幕墙工程设计常识.docx

最近，公司计划组织一些技术培训。由于没有专门的培训人员，我提建议，将培训搞成互动学习型，就是每个人即当老师又当学生。每个人分别提出自己想学习提高的和有经验拿手的各几个题目，然后由公司汇总，最后确定一个学习目录，优先选择最热门的题目来讲。我尝试着结合创业大厦幕墙工程实例来说一下幕墙工程设计常识，这个题目太宽泛，我仅能依靠有限的知识来抛砖引玉，为这次培训做个开头。以下博文中难免有谬误存在，欢迎各位朋友不吝赐教！
    这篇博文分为两部分，第一部分是轻松愉快的话题，来看一看SDBZ创业大厦幕墙实景照片和它前面的园林；第二部分是枯燥无味的话题，结合创业大厦工程项目说一说幕墙工程设计常识。

第一部分  创业大厦幕墙实景照片与它前面的园林

    创业大厦幕墙工程分项由中贤幕墙公司设计与施工，设计于2006年，施工于2007年至2008年，竣工于2008年9月。
先看一下早期的建筑效果图

创业大厦的南面新建绿地园林，里面奇石密布

再来看看园林铜雕塑

水景

奇松

垂槐

点滴ing的构树

     我在园林里走来走去，一直想找一个理想位置拍一张创业大厦的整体照片，可惜恰逢桑拿天，雾霾茫茫，远景看不清楚。找到好位置后，我索性坐下来耐心等待，从九点等到十一点，可惜天不遂人愿，雾霾越来越重，我只好悻悻而归，感谢头顶松树上没完没了叫着夏天的知了的陪伴！

从东侧大门走近创业大厦

东侧浮雕

黄河文化 源远流长

秦皇东游 巡视天下

巾帼英雄 威震四方

西侧浮雕

杜氏家族 正色立朝

滨州剪纸 乡土情怀

桑麻布帛 家纺之城

浮雕之间的上下连接钢梁间的造型借鉴于中国的传统窗花

主入口单层索网玻璃幕墙

从东侧走近单层索网玻璃幕墙

单层索网玻璃幕墙外立面

单层索网玻璃幕墙室内立面，通透开阔，几乎没有任何遮拦！

室外玻璃十字拼缝处的梅花夹

室内玻璃十字拼缝处的梅花夹

从下向上看竖索，竖索为吊重索，设计用来承受玻璃自重。

    从左向右看横索，横索为主要承重索，设计用来承受风荷载。为什么横索设计为承重索呢？结构设计的一个基本原则，短跨布置主梁。对于本工程来说水平跨度小于垂直跨度，故水平横索设计为承重索！承重索（横索）与非承重索（竖索）虽然规格外观是一样的，￠22不锈钢钢绞线，但内力是不一样的，承重索预应力为5～7T，非承重索预应力为1～1.5T。

横索的左侧固定端索锚具

横索的右侧调节端索锚具

与主楼柱子相连的双向铰索锚具，水平铰适应风荷载变形，垂直铰适应主体沉降变形

竖索的上端固定端索锚具

竖索的下端调节端索锚具

 主楼南立面玻璃幕墙与干挂石材幕墙相间部位

东西立面玻璃幕墙与干挂石材幕墙相间部位

北立面断桥铝窗与干挂石材幕墙相间部位

 第二部分  幕墙工程设计常识

一、分格设计
    一套完整的幕墙施工图纸一般包括设计说明、立面分格图、平面分格图、剖面分格图、大样分格图、节点详图等等，其中一大部分是分格图。分格一横线一竖线看似简单，一个建筑外立面横竖线分好实则很难，要考虑很多东西，设计规范、建筑规划效果、材料规格出材率、材料强度刚度、室内房间布置、防火分区，还要考虑建筑风格、美学等等，下面结合工程实例简单说一下分格设计。（以下凡是数字后面没有单位的，均为毫米）

