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摘要：建筑师对建筑形体的追求永无止境，西岸会展中心作为西岸地区的门户，以“世界的会客厅”为建筑定位，采用钻石切面的玻璃幕墙，表达星光璀璨的建筑艺术效果。建筑整体为钢结构，大跨度设计，由8根直棱、74根斜棱与7根水平方向的转折线对建筑形体进行切割，形成了135个钻石切面。项目设计中以BIM为基本工具，结合灯光设计，对细部构造进行多方案比选及反复论证，确保整体钻石效果的实现。
关键词：玻璃、钻石、BIM、大跨度
1、 引语
上海西岸位于徐汇滨江地区，是上海十二五规划的六大功能区之一，是上海中心城区最具公共活力的滨水新城区。该区域汇集了西岸传媒港、上海梦中心、油罐艺术中心、西岸美术馆等知名建筑。西岸会展中心位于西岸核心地区，建筑面积77350平米，幕墙面积约3万平米，建成之后，将成为上海标志性的文化艺术空间之一，与著名的陆家嘴天际线竞相媲美。
作为世界艺术博览会展馆，项目建成后将全年承办多种会议、展览，打造核心区的历史人文科技交汇点，成为西岸的一颗璀璨明珠。
2、 项目概述
西岸会展中心建筑高度49.7米，7层，整体为钻石造型，外立面为均为玻璃幕墙。内部主体结构为中心支撑钢框架结构，项目容积率2.00，建筑密度（词条“建筑密度”由行业大百科提供）53.65%，绿地率10.10%，结构安全等级为1级。项目主入口在北侧，北侧区域延伸到东西两侧，内部为大空间。南侧为后勤区域。
根据项目表皮所在位置及系统类型，将建筑表皮系统划分如下：
3、 建筑形体分析
为了表达建筑整体钻石造型的设计理念，建筑形体由三角形切面和四边形切面组成，经过分析，建筑共有135个切面，切面布置方式如下：
基于建筑形体的复杂造型，为了更好的确定幕墙系统及分格的划分，本项目以BIM为工具，对建筑形体进行参数化分析，主要进行了以下参数的分析：
3.1板块倾角分析
根据规范要求，表皮倾斜角度以建筑表皮与水平方向的夹角75°为界，小于75°的为采光顶，大于等于75°且小于90°的为斜幕墙。等于90°的为直幕墙。本项目只有位于腰棱位置的WT-02系统为直幕墙，其余均为斜幕墙和采光顶。
针对不同位置板块倾角统计如下：
3.2 切面间夹角分析
除屋顶光伏区域外，建筑由8根直棱、74根斜棱与7根水平方向的转折线共同组成了建筑的钻石造型。
棱线表示面的转折，转折的夹角不同，对应的型材开模角度均不同。在模型中对棱进行编号，如下：
高度方向逐层对棱进行编号和分析，最终统计结果如下：
斜棱：157.7°-179.3°
直棱：123.7°-172.9°
4、 幕墙分格及典型幕墙系统解析
4.1 分格的划分
根据《采光顶与金属屋面技术规程》JGJ255-2012，“3.4.6 玻璃面板面积不宜大于2.5㎡”，同时上海地标《建筑幕墙工程技术规范》DG/TJ 08-56-2019,“18.2.10 采光顶或雨蓬所采用的玻璃板块，单块面积不宜大于2.5㎡，不应大于3㎡，长边边长不宜大于2m”。
根据BIM对幕墙板块倾斜角度的分析，有超过一半的幕墙表皮属于采光顶的范围，主要范围为首层大玻璃及大玻璃上边一条及腰棱以上部位。因为整个建筑形体为异形，分格划分需要兼顾美观性及面积控制的要求。通过BIM参数化设计，对幕墙分格进行划分，分格参数包含幕墙边长、面积、倾斜角度等信息，为整个幕墙分格的控制提供了参数依据。
4.2 幕墙构造设计
因为本项目的特殊造型及大跨度的受力模式，很难采用普通的幕墙龙骨系统实现。最终选择了由主体结构完成整体钢架，除首层、VIP部位外，其余位置幕墙分格背后均有主体钢龙骨，主体钢龙骨模型如下。
(1)标准部位做法
标准部位节点如下：
该系统设计以200*200的主体结构为生根点，考虑了主体结构可能产生的误差，通过转接件及抱箍设计，能够实现三维六向调节。
