隨著2020年初這場突如其來的疫情，健康的公共環(huán)境已經(jīng)成為時下最重要的焦點議題。近期，RFR就超高層建筑的自然通風(fēng)開窗問題收到了越來越多業(yè)主的提問和咨詢。
在此，我們將介紹2019年落成的凱德集團上海北外灘來福士，它作為“亞洲規(guī)模最大的綠色商辦建筑群”，創(chuàng)新性地集中應(yīng)用了多項綠色建筑規(guī)劃理念和節(jié)能技術(shù)，并且是少數(shù)采用框架反做幕墻系統(tǒng)的超高層建筑。以此為例，向大家詳細(xì)介紹我們的幕墻設(shè)計過程，以及對超高層建筑幕墻設(shè)計在創(chuàng)新和節(jié)能方面的思考。
上海北外灘來福士
Raffles City in the North Bund, Shanghai
上海北外灘來福士，即原來的星港國際中心，位于虹口區(qū)海門路55號地塊，由佩里·克拉克·佩里設(shè)計，包括2幢263米高的現(xiàn)代化超高層城市綜合體、裙房商業(yè)和地下空間。該項目獲得中國綠色建筑三星評價標(biāo)準(zhǔn)、美國LEED金獎、英國BREEAM Outstanding標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)榮譽。
創(chuàng)新型的項目與擁有創(chuàng)新性的團隊不謀而合。幕墻作為圍護體系具有調(diào)節(jié)室內(nèi)環(huán)境品質(zhì)、降低建筑能耗方面的作用，設(shè)計上需要各種高標(biāo)準(zhǔn)、創(chuàng)新化的思維。RFR作為這對超高層雙子塔的幕墻顧問，負(fù)責(zé)幕墻設(shè)計全過程、特殊結(jié)構(gòu)和工程品控，主要涉及雙子塔樓的立面、塔冠、商業(yè)裙房立面及采光頂?shù)龋瑸檫@個超高層綠色建筑群打造定制化解決方案。
北面視角的雙子塔 Twin Towers from Northern Perspective
俯瞰雙子塔 Overlooking the Twin Towers
01幕墻通風(fēng)器整合
Ventilation Integration
通常來講，居住在室內(nèi)的人每小時需求30m3新鮮空氣或居所每小時換氣1次，這是衛(wèi)生通風(fēng)的基本要求。開窗通風(fēng)的換氣次數(shù)能達到每小時10-30次，這對建筑節(jié)能極為不利。幕墻自然通風(fēng)器是能夠提供新鮮清潔的自然空氣，并可控的通風(fēng)裝置，抗風(fēng)壓、保溫、隔音，有利于人的生理和心理健康。
建筑幕墻的通風(fēng)器系統(tǒng)經(jīng)過優(yōu)化——在塔樓每一層樓面靠近幕墻的地面都裝有“呼吸口”，即通風(fēng)器系統(tǒng)。經(jīng)過專業(yè)設(shè)計與測試的通風(fēng)器，采用重力自平衡系統(tǒng)，不僅可以對室內(nèi)空氣進行調(diào)節(jié)，還可以在風(fēng)力荷載急劇升高的情況下自動調(diào)節(jié)，以達到生態(tài)、環(huán)保、節(jié)能的效果。
通風(fēng)器方案選擇 Ventilator Comparison
本項目幕墻通風(fēng)器 the Ventilator Selected
這樣，這座北外灘新地標(biāo)能夠自主“呼吸”到常人難以觸及的“上層空氣”，整個建筑實現(xiàn)了自然通風(fēng)效果。在過渡季節(jié)，大樓內(nèi)90%以上的主要功能房間平均自然通風(fēng)換氣次數(shù)不少于每小時2次，在春秋過渡季節(jié)自然通風(fēng)，甚至不需開空調(diào)。
另外，通風(fēng)器與大樓立面緊密結(jié)合，不是突兀地附著在建筑外立面之上，而是與建筑外框整合一體，這樣的形態(tài)設(shè)計，增加了建筑肌理，豐富了立面細(xì)節(jié)，使建筑在功能和美感上得到了統(tǒng)一與強化。
室外角度通風(fēng)器 Ventilators from Outside View
室內(nèi)角度通風(fēng)器 Ventilators from Inside View
標(biāo)準(zhǔn)層通風(fēng)器布置圖 Ventilator Layout
02框架反做系統(tǒng)
