富士康大厦外循环呼吸式单元幕墙设计

宋一平

（辉文室内装饰（上海）有限公司，上海 200120）

0 引言

上海富士康大厦项目位于上海浦东陆家嘴，外立面折叠式造型具有独立的特色。内部单元在结构安全稳定的基础上，采用了外循环呼吸方式。本文在对呼吸式幕墙的原理的分析中构思了一个节能设计，并对深化设计形成一定的指导。

1 项目概况

项目共有21 层，建筑高度为96 米。幕墙共有为10 套系统，分别F01：外循环呼吸式单元玻璃幕墙系统；F02：折线单元玻璃幕墙系统；F03：折线框架玻璃幕墙系统；F04：明框单元玻璃幕墙系统；F05：明框框架玻璃幕墙系统（裙楼斜立柱）；F06：明框框架玻璃幕墙系统（裙楼直立柱）；F07：明框框架玻璃幕墙系统（裙楼凹槽）；F08：铝板幕墙系统；F09：玻璃雨篷系统；F10：玻璃栏杆系统，本文主要介绍塔楼部分F01 外循环呼吸式单元幕墙。

图一：外立面效果图

2 外内循环呼吸式幕墙通风系统

2.1 空气间层

外循环呼吸式系统工作原理分析：双层幕墙有室外板块和室内板块。通过室外板块与外界连通后，形成空气流。气流整体从相邻两块单元板块底横梁流入，相隔两个单元板块顶横梁流出方式。上下空气排风水平间距控制在1.4m，并满足《建筑幕墙工程技术规范》相关要求。按设计取值空气间层窄端300mm，宽端700mm。空气在空气间层由排风器控制，长期处于开启状态，如有需要关闭可使用通风器上的旋钮关闭，相应幕墙板块的通风口。通过各个通风器的开启数量控制整个空气间层的气流和通气量。典型位置横向剖面如二所示:

图二：双层幕墙典型节点

2.2 进风口及排风口

系统采用自然通风的方式。其进风口设在单元板块底部的横梁处，采用旋钮式通风器控制。排风口设置在相邻板块的顶部横梁处，在型材处开有缺口，且与室外排风孔道相同，达到空气达到流通的目的。通风器及排风口位置如图三所示:

图三：进风口旋钮系统

空气间层底部进风口处设有专用通风器，可以手动调节旋钮达到开启关闭的目的。每层空气间层设有马道，间隔6.4m 设有通入马道的门窗，供检修和操作人员进入控制通风器旋钮。当旋钮打开时，通风系统形成上下压力差。

上海属于夏热冬冷性气候，冬夏温差比较大。夏季高温时空气间层能够带走外部阳光直射产生的40%～50%的空气热能。冬季低温时，关闭通风系统旋钮可以有效率的节约阳光产生热能40%～60%。所以通过季节性控制通风器的开关可以给室内带来能源上的节约，符合当今政府主导的绿色施工和节能减排低能耗的设计要求。

3 单元式双层幕墙系统设计

3.1 项目荷载计算、取值

外层幕墙主要承受了风荷载、重力荷载、面荷载、活荷载及地震荷载作用,内层幕墙抓哟承受风荷载、重力荷载和地震荷载。

3.1.1 风荷载假定及计算

a)外层幕墙部分.项目位于上海市，基本风压0.55kPa，地面粗糙度C 类。在荷载组合作用下分析最不利情况下幕墙构件承受的最大荷载值。外层幕墙风荷载取值按风荷载直接作用在外幕墙考虑.

b)内幕墙风荷载取值线性插值取外部风荷载的百分比计算。简单过程描述如下,该项目空气间层尺寸宽度均值535mm,板块高度4050mm,板块水平宽度1400mm。空气间层体积为:535mmx4050mmx1400mm=3.03m^3 ,有效通风面积为21000mm^2/mx1400mm=0.03m^2,比值为3.03/0.03=101,按《上海市建筑幕墙工程技术规范》表14.1.6 外通风双层幕墙的内层幕墙风荷载标准值百分比,线性插值取值为V/Ven=101 取值70%。该双层幕墙系统的内幕墙荷载计算取值为外幕墙风荷载的70%

3.1.2 地震荷载分析

根据现行规范JGJ-102-2003 第5.3.4 条规定上海市抗震设防为7 度，水平地震影响系数最大值取0.08，动力放大系数取5.0，水平地震作用的大小为支撑重量的0.4 倍，竖向地震作用可不用考虑。因此水平地震荷载作用需参与荷载组合。

3.1.3 荷载组合分析

各种荷载分项系数组合及组合系数，永久荷载、活荷载、地震荷载分项系数分别为1.2、1.4、1.3.当永久荷载效应起控制作用时，其分项系数取1.35.当永久荷载对构件有利时，分项系数不应大于1.0.对荷载组合后取值分别参与到各个构件的计算当中。

3.2 单元板块分格

3.2.1 单元板块分格确定

塔楼内外单元板块水平分格均为1400mm，标准层高4250mm。单元板块分格决定着在美观效果，结构安全性要在荷载取值后对上述立柱截面对强度和挠度进行验算。玻璃面板在荷载组合强度挠度、平面内变形均符合要求。

