浅谈居住建筑外立面运用玻璃幕墙的主要技术措施
时间：2020-03-31 05:14:43 来源：千叶帆 本文已影响人
【摘要】玻璃幕墙作为建筑表皮应用于居住建筑中，受到很多条件的制约，案例并不多见。广州市珠江新城汇悦台（超高层住宅）项目中的外墙面大量应用了玻璃幕墙，设计上结合科技、创造力和独创性，创造出能够符合设计理念并体现产业价值的优秀建设项目。
【关键词】玻璃幕墙;居住建筑;建筑节能;玻璃性能
1、概述
建筑立面的处理是建筑师最重要的任务之一，优秀的立面设计为建设项目带来超高的辨识度，而建筑表皮恰恰是建筑和视觉交流的第一道连接。玻璃幕墙作为建筑外表皮可以集使用功能和装饰功能于一体，它带来干净、通透的视觉效果，使建筑物更具有时代感。[1]玻璃最早被应用在建筑领域即为罗马时期的庞贝古城。原来仅用于教堂等类型建筑的玻璃，在19世纪取得生成技术的重大进步后开始大规模进入建筑行业。现代设计中，建筑外围护技术发展迅速，尤其在玻璃技术领域，玻璃幕墙成功地代替了传统外墙，已经广泛应用于各类建筑上。而在居住建筑的外表皮设计中，由于玻璃的透明导致视线通透的特性，无法对功能空间的私密性起到较好的保障作用，除别墅、公寓类建筑及居住建筑的公共部分外应用得较少。
2、玻璃幕墙在居住建筑中的应用
在居住建筑中使用玻璃幕墙系统，最为著名的当属1950年落成的范斯沃斯住宅，以大片的玻璃取代了阻隔视线的实体墙，成为名副其实的“看得见风景的房间”，但也因为其完全忽略居住者的私密性和舒适性而备受诟病。在玻璃工艺快速发展的今天，这种曾经易碎、脆弱且高耗能的材料，已经变成了可以大胆建造空灵式建筑的高性能材料之一了。
玻璃幕墙在居住建筑中一般应用于公寓、别墅类，公寓类建筑有密斯设计的芝加哥湖滨路公寓、WielArets设计的荷兰B Tower公寓，这类建筑更偏向于公共建筑的类别，所以会大面积地使用玻璃幕墙。住宅类建筑因其对私密性的较高需求，且基于成本的控制要求，多半仅在局部立面上使用，比如广州珠江新城的天銮和琶洲的保利天悦均位于珠江边，在外立面上仅局部使用了玻璃幕墙，在立面风格上跳脱不出传统住宅建筑的窠臼。对比这两个项目，匯悦台创新性地在大部分外墙采用了完整的玻璃幕墙设计，使这样超高超大体量的建筑更显得轻巧时尚。
玻璃幕墙作为外表皮的围护结构，主要存在以下的优缺点。
优点：外立面的整体效果出众，现代感强;透光性好，为室内提供充足的光线;耐候性和自洁性较好。
缺点：大面积的镀膜玻璃幕墙易产生眩光;隔热性能较差;玻璃的通透性能影响私密性;玻璃存在自爆、易坠落的安全问题;玻璃幕墙的防水性能较弱。
既要在设计中充分考虑玻璃幕墙使用的灵活性，也要最大限度地减少能耗，如何克服玻璃幕墙存在缺点，突出其优点，是创造性幕墙设计的重点。
3、汇悦台的立面设计
广州市珠江新城汇悦台（超高层住宅）项目地块位于广州市新中轴线上的城市中心CBD区域——珠江新城规划区内，南临珠江新城临江大道面向珠江，拥有一线珠江美景，东邻政府机关办公楼及城市公共绿地，北面与南国花园相邻，西面与新城海滨花园相对，现在已落成并投入使用，该项目已经成为华南地区顶级豪宅之一。
汇悦台项目因其独特的地理位置，设计之初的核心设计理念就是充分借用珠江新城一线江景的优势，铸就休闲为主导的“极致·唯一·尊贵·健康”新生活方式，以及别具一格的国际顶级豪宅居住理念，并结合珠江新城CBD中心商务区的周边城市环境建筑风格，以独特、超前、创新的设计理念创造出“极致·唯一”城市建筑新形象。基于这样的设计理念，立面设计的标志化及景观视野的最大化成为设计的首要关注点。科学合理地规划、设计主要体现在以下几个方面：
