10% 的開啟面積，且100m 以上必須開窗。而北京市地方標準《公共建筑設計節(jié)能標準》(DBJ01—621—2005)與國家《公共建筑節(jié)能設計標準》GB50189-2005 并沒有強制100m 以上必須開窗，只是要求不開窗部位需要通過機械通風換氣或者利用通風器自然通風。

　　關于京基濱河時代100m 以上是否開窗，深圳市住房和建設局于2013 年9 月16 日組織召開了關于建筑高度超過100m 部分的透明幕墻可開啟面積問題的專項研討會。經(jīng)過專家研討認為，當滿足以下條件之一：1)每個房間的透明幕墻具有可開啟部分，2)每個房間有實現(xiàn)自然通風的建筑措施，3)每個房間有通風換氣裝置，并且每個房間在過渡季節(jié)的室外空氣換氣量達到5 次/h，100m 以上可以不開窗。由此，京基濱河時代項目可以利用通風器實現(xiàn)自然通風，使得每個房間在過渡季節(jié)的室外空氣換氣量達到5 次/h，100m 以上可以不開窗。設計根據(jù)立面設計選擇水平和豎向通風器，把通風器的通風設備融合在立面設計中。

　　3.2 節(jié)能要點二：有關窗墻比

　　各地節(jié)能規(guī)范規(guī)定窗墻比有個0.7 的界限，所以玻璃幕墻設計受到限制，比如《公共建筑設計節(jié)能標準》(SZJ29-2009)深圳市實施細則6.2.2 中規(guī)定：當幕墻東、南、西向的幕墻綜合遮陽系數(shù)為0.21，北向的幕墻綜合遮陽系數(shù)為0.28 時，也就是玻璃的遮陽系數(shù)小于0.26時，圍護結構的窗墻比可以大于0.7。京基濱河時代的玻璃：8 超白+1.52PVB/8 超白+12A+10 超白，通透率47，遮陽系數(shù)SC 為0.30，所以京基需要考慮窗墻比小于0.7，否則所選玻璃的遮陽系數(shù)需要小于0.26。

　　3.3 節(jié)能要點三：采用遮陽措施

　　如果是一般的幕墻，考慮到型材影響，外窗遮陽系數(shù)Sw =玻璃遮蔽系數(shù)Se×0.8，如果采用遮陽措施，對于降低玻璃的遮蔽系數(shù)也是非常有效的。京基濱河時代項目各層平面的豎向龍骨突出玻璃面450mm，有效地降低了玻璃的遮蔽系數(shù)，這就相當于增加了玻璃的選擇余地。

　　4 超高層建筑幕墻單元形式要點

　　單元式和框架式的選擇決定預埋件的位置，影響不規(guī)則形體的實施。

　　(1)單元式幕墻適合于規(guī)則的幕墻單元，能夠保證施工質(zhì)量、施工工期和施工精度，且此類幕墻的預埋件可以放在樓板邊梁一側(cè)。

　　(2)框架式幕墻優(yōu)點較多，在設計、計算、管理上均比較簡單;能承受較大的安裝誤差;由于構件小，在工地上容易存放。但其存在以下缺點：整體安裝要在樓房土建施工完畢后，從上端向下端安裝，安裝時間較長，并且一定要借助腳手架或吊船;易產(chǎn)生安裝誤差，構件不直或不平整;防水一般為單層密封，保持雙層密封比較困難;此類幕墻的預埋件放置在結構板的板邊上部，這樣樓板和幕墻交接處需要有裝飾處理。本人建議盡量用單元式幕墻實施，這樣后期的工期與完成度等容易控制(圖5，6)。

　　5 超高層建筑外型材料的限制

　　5.1 玻璃的限制

　　玻璃有雙/ 單曲面的要求以及超白玻璃的限制。平板中空夾膠玻璃和單曲中空夾膠玻璃顏色色差較大，往往很難應用于一個項目的同一個位置。所有廠家都不能生產(chǎn)雙曲面中空夾膠玻璃，所以雙曲面玻璃的應用受到節(jié)能要求的限制。再者曲面玻璃高度不能超過4.2m，通層是一個玻璃單元的設計要慎用。有關玻璃釉面點的直徑和間距，一般直徑不小于2mm(技術更新可以更小)。

　　5.2 石材的限制

　　首先是高度應用的限制。石材幕墻工程技術規(guī)范中規(guī)定，干掛石材幕墻可以在100m 以下，且抗震設防烈度不大于8 度。也就是說100m 以上不能直接用干掛石材飾面。干掛石材是一種脆性材料，在開采、加工、裝修過程中難免會產(chǎn)生一些很難被發(fā)現(xiàn)的內(nèi)傷。干掛石材幕墻雖然不承擔主體建筑的載荷，但要承擔自重、風壓、地震、溫度、建筑內(nèi)部振動等，即使按最薄的25mm 黃金麻石材薄板計算，自重也要在70kg/㎡ 以上，對抗震很不利。

