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幕墙第一线 | 越鸟金翠画不得,万里山川来者稀——昆明中海国际中心幕墙工程解析

中国幕墙工程网 幕墙世界Weekly 2023-11-04

△ 昆明中海国际中心(实拍)

编者按

越鸟青春好颜色,晴轩入户看呫衣。
一身金翠画不得,万里山川来者稀。
修颈昂昂舞翘羽,大尾斑斑欲孤飞。
刺桐花谢芳草歇,南国同巢应望归。
△ 视频:乘势腾飞的春城之翼——昆明中海国际中心(时长:1′27″)
  2023年9月,《幕墙设计》、中国幕墙工程网&“幕墙世界weekly”来到“彩云之南”的春城——昆明,在深圳市方大建科集团有限公司(以下简称“方大建科”)成都公司项目团队的陪同下,零距离探访了由佩里克拉克建筑师事务所设计的昆明官渡区首个超甲级品质写字楼——昆明中海国际中心。项目位于昆明市官渡区巫家坝城市新中心的核心地带,是昆明巫家坝旧机场再开发的一部分;项目紧邻主干道和地铁交通枢纽,坐落于两条主干道的交汇处,西面与地铁站点连通。项目由中海地产开发,塔楼以220米的建筑统领着城市区域的新高度,包括地上43层及地下3层的设计,建筑面积约99750平米。 

  建筑师从昆明自然风景和历史背景出发,结合巫家坝的总体规划,将孔雀展翅的寓意融入到建筑造型中,为主楼赋予了精彩的精神内涵,为昆明的城市天际线增添了别样的风采。项目主要幕墙系统包括首层大玻璃幕墙及悬挑大雨篷系统、标准层单元体玻璃幕墙、塔冠多角度渐变装配式玻璃幕墙等,方大建科作为这个“春城之翼”项目的幕墙深化和施工单位,克服了包含“高海拔工程”、“板块长距离运输”、“新冠疫情”等诸多困难,以“平面如镜”的实体效果,让昆明中海国际中心在世人面前乘势腾飞。

建筑设计:灵感源自孔雀

  昆明中海国际中心的设计以当地文脉为基石,从云南的文化名片——孔雀中吸取灵感,将孔雀羽毛的斑斓层次与巫家坝机场直冲云霄的意向融入到塔楼的设计中,以在地化设计元素为塔楼赋予了更多的精神内涵,为城市天际线增添了别样的风采。 
  塔楼的体型方正简洁,每一面的锯齿状幕墙为对称设计,具有微妙的韵律感,宛若孔雀层层叠叠的羽毛一般,在昆明明媚的阳光下闪闪发光,夜晚结合不同的光影效果,营造出独特夺目的城市形象。
  地面大堂设计强调通透性、大气简约,设计团队巧妙地结合入口雨篷设计,消隐玻璃幕墙的竖向结构杆件。 
  折叠的外立面线条从建筑底部轻盈的大堂开始,自下而上伸展,利用竖向装饰构件更进一步地凸显出了塔楼的高挑优雅的建筑形态。
  两个相反方向的锯齿相交于每个面的中心凹槽处,不仅缩小了外立面的尺度,并且充分展示出不同时段下玻璃幕墙反射光的多样性,增添了建筑美感。 
  在塔楼顶部,外立面线条向着天空打开,强调无限的生长感的同时,营造出孔雀开屏尾羽直冲云霄、御风展翅之势。
△  视频:昆明中海国际中心航拍漫游(时长:1′1″)