1.一般常识
    ·横线条（宽度＞高度）亲切自然，竖线条（宽度＜高度）冷峻挺拔。一般大型场馆、裙楼宜采用横线条，塔楼宜采用竖线条分格，这个没有定论，幕墙分格的首要原则是尊重建筑设计师的设计意图，以项目规划设计时的效果为准。
    ·分格尺寸的大小应保证幕墙的受力杆件、面板满足强度、刚度的设计规范要求。
    ·竖向分格线宜与室内房间隔墙相对应，同一板块不能跨越两个房间。
    ·从室内地面量起0.9～1.1米处宜设置水平分格线，此高度是一般人双手习惯性寻求支撑的位置。设计规范里对栏杆扶手的一般性要求为，楼梯栏杆高度0.9米，多层建筑临空栏杆高度1.05米，高层建筑临空栏杆高度1.1米。如果室内设有栏杆，那么在1.1米高度设置横梁与栏杆平齐；  如果室内不设栏杆，那么在1.1米高度设置横梁，可以部分代替栏杆。
    ·从室内地面量起1.5米左右不宜设置水平分格线，此高度为一般成年人的视线位置，此位置如设置横梁会阻挡人的视线，尽量避免在1.5米高度设置分格线，尤其是大型场馆、商业写字楼。
    ·开启扇宜设置在室内0.9米以上、1.5米以下的位置。
    ·玻璃采光顶玻璃尺寸宜控制在2000以内，防止玻璃下挠汪水。
    ·优先选用0.6、1.2、1.8、2.4、3.6米这样的可以满足多重基本建筑模数的数值。比如1.2、2.4米是最常用的数值，它与玻璃原片的标准尺寸（2440×3660）、常用板材的标准尺寸（1220×2440）、常用建筑轴线间距相吻合，在你拿不定主意选不出合适的分格尺寸时，1.2米或许是最好的选择。

    说了这么多，还是拿创业大厦为实例，看图说话吧！下面两张图片是MQ4的大样分格图，MQ4整体宽度为4600，选择四等分为1150×4，1150接近1200，玻璃原片尺寸为2440×3660，这样可以提高玻璃利用率；另外，四等分好设置开启扇、铝材用量也适中，所以选择四等分。标准层4～13F层高为3900，对应分格为900+900+2100，第一个900起始高度为层高线+200，因为每个楼层地面都有200高的踢脚线，这样正好第一个900分格顶线标高是1100，正好与室内栏杆平齐，室内看起来协调。第二个900是开启扇，开启高度合适安全。
可以看此部分幕墙的室外效果，本博文第一部分倒数第三张照片就是MQ4。

2.出材率
    分格时材料的出材率与用量是必须考虑的，对于框支承幕墙来说，铝合金立柱间距在1000～1500之间，一般铝材用量较少；玻璃短边设计为1200，出材率较高。对于点支承幕墙来说，玻璃长边设计为3000，甚至3600，这样吻合点式幕墙通透的效果，也有利于节省爪件。铝板短边设计为1200成本较低，常见铝卷宽度为1250、1550，短边1500的板要比1200的板单价贵上几块钱，所以设计铝板宽度时优先选择接近1200的尺寸。石材短边优先选择600或800尺寸，600的板单价最便宜，尽量不要选择两边同时超过800的尺寸，这属于超大板，单价很贵，石材的长边不宜超过2000，因为一般花岗岩荒料的尺寸为800×2200。
    下面这张图片是创业大厦西立面的局部大样分格图，大面是石材，中间一竖条是玻璃，石材部分宽度是十二等分，玻璃部分是两等分。标准层4～13F层高为3900，对应分格为1233+1233+1233+200，色带是200高。石材分格为690×1233，一是为了保证石材的竖向细长条效果，二是石材两边不要同时超过800，控制成本。可以看此部分幕墙的室外效果，本博文第一部分倒数第二张照片就是西立面。