切面交接部位为直棱或斜棱，不同位置棱的角度不同，且不同棱组合到一起的情况很多，依据BIM分析的棱的角度进行型材的开模涉及，同时对典型部位多棱交接的部位，进行交接情况的分析和归类，根据不同交接情况，考虑棱的不同生根方式。
(2)腰棱部位做法
在腰棱部位，为了实现VIP部位极致通透的效果，幕墙系统采用了横龙骨竖杆设计，横龙骨采用高精钢，用于承受玻璃传递的风荷载，竖向设置不锈钢拉杆，用于承受重力。
拉杆在每根高精钢横梁的部位断开，在高精钢中预先连接带螺纹的套杆，每段拉杆上下设置套筒，通过套筒与螺杆（词条“螺杆”由行业大百科提供）的进出实现螺杆的安装。
玻璃安装在前边，与拉杆存在重力偏心，会产生偏心扭矩，不锈钢拉杆本身为柔性构件，只能受拉不能受压，为了避免拉杆因为偏心扭矩产生受压的情况，在早期方案中考虑过设置一定的预应力，分析下来，因为上下主体钢龙骨太弱，无法承受该预应力，方案不成立。后续方案考虑用玻璃及高精钢的重力产生的拉力去抵抗重力偏心产生的扭矩，最终经过计算，在各种工况下，拉杆均为拉应力状态，不会出现压应力，满足受力要求。
最下边一根拉杆不受力，为装饰拉杆，拉杆底部设置可自由伸缩的套筒，最大可实现正负40mm的变形。实际拉杆变形最大21.96mm，目前构造能够满足最大变形
(3)首层玻璃幕墙做法
首层玻璃与水平面（词条“平面”由行业大百科提供）夹角小于75°，玻璃面积超过9平米，为超大玻璃。该玻璃整体外倾斜，为了避免超大玻璃自爆产生伤害，通过在室外设置景观，避免人员进入玻璃下方。在系统设计过程中，考虑过带玻璃肋的全玻璃幕墙，对边支撑的橱窗幕墙等做法。因为玻璃整体外倾，采用玻璃肋全玻璃幕墙，会让结构胶长期受力，有安全隐患。对边支撑的橱窗类玻璃做法，需要对玻璃进行加厚，而且玻璃与水平面的夹角小于75°，玻璃需要按照长期荷载（词条“荷载”由行业大百科提供），且玻璃加厚之后，玻璃自身的强度会降低，形成恶性循环，无法满足受力需求。最终选择了高精钢系统作为幕墙竖向龙骨，上下入槽的四边固定方式。竖向高精钢充分利用了玻璃的厚度空间，尽可能在视觉上弱化立柱。在折线部位，立柱在工厂一体加工成型，避免现场焊接。
(4)开放式屋面做法
开放式屋面位置做法与标准版为类似，板块之间预留缝隙，用于排水（词条“排水”由行业大百科提供）。
5、 幕墙结构安全性分析
本项目为整体为钻石造型，大部分玻璃为内倾或外倾，相比立面幕墙，倾斜幕墙有更大的破坏及脱落风险，本项目考虑了以下加强措施。
5.1 玻璃的选择
为了避免玻璃自爆脱落，玻璃内外均采用了夹胶玻璃，且夹胶片采用了SGP胶片，SGP胶片相比PVB胶片，在玻璃破碎后有更高的残余强度，足以支撑玻璃，避免玻璃脱落。
5.2 玻璃的防坠落措施
玻璃上下设置护边及防坠落钢丝绳，钢丝绳经过受力计算，足以承受玻璃坠落时候产生的拉力。
5.3 加厚压板及螺栓（词条“螺栓”由行业大百科提供）设计
考虑到玻璃外倾，会对压板及螺栓产生长期荷载，在设计中对压板及螺栓进行加厚加大处理，预留足够的安全余量，保证极端情况下幕墙的安全性。
5.4 计算参数的考虑
(1)玻璃按照长期荷载考虑强度
根据上海幕墙地标3.2.1，钢化玻璃短期荷载强度设计值是长期荷载强度设计值的两倍，如5~12mm钢化玻璃，中部强度，短期荷载为84N/mm2，长期荷载为42N/mm2。本项目整体为内倾或外倾，重力会产生垂直玻璃的长期荷载，钢化玻璃应按照长期荷载考虑强度。
(2)SGP膜的剪切模量取值
SGP剪切模量受温度影响较大，本项目按照50℃进行取值。
(3)考虑一块玻璃破损情况下的强度校核
为了避免一块玻璃自爆引起整块玻璃的破坏，在玻璃计算中考虑了一块玻璃破损情况下残余玻璃强度满足要求，大大提高了项目的整体安全系数。
(4)数字风洞模拟
考虑到项目整体为钻石造型，结构荷载规范中没有完全匹配的风荷载取值依据，为了避免风荷载取值偏小的情况，本项目进行了数字风洞模拟，且在计算中风荷载取值按照规范及数字风洞模拟中不利的值进行计算。
6、 关于幕墙的美观性-玻璃的颜色及玻璃平整度控制
