异形单元式幕墙设计探讨

张伟

张伟

深圳金粤幕墙装饰工程有限公司

摘要：随着时代的不断发展，对单元式幕墙的要求也越来越高，这就要求施工单位必须加强专业技能的研讨，并努力提高单元式幕墙分格、设计水平，为单元式幕墙工程提供有力的保障。本文结合笔者多年的工作实践对异形单元式幕墙设计进行了分析探讨。

关键词：异形；单元式幕墙；构造设计

1、引言

所谓异形幕墙，笔者认为比较准确的定义可以表述为：幕墙面板与结构之间至少有一种发生了异形变化的幕墙。异形幕墙结构系统相对灵活，便于塑造形体，表达设计理念。

2、异形幕墙的表现形式

2.1整体塑形

以建筑主体结构变形为主。面材沿骨架贴附，实现体量的变化。采用这种幕墙形式的建筑，通常建筑自身结构能形成整体形态，幕墙作为建筑的外衣依附在主体结构之外。其幕墙设计，首先立足于对主体结构的解读和表达，通常会有一个完整的形象，然后再有自身的细节。

凤凰传媒中心。建筑主体结构为钢结构，结构构成了空间的“环”，表达出丰富的建筑形态。幕墙依附在主体结构上，其结构龙骨与主体结构统一设计施工。考虑到具体的形态与施工工艺，建筑采用三角型玻璃面块，在总体塑形的同时又不失细节。幕墙设计与建筑融为一体，使得建筑的整体型和设计的逻辑性表达的十分到位。

广州歌剧院。建筑外形仿佛珠江边上的两块石头，富有动感。建筑通过自身结构形成富有雕塑感的形体，幕墙作为外皮，包裹在建筑主体骨架之外。幕墙完成面的形态与建筑主体结构一致，通过玻璃和石材两种主要材料，将室内空间的逻辑反映到建筑形象上。幕墙的设计完整的展示出建筑的形体和空间。

2.2骨架异变

这种类型的幕墙，通常用在建筑形体相对规整，但需要通过幕墙设计表达出丰富的表情的建筑上。幕墙自身结构轻盈，龙骨可塑性大，形体灵活多变，工厂预制便于控制等优点这时得到了充分体现。这种手法，除了在新建建筑中应用外，在旧建筑改造时也受到大量的应用。

安特卫普码头的办公建筑。位于安特卫普码头的办公建筑，水晶石般的玻璃体为加建部分，建筑的整体造型非常完整，而转角处玻璃幕墙多次转折的处理，塑造出建筑水晶般璀璨的效果，为建筑增添了具有雕塑感的独特艺术气质。

桔子水晶酒店。位于北京北三环处的桔子水晶酒店，是一座建于上个世纪九十年代的办公建筑。这座建筑的改造策略不仅仅是对内部空间和设施的改造，在建筑的立面上，也通过幕墙设计实现了更新。金属穿孔板作为主要的幕墙材料，赋予建筑时代感，通过对幕墙龙骨的巧妙设计，使建筑外墙出现了富有节奏的起伏，十分生动。

上海青浦区体育馆。该项目也是一个旧建筑改造，原建筑在体型、功能、基础等方面都存在一些问题，改造策略是在原建筑外侧加一个装饰层，以便修补原体型的不足和尽量减少对原始建筑结构的扰动。考虑到建筑内部的采光，材料重量及建筑的整体设想等诸多因素，建筑外装的材料最终选择了实心聚碳酸脂板。通过有编织感的设计策略，将简单的材料组织起来，出现了交织，起伏等形态，形成了丰富有趣的建筑表情，取得了良好的效果

2.3整体塑形+特殊肌理

这类幕墙除了整体塑形外，将设计的重点集中在单个幕墙板块上。单块幕墙增加更多的细节处理，为建筑效果增加多种可能性。实例中通常使用GRC、玻璃纤维增强混凝土挂板、玻璃幕墙等可以根据设计的需要加工成形的块材。通过拟态、纹样定制、穿孔率变化等多种手法，为建筑增添独特的韵律和气质。