首先，要确立符合设计理念的建筑外观。外立面的设计采用了极简主义，只使用很少的几种材料，大面积使用的材料就是玻璃。玻璃幕墙以其轻巧的外观、笔挺的线条、光洁的表层，对整个建筑的外观起到提亮的作用;同时，为了实现对珠江美景的一览无遗，达到绝对透明的內视效果，玻璃的通透性及其纤细的骨架也满足了这一要求。
其次，要兼顾居住建筑的功能性需求。保障住户的私密性和景观最大化的需求，减少对视和建筑相互间的遮挡。在规划布局上，形成内凹式弧形布局，使每一栋单体的主立面均朝向江面，并尽量减少单体建筑之间的遮挡和对视;同时兼顾高区和低区的景观需求，住户的主要功能房间既可以看到一线江景，也可以看到优美的景观园林，即使是卧室及其卫生间这种需要最大私密性的功能空间也能采用玻璃幕墙作为外围护结构。另外，合理的规划布局和适宜的建筑朝向，有利于引导小区自然风，可以有效降低建筑的外表面温度，对采用玻璃幕墙做外皮有积极的意义。
再次，解决建筑内部的自遮挡，形成景观视野的最优布置。设计的过程中优化了结构设计，不同于常规的框剪结构，外围的结构柱采用了圆形钢筋混凝土柱，替代常规的剪力墙设计，配合玻璃幕墙的外立面设计，最大限度地拓宽了景观视野。
最后，在设计细节上，提高景观视角的广度。为了使从室内看向室外的景观视角最大化，阳台门原设计为折叠玻璃门，但国内的产品质量难以得到保证，且由于建筑的高度及地理位置的限制，折叠门在气密、水密和抗风压上都存在很大缺陷。因此，在设计上的进行了优化，改为了大尺度的提升推拉门。即满足了內视效果，也能满足高层建筑气密、水密的规范要求，提高使用的安全性和舒适性。
4、汇悦台项目玻璃幕墙主要的技术措施
汇悦台项目采用玻璃幕墙作外围护结构，存在了节能、安全及实用性等幕墙体系均存在的问题，建筑师、幕墙深化设计公司，以及幕墙施工单位三方沟通协作共同解决：
4.1节能问题
本项目地处夏热冬暖气候区，隔热是建筑围护结构节能的主要问题。玻璃幕墙的隔热性能主要针对辐射、传导和对流。幕墙玻璃材质是节能设计的关键，良好的建筑朝向引导室外空气流动，也有利于玻璃表面的降温，使玻璃不会因太阳辐射而累积热量成为一个新热源，归纳为以下几点：
（1）夏季隔热：在建筑材料迅猛发展的今天，有了大部分透明的复杂镀膜，使得这些结构也可以充当气候控制器。要减少太阳得热，项目采用高隔热的双层中空单银LOW-E玻璃，参照建筑外窗的南向遮阳系数为0.50，选用玻璃的遮蔽系数为0.35，玻璃间的空气层也减少了热传导，空气层的厚度为12mm，隔热效果好。
（2）透光率：项目临近珠江，景观视野最大化的表现在于减少一切不必要的遮挡和保证对外通透性，以及外部对内的透光率之间的平衡;项目选择了较高于节能设计要求的高透光率玻璃，透过率为52%，白天可减少不必要的人工照明，为室内提供充足的光线，创造出明亮环境的同时达到节能的目的。
（3）自然通风：项目处于南方地区，自然通风，减少空调的使用率，降低能耗等是该地区设计重要特点。建筑的朝南面为玻璃幕墙的外墙面，与本区域夏季主导风向入射角小于45°;玻璃幕墙在不同朝向均设有开启扇，令建筑物产生穿越的通风，形成最直接的通风系统，调节室内环境的同时减少空调的使用率。
4.2安全问题
安全问题是玻璃幕墙十分重要的一环，项目幕墙设计时从两方面去考虑安全性的问题：
（1）光污染：项目临近的临江大道是广州主要的东西向主干道，双向6车道;建筑外立面大面积的镀膜玻璃在阳光的照射下，从不同的角度反射的光使人产生眩目，会影响行驶车辆中司机的驾驶安全。故项目在玻璃幕墙的主朝向上也尽量避免将阳光的热量反射到周边建筑物及道路广场上，同时采用了低反射的阳光控制膜，玻璃可见光反射率为0.19，大大降低了眩光产生的几率。