3.2.2 单元板块立柱确定

外循环幕墙系统的立柱如下图四、图五图所示：

图四：外系统公料截面属性图

图五：外系统母料截面属性

表一：外幕墙立公料型材截面属性

表二：外幕墙立柱母料型材截面属性

立柱的截面性能对主控幕墙单元板块水平分隔，层高跨度有着至关重要的作用。在组合荷载作用下,公母立柱按其刚度及EI 承担荷载。表一、表二所选择的立柱为外循环幕墙的主要立柱截面形式，均符合3.1 节中对荷载的假定后的计算设计。

3.3 单元式双层幕墙构造设计

双层幕墙外层为横滑是单元玻璃幕墙体系。通过上下板块的横梁相互插接，左右立柱插接后坐落在横梁间的水槽料上满足整体结构的稳定性，并形成密闭的腔体，完整的防水线来满足建筑的外围护性能。内层幕墙采用小单元板块形式，顶底横梁坐落在楼层间，立柱采用公母料插接方式，提高安装效率。

3.3.1 单元式双层幕墙构造设计

a)外层幕墙为6mm（钢化）+1.52GSP+6mm（钢化）夹胶玻璃。外层系统埋件大面区设置在每层楼板顶，墙角区设置在结构柱侧面，均可简化为多跨连续梁计算模型。

单元系统通过转接件与后置埋件相连接，连接可靠性得到保障的基础上要做到三维方向调节,及X 轴Y 轴Z 轴。从而保证在混凝土结构正负误差下的单元板块安装的准确性。

b)内层幕墙为8mm（钢化）+12Ar+8mm（钢化）中空玻璃,内层系统利用层间钢梁和楼板顶埋件，可简化为简支梁计算模型。内层幕墙与层间相连接部位使用3mm 铝单板设计,内部采用100mm 防火岩棉和1.5mm 镀锌钢板将上下层板间封堵.不同常规幕墙,空气间层风荷载较小。为方便安装,特设计了挂接方式铝板与型材连接.如图六,图七。

图六:层间铝板挂件

图七:层间底部加强筋

3.4 幕墙防水设计

双层幕墙防水主要以外层幕墙为主。幕墙防水应从两方面考虑，一方面为系统排水，让室内冷能凝水等从单元体腔体有效排出。另一方面为系统防水，使用二道防水线将室外雨水阻挡在室外。下面分别阐述两方面的设计方式。

3.4.1 系统排水

系统排水分为前后腔排水两条路线有组织排水，利用分层排水、错层排出的原则。即上一层的冷凝水或少量渗入腔体的雨水从立柱排入下一层顶横梁后腔，再通过型材孔排入前腔从而流到室外。

3.4.2 系统防水

系统防水利用了单元体的等压腔原理。即腔体内压腔与室外压强尽量保持相等，使雨水不会在风荷载作用时形成的压力下压入或渗入室内。由于系统是外循环呼吸是幕墙，需要长期保持横梁处与室外开口相通。所以和以往常规幕墙的三道防水线不同，该系统只能保留水密线和气密线。详见图八，（即取消第一道批水线）。经验证有效的保证等压腔原理下，大部分雨水可以被第一道水密线阻挡，再进入第二到气密线时候完全可以从顶横梁的后腔流入3.4.1 节所介绍的系统防水路线。

3.5 幕墙安全性能设计

幕墙安全性能除了玻璃板块和铝合金构件、挂件等在荷载作用下满足要求外.防玻璃坠落和防火设计也是不可忽视.

3.5.1 防坠落安全设计

a)玻璃选用钢化玻璃,外层幕墙使用超白6mm+1.52SGP+6mm 夹胶玻璃,考虑到玻璃产品破碎产生的危害使用1.52SGP 夹胶片，即使局部出现破碎也不会突然性四溅产生高空坠落或飞溅造成玻璃伤人事件。

b)铝合金框设计为半隐框,在结构胶稳定性失去控制的情况下可以通过明框的机械连接方式作为保障,从而不会因为荷载作用下脱落.

c)入口处雨棚挑出不少于1 米,避免上部坠物下落伤人.

3.5.1 防火安全设计

a)层间设置100mm厚防火岩棉封堵,使用1.5mm不锈钢板承托,并采用防烟密封胶填缝.严禁防火分区跨层.阻止“烟囱效应”产生

b)玻璃和铝合金及辅材等全部选用不燃、难燃的材料,控制材料品质质量.埋件和转接件设置在防火办护区范围内.

c)在间距20m 范围内设置消防救援窗,窗户玻璃使用12mm 浮法玻璃.该项目消防救援窗1.4mx2.1m 尺寸,救援时人容易通过.并做好了外部易识标记.

4 结束语

上海富士康大厦项目是对建筑师设计理念和构思的实践。在运用了幕墙知识和节能理念，对幕墙系统排水、抗风压、通风系统进行了深化设计。使得幕墙在满足外立面效果的同时保证安全、防水、节能等性能。双层幕墙在建筑领域对未来节能发展起着非常重要的作用，也是城市空气污染治理在建筑幕墙中的重要组成部分。