作为钻石切面的玻璃盒子，要想实现类似钻石晶莹剔透的效果，在玻璃颜色、反射率、透光率、玻璃平整度等方面都至关重要。为了提高幕墙的镜面效果，幕墙玻璃选用了15%的反射率玻璃。在玻璃颜色选择方面，通过样板对不同参数的玻璃进行比选。
本项目周围有高层建筑物，在特定的角度下，高层建筑会反射到本项目建筑立面。高层建筑的竖向线条在投射到建筑表面上会产生变形，这个是钢化玻璃的本质决定的。钢化玻璃在加工过程中会产生弓形变形或者波形变形，国家规范对弓形变形和波形变形均有严格的限制。考虑到本项目为倾斜玻璃，在重力的作用下，玻璃会产生变形，加大钢化玻璃的弓形或者波形缺陷，所以本项目玻璃进行了从严要求，对弓形变形，最大弓形值要求：≤0.15%(规范值为≤0.3%)，对波形变形，最大波形测量值要求：<0.1mm(规范值为≤0.2%)。
7、 光伏建筑一体化
光伏作为重要的节能降碳措施，越来越多的应用在建筑中，光伏在建筑中的应用有BAPV和BIPV两种形式。
BAPV为“后安装型”建筑太阳能光伏，光伏材料仅用于发电，不承担建筑防水、遮阳等建筑功能，可在已有建筑上安装，一般安装于屋顶部位。
BIPV为光伏建筑一体化，光伏系统与建筑同时设计、同时施工、同时投入使用。它作为建筑的一部分，既用于发电，又能够替代部分建筑立面的材料。
本项目整体为钻石造型，为了保证完整的钻石效果，屋顶部位采用了半开放式设计，平顶部位采用了碲化镉薄膜电池（词条“薄膜电池”由行业大百科提供）玻璃替代普通的钢化玻璃，玻璃安装方式采用了标准的幕墙系统做法，保证了建筑第五立面的效果。
8、 清洗方案
根据以往工程经验，倾斜的建筑表皮相比立面的建筑表皮更容易脏，原因是倾斜朝上的面容易积灰，在下雨的时候，积灰会变成泥水流下，最终污染整个建筑立面。虽然本项目在细节设计上考虑了减少污染的措施，但无法改变因为建筑形体而造成的易脏的根本特性。所以考虑清洗措施就显得尤为重要。
本项目整体为钻石效果，且要保证完整的钻石造型，在屋顶设置传统的擦窗机不太现实，且传统的擦窗机很难满足清洗需求。考虑到建筑的高度、形体等特性，以腰棱为界面，腰棱以下玻璃高度不高，且整体外倾，适合地面设备进行清洗，最终选择蜘蛛车进行清洗。腰棱以上部位，蜘蛛车无法达到，且玻璃倾斜向上，有利于蜘蛛人清洗，最终选择在屋顶设置蜘蛛人用安全生根点，可以连接安全绳和工作绳，保证擦窗的方案。
9、 关于规范的思考
随着三维软件在建筑行业的普及，异形形体建筑越来越多，作为幕墙中最重要的玻璃幕墙，也开始出现了越来越多的异形玻璃幕墙。新事物的产生往往依赖于技术的进步，幕墙行业从上世纪出现到现在，已经取得了长足的进步，以玻璃为例，超大玻璃、双曲玻璃、多层中空玻璃、多层夹胶玻璃、真空玻璃（词条“真空玻璃”由行业大百科提供）、中置遮阳玻璃等新产品层出不穷。在异形幕墙的落地过程中，会受到很多规范的限制，以本项目为例，为了达到通透的建筑效果，建筑师倾向于玻璃板块适当加大，在项目设计过程中，为了突破规范中不应超过3平米的要求，在设计中考虑了采用SGP玻璃、设置防脱链、考虑一块玻璃破损等加强措施，最终还是因为规范原因无法通过评审。超过3平米的案例并不是没有，如升级之后的浦东苹果店，玻璃筒直径9.75米，顶部共有13块玻璃，平均一块玻璃面积为5.75平米。
上海图书馆东馆，玻璃倾角为66.753平米，幕墙尺寸为4.2米宽，1.55米高，玻璃面积为6.5平米。项目2021年完成至今，未出现安全问题。
基于以上分析，为了满足日益丰富的建筑形体，在保证安全的前提下，建议更加灵活的执行规范，通过技术论证等途径，为突破规范的项目提供可行的方向。
10、 结语
西岸会展中心幕墙从2022年开始论证到2024年开始施工，预计2025年完工。其整体钻石造型的建筑形体将融入西岸整体建筑群，助力西岸地区成为“上海2035”城市总体规划中高品质中央活动区核心功能的重要承载区。
作者单位：上海市建筑装饰工程集团有限公司
华东建筑设计研究院有限公司