中信金陵酒店。建筑设计的理念在于将建筑融入山水，建筑形体模仿山间巨石。为了表达出建筑的特有气质，选用grc挂板作为外墙材料。grc挂板具有块材大小灵活，表面塑形方便，颜色可以调制的特点，非常适合于这个房子。利用GRC材料的这些优点，最后幕墙呈现出块材大小不一，表面模仿山石起伏的效果，使得建筑真正融入山体。

易北爱乐音乐厅。这座建筑位于德国汉堡Hafencity港口上，是一座建造在历史建筑（货栈）之上的高耸玻璃结构体，屋顶好似翻涌的波浪，而在幕墙的细节设计中，建筑师又模拟了形似音叉或者说船舱舷窗的感觉，洞口呈椭圆或圆形向内凹陷。最终的玻璃幕墙有3种变化：平面纹理的变化、曲面变化和局部的弧形开口。有着平面图案的变化通过玻璃内夹定制纹样来实现，整个建筑中1000多个弧形玻璃都是特殊打造。而弧形开口，则通过对玻璃整体热弯实现。通过整体塑形与特殊肌理的塑造，这座建筑远观犹如即将出海的巨轮，配有梦幻般的窗洞，从室内看，也有朦胧神秘的美感。

3、项目应用

现代建筑水平高速发展，人们对建筑外观要求越来越高的今天有着突破性的进展，为以后更高难度的幕墙建设，开辟了一条明亮的道路。异形单元不但增加连接难度，更影响后期组装的难度系数，所以如何正确的设计单元成为了当时的重点。传统的构件式幕墙通常造型比较单一，效果不突出，为了弥补这些不足，丰富幕墙的立面效果设计，实现幕墙立面不同的光影效果，我们设计了一种竖向交错波浪形单元式幕墙。每个单元板块由左右主组合立柱、左右转折小立柱、横梁、套芯、玻璃面板等构件顺序组合装配而成，该幕墙相邻板块分别可以做成上凸折线形板块和下凸折线形板块，相邻单元板块插接安装后在立面上表现为一个上凸折线形板块接一个下凸折线形板块的竖向交错波浪形效果，整幅幕墙安装后实现竖向交错波浪形的整体立面效果。

图1竖向交错波浪形单元式幕墙局部效果

3.1构造设计技术方案

这种竖向交错波浪形单元式幕墙的板块有两种形式，分别是上凸板块和下凸板块，两种形式均由单元左右主组合立柱、左右转折小立柱、横梁、套芯、玻璃面板等构件顺序组合装配而成，其特征是：

1）左右主组合立柱均为三段式组合，通过立柱组合套芯及螺钉拼接成折线形，跨中转折处角度最大，形成单元板块的主折线形，上凸折线形板块和下凸折线形板块的左右主组合立柱的折线角度完全一致，确保相邻单元板块可插接。

在图2中，单元板块的左右主组合立柱1通过主立柱组合套芯和不锈钢螺钉拼接成折线形，左右转折小立柱3通过小立柱组合套芯和不锈钢螺钉拼接成折线形。

图2相邻单元板块插接后横剖局部放大图

2）左右转折小立柱为两段式，通过立柱组合套芯及螺钉拼接成折线形，以左右主组合立柱跨中转折处为分界分别在左右主组合立柱的上半部分和下半部分安装左右转折小立柱，左右转折小立柱通过立柱连接套芯及螺钉连接在左右主组合立柱上，左右转折小立柱安装在左右主组合立柱的上半部分时即可最终形成上凸折线形板块，左右转折小立柱安装在左右主组合立柱的下半部分时即可最终形成下凸折线形板块。

以图3中上凸板块为例，左右转折小立柱通过立柱连接套芯4和不锈钢螺钉拼接成折线形，然后上下端通过小立柱连接套芯5和不銹钢螺钉连接到左右主组合立柱1上。

3）所有立柱拼装完成后，在左右主组合立柱跨中最大角度处安装对中横梁，立柱上端安装单元上横梁，立柱下端安装单元下横梁，左右转折小立柱转折拼接处安装小横梁，所有横梁均通过螺钉与立柱连接。