（2）玻璃的自爆、坠落：汇悦台项目采用明框玻璃幕墙，避免因结构密封胶的老化因其玻璃脱落;外片玻璃采用半钢化玻璃或均值钢化玻璃合成的安全夹层玻璃，夹层玻璃具有防坠落性能，超白钢化玻璃或均质钢化玻璃可以有效降低自爆率;增加安全防护措施，在建筑的主要出入口处增加大型雨棚，并在幕墙下方周边区域合理设置绿化带灯缓冲区域;开启扇采取防坠落结构，合理选择铰链、限位撑和锁具等，强化锚接点的设计，增加当铰链和锁具失效时防止开启扇坠落的附加措施。
4.3渗、排水问题
玻璃幕墙的渗、漏水问题严重影响建筑物的使用功能和寿命，降低了建筑物的安全性和耐久性。幕墙发生渗漏的三要素包括：外表面有缝隙、缝隙周围有水、有使水通过缝隙进入幕墙内部的作用。通过合理选用幕墙系统降低幕墙自身的渗漏水问题，尽量减少缝隙、减少缝隙处的压力差、将渗入内部的水集中并排出。
1.幕墙系统自身渗、漏水：本项目属超高层住宅，且临江，无遮挡，风压大，更要提高幕墙气密性和水密性的性能。主要措施有：①对有缝的地方采取防水密封材料进行封堵，属于被动防水;②运用雨幕原理和等压原理，减少表面雨水的渗入，属于主动防水;③在铝型材上设置流向室外的泄水小孔，把通过细小缝隙进入幕墙内部的水收集起来，包括玻璃、铝型材之间等压仓内的少量积水，排出幕墙外;④幕墙开启扇的增多，也会带来更多的渗水问题，开启扇的上部是防渗漏的薄弱环节，可以通过幕墙设计将表面的水膜分开，不流经开启缝，达到阻水的目的。⑤在保证通风效果的前提下，尽量减少设置开启扇，增强整个幕墙系统的密闭性。
2.关键节点的防、排水问题：由于雨水落到建筑外壁后，会沿着外壁向下流淌，建筑下部会形成积水，幕墙根部容易发生渗漏，包括首层、屋面室内外交接处（出入口及非出入口）有水房间与幕墙交接处、阳台的室内外交接处等，因此玻璃幕墙与楼地面交接处是防、排水的关键节点。幕墙系统的防水措施主要包含了挡水胶条和披水板，而建筑外部地表的积水要采取相应的技术手段收集并排除。项目采用方式：首先是要疏水，在建筑外墙根部向外找坡，形成高差，避免积水;其次是在外墙上增加遮蔽措施，减少大量的雨水同时积聚，尤其是在有出入口的位置，避免雨水直接飘入及渗入;最后是收集并尽快排除，沿着建筑外墙周边设置排水沟，接入室外排水系統。
总结：
汇悦台的立面设计贯彻了建筑师的设计理念，既达成了建筑美学设计，也增加了产业的价值，提升了整体的形象，给项目带来了尊贵的地位，成为了华南地区最顶级的豪宅。
尽管玻璃幕墙应用在住宅上仍然存在一些问题，但对于本项目来说，科学合理地规划、设计，结合科技、创造力和独创性，使玻璃幕墙在外立面的应用上发挥到了极致，让汇悦台成为珠江边上的一颗璀璨的明珠。在讲求可持续发展的今天，建筑的表皮除了防护的基本功能，应拥有舒适、经济、适用的特点，同时考虑其耐久性和可维护性，当减少了维修消耗并增强了节能效果，其建筑的可持续性就得到了改善。[3] 玻璃生产与加工工艺的持续发展，以及预制产品的持续改进，都对满足日益增加的功能需求与对全新审美表达形式的探索起到了决定性的作用。
近年来，玻璃加工的发展已挑战了各种技术可行性、有效性和规格限制的极限。未来的玻璃幕墙设计除了加强玻璃热工性能的改善外，还应更注重其主动利用能源的一面，比如合理利用绿色能源——太阳能，使玻璃作为最重要的建筑材料之一，为建筑师带来更多的自由和创造力。
参考文献：
[1]（英）罗素·布朗.建筑材料与细部结构-Glass玻璃.2016年3月：10.
[2]（英）罗素·布朗.建筑材料与细部结构-Glass玻璃.2016年3月：35.
[3]尤塔·阿布斯，斯蒂芬·罗本努斯.建筑中的玻璃—新发展.建筑细部.2015（02）：276-285.
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