幕墙设计解析

  一、首层大玻璃幕墙及悬挑大雨篷系统设计解析
  办公楼入口大堂位于首层,立面采用大玻璃幕墙系统,单块面板尺寸达到1.5m宽x6m高。大玻璃幕墙系统采用12+1.52SGP+12+12A+12+1.52SGP+12mm双夹胶中空钢化超白玻璃作为面材,取消龙骨和玻璃肋设计,充分利用玻璃自身的强度,大堂室内外呈现出通透晶莹的视觉效果。首层建筑三面均设置有主入口,主入口上方设置悬挑大玻璃雨篷,最大悬挑距离主体结构7.2m,雨篷整体宽度27.7m。雨篷充分利用悬挑钢结构受力,增强根部连接设计,采用无拉杆形式。雨篷玻璃均为双层点式固定连接,选用特殊花型的彩釉夹胶玻璃,在灯光照射下,使整个主入口富丽堂皇,宏伟大气。
△ 首层玻璃实景
  1.1大玻璃幕墙面板及连接设计
  大玻璃标准分格尺寸达到1.5m宽x6m高,单块玻璃的面积约9㎡。在保证通透视觉效果的前提下,确保项目安全性及经济性,成为了设计的重难点。经过多次反复建模验算,将受力体系设计成上下对边支承,玻璃顶底均采用入槽式的固定,底部布置调平螺栓,竖向采用无杆件设置。根据主体结构柱的位置,在标高6m位置,由幕墙增加钢结构梁,以确保整个大玻璃系统的结构安全性。
△ 大玻璃幕墙横剖节点图 
△ 大玻璃幕墙竖剖节点图
△ 大玻璃幕墙底部节点图
△ 大堂外景 
△ 大堂内景
  1.2悬挑大雨篷系统连接设计
  雨篷顶底均为12+1.52PVB+12mm钢化夹胶玻璃作为面板,选用不锈钢驳接爪连接固定。面板为条纹彩釉玻璃,设计将雨篷顶底彩釉图案一一对应,进行整体排版,呈现出整体效果。底部每隔3m布置有灯光,在灯光的照射下,使主入口显得富丽堂皇。
△ 悬挑大雨篷及灯光实景
  因考虑建筑效果的简洁大气,雨篷不设置斜拉杆。雨篷钢结构的选型、布置、根部连接作为此系统的重难点。经过反复多次验算,整体建模分析,主龙骨选用600-100x250x16变截面钢通,与主体钢柱根部焊接,在龙骨两侧各布置3块加强筋板,横向主龙骨选用600x300x16钢通,其余次龙骨选用150x100x5mm钢通及100x100x6mm钢通。
△ 大雨篷龙骨布置示意图
△ 大雨篷BIM设计模型
△ 大雨篷龙骨BIM设计模型 
△ 大雨篷根部连接节点图
  二、标准层单元式玻璃幕墙系统设计解析
  办公楼主楼体型方正简洁,轮廓为类正方形,单面为轻微折叠造型且沿中心线左右对称,具有微妙的韵律感,宛若孔雀层层叠叠的羽毛一般。其中,塔楼5F至屋面层区域均为外轮廓相同的标准层。2至5F平面轮廓相对于标准层稍微向外倾斜,以呼应项目的整体设计意象。在昆明明媚的阳光下闪闪发光,夜晚结合不同的光影效果,营造出独特的城市形象。
△ 标准层实景
  2.1平面分格划分
  标准层平面为折叠造型,折叠区域的凹点及凸点距离水平轴线的放尺距离均为固定值,其中凹点距离为1267mm,凸点距离为1957mm。
  标准层平面分格划分以中心轴为基准,每个轴间距均为9m,此部分轮廓为一个标准段,凸点距离最近垂直轴线的水平尺寸为1500mm,凹点位于垂直轴线上。标准层短边设计为一个单元分格,分格尺寸为1651mm。长边均分为五个单元分格,分格尺寸为1507mm。
△ 塔楼标准层平面分格示意
  渐变区域为2-5F,此区域平面分格划分,由宽度为9m的标准段沿左右摆动形成。分格划分与标准层一致。
△ 塔楼渐变层平面分格示意
  2.2单元系统构造设计
  标准层单元板块尺寸为1507mm*4200mm,其中层间非透光区域高度为1000mm,透光固定区域或可开启区域高度为2200mm,透光护栏区域高度为1000mm。单元系统采用竖明横隐形式,主龙骨为6063-T6铝合金,层间非透光位置面板配置为TP6(双银Low-E)+12A+TP6中空钢化超白玻璃及粉末喷涂背板,透光固定区域和可开启区域面板配置为TP8(双银Low-E)+12A+TP8中空钢化超白玻璃,透光护栏区域面板配置为TP6(双银Low-E)+12A+TP6+1.14PVB+TP6中空钢化夹胶超白玻璃。
  考虑到昆明地区独特的气候条件并且雨季较为集中,单元式幕墙系统设计为内排水结构,分层排水的设计能够更好的保证建筑整体密封性能。不同于常见单元式幕墙上横梁包立柱的做法,在正常密封线内侧增加型材腔体,达到立柱与上横梁齐平的外观。在装配完成后,室内区域能够达到整齐划一的形态,同时又减少了安装踢脚线的工序。为了达到特有室内效果,立柱和横梁等主要杆件截面设计为渐变弧形样式,增加了型材数控加工时的难度和工序。
△ 单元式幕墙标准横剖节点 
△ 单元式幕墙标准竖剖节点  
△ 单元式三维组框示意 单元式幕墙内侧实景
  2.3支座及挂接系统设计
  单元式幕墙体系距离结构体系放尺较小,立柱后端距离结构外边线理论只有70mm间隙,因此无法采用常用的侧向挂接体系。在考虑预埋件设计时选择了功能更加齐全、容错性更大的板槽式埋件。同时,单元横向插接缝距离结构面的高度也只有120mm,单元的挂接系统成为了系统设计的重难点。
  单元体支座设计为两部分组成,第一部分为上部的连接板,采用14mm厚铝合金平板,材质为6061-T6。连接板后端设计为锯齿形,板件开设前后方向的条形孔以便于在吸收结构误差同时实现单元体的前后调节。连接板通过M16的不锈钢T型螺栓与板槽埋件连接。支座调节到位后通过齿形垫片锁死,通过预埋槽的设计达到单元体的左右调节。第二部分为底部的承重条,截面为30x30mm的铝合金方棒,材质为6061-T6。连接板与承重条之间通过不锈钢螺栓连接,通过拧动调节螺栓实现单元体的上下调节。