在图3中，对中横梁6通过不锈钢螺钉连接至单元板块左右主组合立柱1的跨中位置，上横梁7通过不锈钢螺钉连接至单元板块左右主组合立柱1上端，下横梁8通过不锈钢螺钉连接至左右主组合立柱1下端，小横梁9通过不锈钢螺钉连接至左右转折小立柱3上。

图3上凸板块竖剖图

4）所有立柱横梁拼装完成后，安装单元板块正面矩形玻璃面板，以及单元板块侧面转折小立柱与左右主组合立柱之间形成的三角形玻璃面板，玻璃面板安装后打结构胶、耐候胶，并安装室外侧竖向明框装饰铝扣条。

主框架拼接完成，安装单元板块正面矩形玻璃面板10，侧面三角形玻璃面板11安装至单元板块左右主组合立柱1与左右转折小立柱3在板块侧面形成的两个三角形区域内。明框装饰铝扣条12（见图2）扣接在左右转折小立柱3和外露部分的左右主组合立柱1的前端，并压住玻璃面板。

5）相邻两个单元板块为一个上凸折线形板块紧临一个下凸折线形板块，并依次安装，即可实现立面上的竖向交错波浪形单元式幕墙。

3.2技术特点说明

1）竖向交错波浪形单元幕墙的设计，大大丰富了幕墙外立面装饰效果，使建筑立面更有空间感、层次感和韵律感，更加富于动感，且立面光影效果富于变化。

2）上凸折线形板块与下凸折线形板块可任意组合，同一个楼层内左右方向可一个上凸折线形板块接一个下凸折线形板块，也可以几个上凸折线形板块接几个下凸折线形板块，也可以全部采用上凸折线形板块或下凸折线形板块，形成千变万化的立面效果。

3）板块外侧竖向安装通长明框装饰铝扣条，横向转折处隐框设计，不采用全隐框幕墙，消除了玻璃坠落隐患，保证了安全性，且整体单元板块外视效果更简洁。

4）板块侧面转折小立柱与公/母立柱之间形成的三角形区域安装三角形玻璃面板，板块整体效果更通透。有很多转折式幕墙采用铝单板实现转折效果，不如全玻璃效果干净整洁。

5）玻璃面板和装饰构件均考虑了后期可拆卸维护的可更换设计。

6）板块高度按一个层高考虑，可根据不同层高调整立柱拼接角度，进而实现板块的折线形造型做法。转折小立柱的拼接角度同样可以任意调整，实现不同的建筑效果要求。

7）幕墙的玻璃都采用夹胶中空玻璃，外片夹胶，即使玻璃破裂也不会坠落，确保了安全性。

3．3单元式幕墙加工质量控制重点

交错波浪式单元式幕墙因与普通平板幕墙差异大，同时防水设计也要求更高，故生产加工过程中需要重点把控的关键点也更多，主要有以下内容：

1）型材加工精度需重点把控。该形式单元板块绝大多数铝型材均需带角度加工，铝材断料及拼装时均需做角度靠模，严格控制加工精度；

2）在安装横梁或横向型材时，在横梁两端部四周要抹上均匀、连续的银灰色耐候胶后才能与立柱或竖向型材连接，连接后必须清除角部多余的胶；

3）所有与铝型材连接的螺栓、螺钉要带胶上钉且在安装完成后都需要在其头部涂满银灰色耐候密封胶；

4）所有外露工艺孔需采用工艺孔盖封堵；

5）玻璃面板四周结构胶及耐候胶均需交圈，横竖胶缝交叉部位不可留空洞；

6）板块外部可视面胶缝打黑色耐候密封胶。打胶应饱满、均匀，不允许有气泡，外观应平整、美观；

7）首先加工试验板块，并进行单元板块性能检测试验，确保试验检测通过后再批量生产。

4、结论

综上所述，竖向交错波浪形单元式幕墙作为一种外形新颖的单元式幕墙形式，实现了立面上的造型多变性，在空间上具有强烈的层次感和方向性，给人以强烈的感官印象，通透的全玻璃建筑外表面尽最大可能拉近了人与自然环境的距离；同时通过对建筑立面玻璃幕墙的折面式节点处理，实现了对太阳光的漫反射，避免了对周边住宅的光环境污染，希望为今后类似幕墙设计提供参考。

参考文献

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