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摘要：建筑師對建筑形體的追求永無止境，西岸會展中心作為西岸地區(qū)的門戶，以“世界的會客廳”為建筑定位，采用鉆石切面的玻璃幕墻，表達星光璀璨的建筑藝術(shù)效果。建筑整體為鋼結(jié)構(gòu)，大跨度設(shè)計，由8根直棱、74根斜棱與7根水平方向的轉(zhuǎn)折線對建筑形體進行切割，形成了135個鉆石切面。項目設(shè)計中以BIM為基本工具，結(jié)合燈光設(shè)計，對細部構(gòu)造進行多方案比選及反復(fù)論證，確保整體鉆石效果的實現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：玻璃、鉆石、BIM、大跨度
1、 引語
上海西岸位于徐匯濱江地區(qū)，是上海十二五規(guī)劃的六大功能區(qū)之一，是上海中心城區(qū)最具公共活力的濱水新城區(qū)。該區(qū)域匯集了西岸傳媒港、上海夢中心、油罐藝術(shù)中心、西岸美術(shù)館等知名建筑。西岸會展中心位于西岸核心地區(qū)，建筑面積77350平米，幕墻面積約3萬平米，建成之后，將成為上海標志性的文化藝術(shù)空間之一，與著名的陸家嘴天際線競相媲美。
作為世界藝術(shù)博覽會展館，項目建成后將全年承辦多種會議、展覽，打造核心區(qū)的歷史人文科技交匯點，成為西岸的一顆璀璨明珠。
2、 項目概述
西岸會展中心建筑高度49.7米，7層，整體為鉆石造型，外立面為均為玻璃幕墻。內(nèi)部主體結(jié)構(gòu)為中心支撐鋼框架結(jié)構(gòu)，項目容積率2.00，建筑密度（詞條“建筑密度”由行業(yè)大百科提供）53.65%，綠地率10.10%，結(jié)構(gòu)安全等級為1級。項目主入口在北側(cè)，北側(cè)區(qū)域延伸到東西兩側(cè)，內(nèi)部為大空間。南側(cè)為后勤區(qū)域。
根據(jù)項目表皮所在位置及系統(tǒng)類型，將建筑表皮系統(tǒng)劃分如下：
3、 建筑形體分析
為了表達建筑整體鉆石造型的設(shè)計理念，建筑形體由三角形切面和四邊形切面組成，經(jīng)過分析，建筑共有135個切面，切面布置方式如下：
基于建筑形體的復(fù)雜造型，為了更好的確定幕墻系統(tǒng)及分格的劃分，本項目以BIM為工具，對建筑形體進行參數(shù)化分析，主要進行了以下參數(shù)的分析：
3.1板塊傾角分析
根據(jù)規(guī)范要求，表皮傾斜角度以建筑表皮與水平方向的夾角75°為界，小于75°的為采光頂，大于等于75°且小于90°的為斜幕墻。等于90°的為直幕墻。本項目只有位于腰棱位置的WT-02系統(tǒng)為直幕墻，其余均為斜幕墻和采光頂。
針對不同位置板塊傾角統(tǒng)計如下：
3.2 切面間夾角分析
除屋頂光伏區(qū)域外，建筑由8根直棱、74根斜棱與7根水平方向的轉(zhuǎn)折線共同組成了建筑的鉆石造型。
棱線表示面的轉(zhuǎn)折，轉(zhuǎn)折的夾角不同，對應(yīng)的型材開模角度均不同。在模型中對棱進行編號，如下：
高度方向逐層對棱進行編號和分析，最終統(tǒng)計結(jié)果如下：
斜棱：157.7°-179.3°
直棱：123.7°-172.9°
4、 幕墻分格及典型幕墻系統(tǒng)解析
4.1 分格的劃分
根據(jù)《采光頂與金屬屋面技術(shù)規(guī)程》JGJ255-2012，“3.4.6 玻璃面板面積不宜大于2.5㎡”，同時上海地標《建筑幕墻工程技術(shù)規(guī)范》DG/TJ 08-56-2019,“18.2.10 采光頂或雨蓬所采用的玻璃板塊，單塊面積不宜大于2.5㎡，不應(yīng)大于3㎡，長邊邊長不宜大于2m”。