  单元体挂件采用10mm厚铝合金T字形件,材质为6061-T6。铝合金挂件与铝合金立柱通过3颗M12不锈钢螺栓组件固定。安装时,铝合金T形挂件穿过支座连接件的缺口,下落并坐在承重条上即可完成单元板块的吊装。
△ 单元式幕墙层间横剖示意
△ 单元式幕墙层间竖剖示意   
△ 单元板块吊装
△ 单元板块与支座固定
  三、塔冠多角度渐变装配式玻璃幕墙设计解析
  办公楼塔冠为标高192m至220m范围,外立面呈现出向着天空打开的造型,强调向上无限生长,营造出孔雀开屏,尾羽直冲云霄,御风展翅之势。屋顶幕墙整体呈锯齿折叠状,造型为多角度渐变,阳角范围为156.3°到165.5°,阴角范围为159.3°到179.6°,体量超过6000㎡,加之位于超高空,是整个项目的点睛之笔,也是整个项目的难点所在。设计团队通过研发,融合框构件式幕墙、单元式幕墙、点式幕墙等传统幕墙系统的优点,研发出一种可适应于多角度渐变的装配式幕墙系统,并申报了实用新型专利和发明专利进行知识产权保护。借助BIM三维模型,进行参数化设计,提取关键数据,进行提料和组装,并模拟施工安装,最后圆满实施完成。
△ 塔冠实景 
△ 已授权的专利证书
  3.1多角度渐变装配式玻璃板块设计
  多角度渐变装配式玻璃幕墙系统面板采用8+12A+8mm钢化中空LOW-E玻璃,竖框与横框通过装配螺钉进行组框,并通过结构胶与面板进行粘接,形成单元板块。为了更好的拼接,在保证结构受力情况下,横竖框采用闭腔型材,在工厂完成板块的加工和组装,提升生产效率和幕墙品质。
  屋顶幕墙平直面以四边形单元板块为主,双曲面板区域通过三维分析转化为平直面板,由三角形单元板块组成。二者折叠造型实现内凹外凸的形状,通过特制转接件安装在内侧主立柱上。
△ 屋顶玻璃幕墙阳角部位(渐变范围156.3°到165.5°) 
△ 屋顶玻璃幕墙阴角部位(渐变范围159.3°到179.6°)
  3.2内侧主立柱设计
  为了大幅度有效降低现场超高空安装难度和工作量,将幕墙立柱设计为两侧带扣盖的“凸”字造型。有别于常用系统的连接设计,现场只需要安装立柱,不需要安装横梁。立柱采用多跨连续梁的受力形式,立柱连接采用L125×80×10角钢连接件与主体结构焊接,立柱上下通过插芯连接。
△ 屋顶玻璃幕墙标准竖剖节点
 △  屋顶异形板块吊装
  安装完立柱以后,将面板系统吊装到位,室内侧向固定好板块上的特制连接件,即可完成面板集成板块的安装,再扣上立柱两侧的扣盖,对连接部位进行有效遮蔽,形成简洁美观的外饰效果。
  3.3 BIM技术应用
  在塔冠渐变幕墙系统,BIM技术主要运用于前期设计建模,中期板块制作,后期施工安装三个阶段。
△ 屋顶幕墙三维模型
  在前期建模阶段,针对屋顶幕墙不规则双曲面造型优化,在不改变幕墙的造型效果的情况下,从其本身参数进行优化调整。在参数可调的情况下,使其双曲面板优化为三角平面板。优化表皮模型,通过插件GH参数化设计,在已经确定的分缝规则及相对位置,对玻璃框龙骨以及框架立柱进行放样,建立1:1的模型。
△  GH参数编制面板分缝模块 
△ GH参数编制龙骨放样模块
△ 塔冠幕墙系统龙骨模型 
△ GH参数编制拾取板块加工参数
  中期板块制作阶段,本项目外部板块系统是采用玻璃与铝合金龙骨组装而成,特别是优化后的双曲面区域,三角板块类型不同,在现有的模型基础上,利用BIM模型进行数据提取,绘制相应的二维加工制图,完成对板块的制作。
△  GH参数编制拾取主立柱定位坐标
  后期安装阶段,由于双曲面的特殊性,需要空间定位便于板块安装。在已完成的三维模型上,检查主体结构与幕墙的相对位置,按照已确定的基准点,提取内部框架立柱的定位点,用于现场施工,完成对立柱的定位安装,进而实现外部板块的安装。
  四、玻璃平整度
  本项目玻璃面板由四川南玻节能玻璃有限公司供应,玻璃生产地在成都市,海拔约500m,项目所在地在昆明市,海拔约1900m。两地海拔相差超过1000m,大气压相差大,导致中空玻璃内外气压不平衡,会严重影响玻璃的平整度,影响建筑外立面品质。在实施过程中,开发商、顾问、玻璃厂家、幕墙公司等相关单位重点把控,密切协作,有效保障了本项目的呈现品质。
△ 玻璃效果呈现实景
  4.1影响玻璃平整度的主要因素
  首先是玻璃自身厚度的影响。玻璃面板自身挠度引起的变形,玻璃越薄,其扰度变形越大,比如 6mm厚玻璃的变形明显大于 8 mm玻璃的变形。
  然后是玻璃尺寸大小和长宽比的影响。钢化玻璃尺寸较小时,或长宽比失当时(长宽比在 1.5-2.0 是比较理想的),由于成像的不连续性和玻璃的折边效应,会放大玻璃上墙后的变形程度。大多数项目层间玻璃的成像质量明显不及大面玻璃的成像质量。
  再者是玻璃在钢化热处理过程中的变形。国标 GB15763.2-2005 建筑用安全玻璃第2部分对钢化玻璃弓形、波形均有要求,波形小于0.2%,弓形小于 0.3%。钢化设备和钢化操作,对钢化玻璃平整度均有一定影响。
  最后是环境气温以及气压变化的影响。由于玻璃生产和安装地区的温度及气压差异,玻璃中空层厚度不可避免的将发生变化。中空层厚度的大幅变化,带来最直接的影响就是玻璃平整度差,弓形和波形都会超过规范要求,直接导致玻璃影像变形明显。