　　因此，經(jīng)過幾年的使用和計算，給出了干掛石材100m 的最高限量。

　　5.3 鋁板的創(chuàng)新

　　鋁板表皮有兩種處理方式：粉末噴涂和氟碳噴涂。粉沫噴涂設備有手工式與自動吊掛式，施工簡單，涂層厚度為30um 以上，抗沖擊、耐磨擦、防腐蝕、耐候性等均好，涂料價格比氟碳便宜。但其最大弱點是不能長期受太陽紫外線照射，否則一般2~5 年就會產(chǎn)生明顯的自然褪色，因此一般用于室內(nèi)幕墻。氟碳噴涂大面積用于鋁板幕墻，具

　　有優(yōu)異的抗褪色性、抗起霜性、抗大氣污染( 酸雨等) 的腐蝕性、抗裂性、抗紫外線能力等，越來越受到用戶的青睞。

　　目前阿克蘇諾貝爾的粉沫噴涂技術可以用于室外，能夠保證粉沫噴涂在陽光下的穩(wěn)定性。如果經(jīng)濟性優(yōu)于氟碳噴涂，應有較好的推廣應用前景。

　　6 超高層建筑屋頂設計要點

　　300m 高的建筑(如果頂部不是以尖頂收尾)，從總體造型考慮，可能需要20~25m 的造型高度。這部分高度內(nèi)實際往往設置空中吧和屋頂花園，其頂板距女兒墻頂還要有3 層高度。如果設置擦窗機，需要將柱子繼續(xù)延伸上去，鋪設擦窗水平機軌道。

　　京基濱河時代辦公樓頂部5 層高外圍護部分為玻璃幕墻，設置了雙層幕墻結構，并且從頂部俯視，有的女兒墻具有相當寬度，這樣就保證了頂部造型的完整(圖7)。

　　擦窗機設計分為水平軌道式、附墻軌道式、輪載式、插桿式、懸掛軌道式、滑梯式。在超高層中應用較多的是水平軌道式、懸掛軌道式。水平軌道式：軌道沿樓頂屋面布置，設備可沿軌道自由行走，完成不同立面的作業(yè)，廣泛應用于屋面結構較為規(guī)矩、樓頂屋面有足夠的空間通道的建筑物。懸掛軌道式：廣泛應用于帶帽屋頂結構、建筑物造型復雜別致、樓面錯綜復雜、單臺水平和附墻軌道難以完成或成本較高的場合。

　　7 超高層建筑燈光設計要點

　　超高層建筑作為城市的亮點甚至是地標性建筑，其照明設計更應該以“節(jié)能”的理念為導向，用理性與創(chuàng)意凸顯建筑的特色，而不能用單純的亮去引起大家的關注。另外建筑頂部照明亮度較高，上射光較多，容易破壞夜空環(huán)境，影響天文觀測。由于超高層建筑照明的特殊性，照明設計師們應當結合自身建筑的結構特點采用合理、節(jié)能的照明方式，表現(xiàn)出建筑特征和美感，在達到較好的照明效果的同時兼顧整體協(xié)調(diào)美觀。

　　京基濱河時代項目建筑照明分為裙房及入口雨篷照明、標準區(qū)照明、高區(qū)照明、頂部照明(圖8)。首先，底部利用雨篷和大堂的照明，設置暖光系列與周邊裙房商業(yè)呼應，共同渲染繁華氛圍。其次，標準區(qū)與高區(qū)在每個豎挺底部設置LED 光源，形成漸變效果，強調(diào)竹節(jié)造型。同時通過電腦控制燈光明暗和顏色，可以自由組成圖案，形成節(jié)日期間的燈光效果。最后，頂部設置向上的泛光，顯得建筑更加高聳、挺拔;外圍冷光和空中吧的室內(nèi)暖光交織在一起，形成夢幻效果。

　　京基濱河時代項目照明分為五個層次：1)外圍射燈照明;2)表現(xiàn)竹節(jié)階梯式形體，用漸變的光源突出形體的節(jié)奏感;3)表現(xiàn)豎挺的秩序與細節(jié)，通過定性光源對豎挺的側(cè)面打光，產(chǎn)生立體感;4)表現(xiàn)建筑的活力，室內(nèi)辦公的零星燈光為夜間照明增添生命力;5)特殊局部燈光分析，在建筑的頂部與入口處進行燈光的特殊處理(圖9)。