根據(jù)BIM對幕墻板塊傾斜角度的分析，有超過一半的幕墻表皮屬于采光頂?shù)姆秶饕秶鸀槭讓哟蟛ＡЪ按蟛Ａ线呉粭l及腰棱以上部位。因為整個建筑形體為異形，分格劃分需要兼顧美觀性及面積控制的要求。通過BIM參數(shù)化設(shè)計，對幕墻分格進行劃分，分格參數(shù)包含幕墻邊長、面積、傾斜角度等信息，為整個幕墻分格的控制提供了參數(shù)依據(jù)。
4.2 幕墻構(gòu)造設(shè)計
因為本項目的特殊造型及大跨度的受力模式，很難采用普通的幕墻龍骨系統(tǒng)實現(xiàn)。最終選擇了由主體結(jié)構(gòu)完成整體鋼架，除首層、VIP部位外，其余位置幕墻分格背后均有主體鋼龍骨，主體鋼龍骨模型如下。
(1)標準部位做法
標準部位節(jié)點如下：
該系統(tǒng)設(shè)計以200*200的主體結(jié)構(gòu)為生根點，考慮了主體結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生的誤差，通過轉(zhuǎn)接件及抱箍設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)三維六向調(diào)節(jié)。
切面交接部位為直棱或斜棱，不同位置棱的角度不同，且不同棱組合到一起的情況很多，依據(jù)BIM分析的棱的角度進行型材的開模涉及，同時對典型部位多棱交接的部位，進行交接情況的分析和歸類，根據(jù)不同交接情況，考慮棱的不同生根方式。
(2)腰棱部位做法
在腰棱部位，為了實現(xiàn)VIP部位極致通透的效果，幕墻系統(tǒng)采用了橫龍骨豎桿設(shè)計，橫龍骨采用高精鋼，用于承受玻璃傳遞的風(fēng)荷載，豎向設(shè)置不銹鋼拉桿，用于承受重力。
拉桿在每根高精鋼橫梁的部位斷開，在高精鋼中預(yù)先連接帶螺紋的套桿，每段拉桿上下設(shè)置套筒，通過套筒與螺桿（詞條“螺桿”由行業(yè)大百科提供）的進出實現(xiàn)螺桿的安裝。
玻璃安裝在前邊，與拉桿存在重力偏心，會產(chǎn)生偏心扭矩，不銹鋼拉桿本身為柔性構(gòu)件，只能受拉不能受壓，為了避免拉桿因為偏心扭矩產(chǎn)生受壓的情況，在早期方案中考慮過設(shè)置一定的預(yù)應(yīng)力，分析下來，因為上下主體鋼龍骨太弱，無法承受該預(yù)應(yīng)力，方案不成立。后續(xù)方案考慮用玻璃及高精鋼的重力產(chǎn)生的拉力去抵抗重力偏心產(chǎn)生的扭矩，最終經(jīng)過計算，在各種工況下，拉桿均為拉應(yīng)力狀態(tài)，不會出現(xiàn)壓應(yīng)力，滿足受力要求。
最下邊一根拉桿不受力，為裝飾拉桿，拉桿底部設(shè)置可自由伸縮的套筒，最大可實現(xiàn)正負40mm的變形。實際拉桿變形最大21.96mm，目前構(gòu)造能夠滿足最大變形
(3)首層玻璃幕墻做法
首層玻璃與水平面（詞條“平面”由行業(yè)大百科提供）夾角小于75°，玻璃面積超過9平米，為超大玻璃。該玻璃整體外傾斜，為了避免超大玻璃自爆產(chǎn)生傷害，通過在室外設(shè)置景觀，避免人員進入玻璃下方。在系統(tǒng)設(shè)計過程中，考慮過帶玻璃肋的全玻璃幕墻，對邊支撐的櫥窗幕墻等做法。因為玻璃整體外傾，采用玻璃肋全玻璃幕墻，會讓結(jié)構(gòu)膠長期受力，有安全隱患。對邊支撐的櫥窗類玻璃做法，需要對玻璃進行加厚，而且玻璃與水平面的夾角小于75°，玻璃需要按照長期荷載（詞條“荷載”由行業(yè)大百科提供），且玻璃加厚之后，玻璃自身的強度會降低，形成惡性循環(huán)，無法滿足受力需求。最終選擇了高精鋼系統(tǒng)作為幕墻豎向龍骨，上下入槽的四邊固定方式。豎向高精鋼充分利用了玻璃的厚度空間，盡可能在視覺上弱化立柱。在折線部位，立柱在工廠一體加工成型，避免現(xiàn)場焊接。