  4.2本项目玻璃平整度的控制措施
  确保玻璃原片的质量。本项目选用最优质的建筑用浮法玻璃原片,保证是浮法玻璃的优等品,并提供各批次优等品证明文件。
  严格控制玻璃钢化品质。本项目南玻使用目前最好的芬兰TAMGLASS钢化设备,每半个月维护保养一次,对钢化炉输送进行调平。采用最优的钢化工艺进行生产,保证钢化的物理变形指标波形满足0.08%,弓形满足0.15%,在国家标准要求之上,并提供各批次产品检测证明。同时本项目玻璃均采用先钢化、后镀膜的生产工艺,更有利于保障平整度。

  中空玻璃设置毛细管,用于平衡玻璃内外气压。中空玻璃从南玻工厂送至昆明工厂进行单元组框合片,毛细管封堵好,在运输过程中,严禁将毛细管拔掉或折叠。玻璃达到昆明工厂后,先将中空玻璃毛细管从中间部位折断,在当地平均气温条件下,自然静置3个小时以上,以便中空玻璃腔体内外气体交换,达到气压平衡。各项物理变形指标达到规范要求后,使用斜口钳沿中空玻璃结构胶处,剪掉露出中空玻璃结构胶表面的毛细管,然后用结构胶对毛细管断口处进行封堵,待密封胶固化后方可进行板块合片组装。单元板块出厂前以及安装上墙前,对玻璃变形指标进行测量和记录,符合要求的板块才能进行吊装。

结 语

  昆明中海国际中心作为昆明新城市中心的新地标,完美地融入了云南传统文化,建筑形态生机勃勃,赏心悦目。方大建科幕墙技术团队秉承“科技为本,创新为源”的理念,结合扎实的专业技术经验,创新幕墙系统研发,充分发挥BIM新技术优势,完美地表达好建筑语言,为城市高端写字楼打造出新样板。

△ 2023年9月8日,昆明中海国际中心幕墙工程观摩合影(左起:方大建科成都公司设计院院长 屈胤儒、方大建科成都公司云贵区域总监 沈四臣、《幕墙设计》&中国幕墙工程网总编 唐 琦、方大建科成都公司项目经理 雷 伟、昆明中海国际中心商管负责人 王 浩)  
文 | 深圳市方大建科集团有限公司 屈胤儒、何 波、颜 平、黄智胜
责任编辑 | 唐 琦
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