    下面这张图片是创业大厦屋顶飘篷铝板的局部平面大样分格图，屋顶飘篷平面整体是一个扇形，1.8°夹角的弧形轴线内七等分，外弧为1179×7，内弧为1048×7，为什么选择七等分，而不选择六等分呢，就是为了控制铝板宽度在1200以内，节约成本。

    再来看另一个工程实例，下图是重庆鸡冠石污水处理厂消化池铝塑板外装工程（设计于2004年，施工于2005年）的剖面分格图，消化池主体结构是一个由三个半径组成的圆弧线段绕中间轴线旋转而成的蛋形构筑物，上面细地下粗。优化后的分格方案是圆周方向48等分，形成竖向48条经线，赤道位置最大分格为1800，两极最小分格为400；竖向间距统一为1192。为什么选用1192呢，铝塑板宽度1220，减去两个折边20，加上一个12胶缝，正好是1192，也就是铝塑板宽度方向不用改裁，极大地提高了板材出材率。

3.窗洞口
    遇到窗洞口往往是分格时最头疼的事，是以窗洞口为控制尺寸呢？还是先不管它赶哪算哪呢？首先，要分析整个建筑立面，如果整个立面以窗洞口为主，并规律分布，那就以窗洞口为控制尺寸来作分格，窗洞口的上下左右边线定为关键分格线，或是窗洞口的关联线定为关键分格线；如果立面有整体造型，窗洞口较少，那就以立面整体造型为主，弱化窗洞口处理。其次，看能不能将窗洞口融入到整体立面造型中，或甚至成为立面的亮点。总之，遇到窗洞口不能一概而论，具体问题具体分析，是强化洞口，还是弱化洞口，要综合评判，试做几种方案，选出最优的分格来。
    下面这张图片是创业大厦北立面的二至四层局部大样分格图，大面是石材，规律分布有断桥铝合金窗。石材分格跟随铝合金窗，横向对应铝窗位置两等分，窗间墙位置三等分；竖向对应铝窗位置两等分，窗间墙位置三等分。这样整体分格整齐大方，避免了零碎小块。可以看此部分幕墙的室外效果，本博文第一部分倒数第一张照片就是此位置。

    再来看另一个工程实例，下图是哈工大（威海）教学楼外装工程（设计施工于2005年）的东立面局部分格图，立面有8樘2900×360的小窗洞口，早期试分了几种方案与建筑师交流，结果都不太满意，最后以窗洞口的水平、垂直边线的中线为控制线重新进行分格，顺利通过了设计院的审核，美中不足的是左侧有一窄条1140，顺势向南立面分出一个1760，组合起来还是2900，增强了东、南立面的联系与立体感。

4.防火设计规范 
    一个幕墙分格不宜跨越两个防火分区，不宜跨层。遇到防火分区时，在防火分区分界线处设置分格线并将它作为整体立面的控制分格线，每层的楼板位置宜设置分格线，并在此位置设置防火隔断做法。
    下面这张图片是创业大厦层间防火隔断节点图，室内临幕墙边有200高踢脚线，故在层间建筑标高线以上200的位置设置分格线，并以此处横梁为基准设置防火隔断做法，实现幕墙分格不跨层的防火要求。

5.其它分格方法
    除了以上由规范、材料、施工等要素决定的分格方法外，还有一些非常规、非主流的分格方法，我们来了解一些，仅供参考。

 ·黄金分割
    黄金分割是一种古老的数学方法。一条线段的某一部分与另一部分之比，如果正好等于另一部分同整个线段的比即0.618，那么，这样的比例会给人一种美感。黄金分割的神奇和魔力，在科学上还没有明确定论，但它屡屡在实际中发挥着意想不到的作用。世界上众多有名建筑物的高宽比接近0.618，人们发现按黄金分割比例来设计建筑，建筑会更雄伟、壮观，用黄金分割比例来设计门窗，门窗会更加协调和赏心悦目。比如平开窗宽度一般为650，那高度选多少合适呢？1050最合适，因为这正好是黄金分割比例。再比如幕墙玻璃短边为1200，那长边1950最协调。