(4)開放式屋面做法
開放式屋面位置做法與標準版為類似，板塊之間預(yù)留縫隙，用于排水（詞條“排水”由行業(yè)大百科提供）。
5、 幕墻結(jié)構(gòu)安全性分析
本項目為整體為鉆石造型，大部分玻璃為內(nèi)傾或外傾，相比立面幕墻，傾斜幕墻有更大的破壞及脫落風(fēng)險，本項目考慮了以下加強措施。
5.1 玻璃的選擇
為了避免玻璃自爆脫落，玻璃內(nèi)外均采用了夾膠玻璃，且夾膠片采用了SGP膠片，SGP膠片相比PVB膠片，在玻璃破碎后有更高的殘余強度，足以支撐玻璃，避免玻璃脫落。
5.2 玻璃的防墜落措施
玻璃上下設(shè)置護邊及防墜落鋼絲繩，鋼絲繩經(jīng)過受力計算，足以承受玻璃墜落時候產(chǎn)生的拉力。
5.3 加厚壓板及螺栓（詞條“螺栓”由行業(yè)大百科提供）設(shè)計
考慮到玻璃外傾，會對壓板及螺栓產(chǎn)生長期荷載，在設(shè)計中對壓板及螺栓進行加厚加大處理，預(yù)留足夠的安全余量，保證極端情況下幕墻的安全性。
5.4 計算參數(shù)的考慮
(1)玻璃按照長期荷載考慮強度
根據(jù)上海幕墻地標3.2.1，鋼化玻璃短期荷載強度設(shè)計值是長期荷載強度設(shè)計值的兩倍，如5~12mm鋼化玻璃，中部強度，短期荷載為84N/mm2，長期荷載為42N/mm2。本項目整體為內(nèi)傾或外傾，重力會產(chǎn)生垂直玻璃的長期荷載，鋼化玻璃應(yīng)按照長期荷載考慮強度。
(2)SGP膜的剪切模量取值
SGP剪切模量受溫度影響較大，本項目按照50℃進行取值。
(3)考慮一塊玻璃破損情況下的強度校核
為了避免一塊玻璃自爆引起整塊玻璃的破壞，在玻璃計算中考慮了一塊玻璃破損情況下殘余玻璃強度滿足要求，大大提高了項目的整體安全系數(shù)。
(4)數(shù)字風(fēng)洞模擬
考慮到項目整體為鉆石造型，結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范中沒有完全匹配的風(fēng)荷載取值依據(jù)，為了避免風(fēng)荷載取值偏小的情況，本項目進行了數(shù)字風(fēng)洞模擬，且在計算中風(fēng)荷載取值按照規(guī)范及數(shù)字風(fēng)洞模擬中不利的值進行計算。
6、 關(guān)于幕墻的美觀性-玻璃的顏色及玻璃平整度控制
作為鉆石切面的玻璃盒子，要想實現(xiàn)類似鉆石晶瑩剔透的效果，在玻璃顏色、反射率、透光率、玻璃平整度等方面都至關(guān)重要。為了提高幕墻的鏡面效果，幕墻玻璃選用了15%的反射率玻璃。在玻璃顏色選擇方面，通過樣板對不同參數(shù)的玻璃進行比選。
本項目周圍有高層建筑物，在特定的角度下，高層建筑會反射到本項目建筑立面。高層建筑的豎向線條在投射到建筑表面上會產(chǎn)生變形，這個是鋼化玻璃的本質(zhì)決定的。鋼化玻璃在加工過程中會產(chǎn)生弓形變形或者波形變形，國家規(guī)范對弓形變形和波形變形均有嚴格的限制。考慮到本項目為傾斜玻璃，在重力的作用下，玻璃會產(chǎn)生變形，加大鋼化玻璃的弓形或者波形缺陷，所以本項目玻璃進行了從嚴要求，對弓形變形，最大弓形值要求：≤0.15%(規(guī)范值為≤0.3%)，對波形變形，最大波形測量值要求：<0.1mm(規(guī)范值為≤0.2%)。
