广州西塔单元式幕墙系统设计与施工技术

广州西塔单元式幕墙系统设计与施工技术

摘要：单元式幕墙是通过幕墙板块上下左右相互插接形成等压腔来确保建筑外围护的水密及气密性能的。而广州西塔幕墙工程的建筑理念是成就一个晶莹剔透“三角水晶体”造型，如何既能满足建筑师对双曲面造型追求的同时，又能够以平面单元板块确保实现幕墙“遮风挡雨”的功能，这对幕墙的系统设计和施工技术都提出了更高的要求。

关键词：空间模型；以平代曲；抛物线；防水；测量；施工技术

广州珠江新城西塔项目坐落在广州市珠江新城花城大道以南，珠江大道以西，西边毗邻富力中心，南边为第二少年宫。广州珠江新城西塔项目处在新城市中轴线与珠江观景轴的焦点上，其新颖的结构体系，优美的建筑外观，已经成为珠江江畔的一道亮丽的风景线和广州市新的城市名片。

广州西塔整个建筑造型别致，首先在平面上由隐框折线玻璃拼成圆弧半径分别为71m和10m的大小圆弧，大小圆弧圆滑连接组成圆润的三角。再在高度方向有规律的按5100m为半径的圆弧层叠起来，使建筑的整个体量由底部不断向上放大，在第31层处达到峰值后顺滑的内缩，直至最顶部103层。隐含不露框的折线玻璃板块组成了璀璨夺目的各个发散的反射

面，充分还原了建筑师晶莹剔透的“三角水晶体”的双曲面设计造型，形成修长、闪烁、流动的水晶效果。结构体系新颖，建筑外观优美，但是幕墙系统设计与施工的难度很大，极具挑战性。外观效果见右图。

一、单元式幕墙系统设计

1．双曲面空间模型的构成

如左图所示，单元式幕墙的折线板块在平面上由半径为

71m和10m的大小圆弧圆滑连接组成圆润的三角。在立面上大小圆弧都处在5100m为半径的圆弧上，由此形成平面以及立面上两个方向的曲度------双曲面。大小圆柱面经过层叠、平移错位、旋转、搭接四个动作最终形成圆润的三角水晶体。大小弧之间的调整格板块起圆弧过渡的作用。

大小弧板块均由矩形板块组成，单元式玻璃板块的主要分格为：酒店层：（1500，1000）×3375mm；办公层：（1500，1000）×4500mm。调整格板块由梯形板块组成。也就是说把所有的问题集中在调整格板块上，由调整格板块的特殊构造来解决以平代曲的问题。

由于每层圆柱面进行了相应的旋转，其旋转幅度以31F为界，形成了两种不同的状态：下部外倒，上部内倾。

1.1 外倾的情况

下部外倒，角度由-1.63°至0°不等；由于下部圆柱面的外

倒旋转，使单元板块上部横梁处两端高，中间低，每层因角度不同而高低差不同，最大达到94mm。

1.2 内倒的情况

上部内倾，由0°至+4.59°不等，而由于上部圆柱面的内倾旋转，使单元板块横梁中间高，两边低，每层因角度不同而高低差不同，最大达到140mm。

下部外倒和上部内倾这两种状态，给单元式幕墙等压腔的构造以及如何确保幕墙水密气密性能均带来了一系列难题。

2．单元板以平代曲的实现

对于大小弧板块来说，由于均为矩形板块，其玻璃面夹角固定为178.79度和174.27度。通过对大小弧板块的铝合金公母槽分别开模，以两套不同的模具来适应上述两个不同角度。

而对于调整格板块来说，针对其均为梯形板块的特点，采取两种不同的组合形式。对于玻璃面夹角大于176.53度的所有角度用大弧模具来调节适应。铝合金公母槽的对插角度不变为178.79度，通过旋转横梁与玻璃来实现角度变化。对于玻璃面夹角小于176.53度的所有角度用小弧模具来调节适应。铝合金公母槽的对插角度不变为174.27度，通过旋转横梁与玻璃来实现角度变化。

广州西塔幕墙双曲面造型以平代曲的模型中，单元板一定会存在四点不共面的情况，并且全部集中在调整格板块。实践证明：经过精心建模，将四点不共面（翘曲）的幅度控制在合

理的范围内，单元式幕墙以平代曲是完全可以实现的。

3．抛物线水槽的防水设计

通过上述模型可知：由于每层圆柱面进行了旋转，使单元板块的横梁出现两端与中间高低不同的情况，整个单元板块的横梁呈现出一个抛物线型。抛物线型水槽的防水设计成为亟待解决的问题。

3.1 合理构造单元式幕墙的等压腔

单元式幕墙的铝合金公母槽由于其对插的构造要求以及加工工艺的要求，形成了C形开口的截面形式。但这种截面形式对单元企料的抗扭性能有一些消极影响，为了消除这些不利影响，在铝合金公槽的中部每隔800mm设置一块铝挂钩以确保公母槽始终共同工作。同时还增加了企料的整体刚度，使公母槽的配合更加紧密，有效避免了在风压作用下铝合金公母槽张口的可能。单元式幕墙的铝合金公母槽与铝合金上下横梁的对插构造是完全靠胶条来实现其水密、气密性能和结构传力的。通过合理选用不同硬度不同压缩量的胶条，在公母槽与上下横梁的最内侧则选用较高硬度较小压缩量的胶条以确保公母槽结构的传力，确保了铝合金幕墙系统整体结构安全；而在公母槽与上下横梁的外侧选用较低硬度较大压缩量的胶条以确保槽口的始终密封从而保证幕墙的水密、气密性能，形成有效的等压腔。

3.2 有效组织单元式幕墙的排水路径

单元式幕墙的排水路径始终遵循“分层排水、错层排出”的原则，分成前腔雨水与后腔雨水两种不同情况。外界雨水通过批水胶条进入前腔后因自重而下落由单元板块的底部自然排出可称为前腔雨水。后腔雨水是指少量的前腔雨水进一步越过一次密封胶条进入后腔而形成的。后腔雨水本身数量已较少，并且在自重的作用下会沿着铝合金企料不断下落，直至在单元板块底部进入的下一个单元板块的接水槽中再由专门构造的排水小腔排出后腔进入前腔，沿着铝合金企料下落至下一单元的水平批水胶片处最后彻底排出。

3.3 单元板块间设置挡水胶皮，切断雨水汇集线路

由于整个单元板块的横梁呈现出一个抛物线型，在单元板块间设置挡水胶皮，完全切断了雨水汇集线路，使雨水能够按单元板块分块各自排出，大大减小了雨水由于长期汇集不断积聚而带来的渗漏可能。

4．设备层及避难层单元板块的后装设计

广州西塔主塔楼幕墙总高度434米左右，总共103层，其中04F到103F均为单元式幕墙,其间12-13F、30-31F、

48-49F、66-67F的全部以及73F、81F的局部为设备层和避难层。设备层和避难层单元板块的后装设计为整个幕墙单元板块的安装划分施工区段提供了可能。

二、单元式幕墙施工技术

广州西塔双曲面单元式幕墙的独特性对传统的幕墙施工技