  ·分形
    客观事物具有自相似的层次结构，局部与整体在形态、功能、信息、时间、空间等方面具有统计意义上的相似性，成为自相似性。例如，一块磁铁中的每一部分都像整体一样具有南北两极，不断分割下去，每一部分都具有和整体磁铁相同的磁场。这种自相似的层次结构，适当的放大或缩小几何尺寸，整个结构不变。
    事实上,具有自相似性的形态广泛存在于自然界中，如：连绵的山川、飘浮的云朵、岩石的断裂口、树冠、树叶……下图是我在北戴河集发观光园拍到的一种植物的叶子，便于理解分形的概念，我给加了一些辅助标示。

    让我们来看一个分形的实例，不见得有多贴切，只是表达分形的概念，拿北京安丽家园售楼处外立面做个示例。整个建筑立面高度14.5米，宽度45米，比例为0.32；标准单元分格为600×2000，比例为0.30，此比例接近黄金分割的一个衍生比例0.382。整体看600×2000的标准单元分格比例是整体建筑的一个分形，分格协调恰当。

  ·天干地支
    在中国古代的历法中，甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸被称为“十天干”，子、丑、寅、卯、辰、巳、午、未、申、酉、戌、亥叫作“十二地支”。十干和十二支依次相配，组成六十个基本单位，两者按固定的顺序互相配合，组成了干支纪法。在天成象，在地成形，在人成运。天道和地道决定着人道，故设天干地支以契天地人事之运。天地定位，干支以定时空，时空以定世界。干象天而支象地，万物虽然都长在地上，但是万物的生长却离不开天。
    天干地支不但应用于历法，还可扩展应用于万事万物，都有它朴素唯物主义原理在里面。十二生肖、二十四节气、三十六计兵法、四十八式太极、六十甲子……12、24、36、48、60为什么古人会选用这些数字呢？很明显这些数字全是12的倍数，与天干地支有关联，更有我们现代人无法预知的秘密在里面。引申到幕墙分格，当我们遇到一段尺寸要分成十几份时，那我敢说十二等分可能是最好的选择；一段尺寸要分成二十几份时，二十四等分是最好的选择；一段尺寸要分成三十几、四十几份时，三十六、四十八等分是最好的选择。
    在本章第二小节讲出材率时，我们提到创业大厦东西立面的大样分格图，两头大面是石材，中间一竖条是玻璃，两头石材部分宽度都是十二等分，为什么不选十一或十三等分呢？十二是地支，我们优先选择十二等分，实际分下来看十二等分在此处最合适。再来看另一个工程，莱芜体育馆玻璃幕墙与金属板屋面工程，整个体育馆平面是一个圆，轴线是环形阵列，刚好是三十六等分，体育馆屋面造型为钻石，三十六等分非常协调地表达出了钻石的切割面效果。还是在本章第二小节讲出材率时，我们提到重庆鸡冠石污水处理厂消化池铝塑板外装工程，消化池主体结构是一个由三个半径组成的圆弧线段绕中间轴线旋转而成的蛋形构筑物，平面是不同半径的圆，优化后的分格方案是圆周方向四十八等分，为什么不选四十五或五十等分呢？四十八等分相当于圆的四个象限点内十二等分，放线、下尺都非常方便。
    在幕墙工程分格时，选择12、24、36、48、60数字的例子很多，尤其是圆、椭圆、球、圆锥更适合采用与天干地支相关联的这些数字，往往会产生非常好的效果。
二、节点设计
未完待续。。。。。。

三、框支承之挂钩小单元式结构与普通结构比较
四、点支承之结构形式与应用
五、全玻璃之结构形式与应用
六、干挂石材之结构形式与应用
七、采光顶之结构形式与应用
八、屋面之直立锁边铝镁锰板与压型镀铝锌钢板做法的比较