7、 光伏建筑一體化
光伏作為重要的節(jié)能降碳措施，越來越多的應(yīng)用在建筑中，光伏在建筑中的應(yīng)用有BAPV和BIPV兩種形式。
BAPV為“后安裝型”建筑太陽能光伏，光伏材料僅用于發(fā)電，不承擔(dān)建筑防水、遮陽等建筑功能，可在已有建筑上安裝，一般安裝于屋頂部位。
BIPV為光伏建筑一體化，光伏系統(tǒng)與建筑同時設(shè)計、同時施工、同時投入使用。它作為建筑的一部分，既用于發(fā)電，又能夠替代部分建筑立面的材料。
本項目整體為鉆石造型，為了保證完整的鉆石效果，屋頂部位采用了半開放式設(shè)計，平頂部位采用了碲化鎘薄膜電池（詞條“薄膜電池”由行業(yè)大百科提供）玻璃替代普通的鋼化玻璃，玻璃安裝方式采用了標準的幕墻系統(tǒng)做法，保證了建筑第五立面的效果。
8、 清洗方案
根據(jù)以往工程經(jīng)驗，傾斜的建筑表皮相比立面的建筑表皮更容易臟，原因是傾斜朝上的面容易積灰，在下雨的時候，積灰會變成泥水流下，最終污染整個建筑立面。雖然本項目在細節(jié)設(shè)計上考慮了減少污染的措施，但無法改變因為建筑形體而造成的易臟的根本特性。所以考慮清洗措施就顯得尤為重要。
本項目整體為鉆石效果，且要保證完整的鉆石造型，在屋頂設(shè)置傳統(tǒng)的擦窗機不太現(xiàn)實，且傳統(tǒng)的擦窗機很難滿足清洗需求。考慮到建筑的高度、形體等特性，以腰棱為界面，腰棱以下玻璃高度不高，且整體外傾，適合地面設(shè)備進行清洗，最終選擇蜘蛛車進行清洗。腰棱以上部位，蜘蛛車無法達到，且玻璃傾斜向上，有利于蜘蛛人清洗，最終選擇在屋頂設(shè)置蜘蛛人用安全生根點，可以連接安全繩和工作繩，保證擦窗的方案。
9、 關(guān)于規(guī)范的思考
隨著三維軟件在建筑行業(yè)的普及，異形形體建筑越來越多，作為幕墻中最重要的玻璃幕墻，也開始出現(xiàn)了越來越多的異形玻璃幕墻。新事物的產(chǎn)生往往依賴于技術(shù)的進步，幕墻行業(yè)從上世紀出現(xiàn)到現(xiàn)在，已經(jīng)取得了長足的進步，以玻璃為例，超大玻璃、雙曲玻璃、多層中空玻璃、多層夾膠玻璃、真空玻璃（詞條“真空玻璃”由行業(yè)大百科提供）、中置遮陽玻璃等新產(chǎn)品層出不窮。在異形幕墻的落地過程中，會受到很多規(guī)范的限制，以本項目為例，為了達到通透的建筑效果，建筑師傾向于玻璃板塊適當(dāng)加大，在項目設(shè)計過程中，為了突破規(guī)范中不應(yīng)超過3平米的要求，在設(shè)計中考慮了采用SGP玻璃、設(shè)置防脫鏈、考慮一塊玻璃破損等加強措施，最終還是因為規(guī)范原因無法通過評審。超過3平米的案例并不是沒有，如升級之后的浦東蘋果店，玻璃筒直徑9.75米，頂部共有13塊玻璃，平均一塊玻璃面積為5.75平米。
上海圖書館東館，玻璃傾角為66.753平米，幕墻尺寸為4.2米寬，1.55米高，玻璃面積為6.5平米。項目2021年完成至今，未出現(xiàn)安全問題。
基于以上分析，為了滿足日益豐富的建筑形體，在保證安全的前提下，建議更加靈活的執(zhí)行規(guī)范，通過技術(shù)論證等途徑，為突破規(guī)范的項目提供可行的方向。
10、 結(jié)語
西岸會展中心幕墻從2022年開始論證到2024年開始施工，預(yù)計2025年完工。其整體鉆石造型的建筑形體將融入西岸整體建筑群，助力西岸地區(qū)成為“上海2035”城市總體規(guī)劃中高品質(zhì)中央活動區(qū)核心功能的重要承載區(qū)。
作者單位：上海市建筑裝飾工程集團有限公司
華東建筑設(shè)計研究院有限公司