Reverted Unitized System
在本項目中，建筑師在立面在層間的位置設(shè)置外挑880mm的水平遮陽百葉，以確保最佳的遮陽節(jié)能效果，同時為了控制眩光，在立柱的外側(cè)設(shè)置外挑出500mm的豎向百葉。總體上，這種百葉使立面遮陽系數(shù)水平降低21%，垂直降低18%，具有良好的節(jié)能性能。
多層遮陽百葉 Multi-layer Decorative Fins
這種豐富細(xì)致的遮陽功能成為一種獨特的裝飾性遮陽裝置，對立面結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)設(shè)計提出了更高的要求。建筑師最初采用標(biāo)準(zhǔn)的框架幕墻設(shè)計模式，RFR團隊結(jié)合本項目多層遮陽百葉的特點提出“框架反做”的幕墻系統(tǒng)，將幕墻中通常放置在室內(nèi)的抗風(fēng)構(gòu)件放置在室外，兼作遮陽裝飾構(gòu)件。
最初建筑方案 Initial Fa?ade Plan
相比典型的幕墻系統(tǒng)，“框架反做”這一創(chuàng)新性的解決方案在建筑效果和建造成本之間達到有效平衡。首先，使造價節(jié)省10%。此外，因為室內(nèi)窗臺板構(gòu)造減少，令實際可使用面積增加。
按單層平面周長150米計算，平均每層節(jié)省室內(nèi)面積約(250毫米-50毫米）*150米，即30平方米。The average perimeter of every floor is about 150m, so 30 m2 interior space has been saved for every floor area.
框架反做單元的設(shè)計經(jīng)過縝密的幕墻設(shè)計研究和論證，通過了上海市的幕墻安全專項評審。在常規(guī)四性試驗基礎(chǔ)上，也對幕墻熱工和防結(jié)露進行了專題測試，驗證了幕墻熱工性能滿足節(jié)能規(guī)范的要求。
幕墻施工現(xiàn)場 Construction
最終建成的幕墻完美地展現(xiàn)了建筑立面效果，金屬裝飾構(gòu)件和玻璃面板的組合很好地提升了建筑立面的質(zhì)感。
完成 Completion
RFR先前已在多個項目中運用框架反做幕墻系統(tǒng)，如與Perkins Eastman合作的上海國際航運中心B13、B17號樓，與智利建筑師Alejadro Aravena（2016年普利茲克獎得主）合作的上海諾華園區(qū)C4等（依次為下圖從左到右）。
RFR框架反做項目 Reverted Unitized Projects of RFR
03設(shè)備層立面不加百葉
Refuge Floor without Louver in Elevation
本項目采用異形體塊分割，在設(shè)備層進行收腰，機電通風(fēng)百葉借用這一幾何特點，通過吊頂板下方排風(fēng)，在立面上不設(shè)置任何百葉或開洞。
設(shè)備層不設(shè)置百葉 Refuge Floor without Louver
局部設(shè)備層立面 Partial Elevation of Refuge Floor
04防水保溫設(shè)計
Water-proof and Thermal Design
在典型的單元幕墻系統(tǒng)中，使用等壓腔防水，即利用單元板塊之間的型材對插所形成的空腔，構(gòu)件與室外溝通的空氣等壓腔使雨水不會向室內(nèi)滲透，同時利用排水孔與排水通道，將進入等壓腔的少量雨水排出。本項目的防水系統(tǒng)也是同樣的機制，由于一部分等壓腔跨越到了室外，部件的裝配接縫和十字縫部分暴露在外部，在橫梁設(shè)計了加強的排水構(gòu)造，阻擋雨水被風(fēng)吹入空腔內(nèi)部。
橫框豎框細(xì)節(jié) Mullion and Transom Detail
綠建對保溫提出了較高要求，幕墻可視區(qū)K值須達到2.1W/(m2?K)玻璃采用高配置的三銀中空low-E玻璃，結(jié)構(gòu)后置的幕墻框架系統(tǒng)也需要特殊的斷熱設(shè)計來保證熱工性能。在國內(nèi)大部分地區(qū)，鋁制幕墻框架都要設(shè)置傳熱系數(shù)極低的“隔熱層”來避免熱量通過金屬件穿透內(nèi)外形成冷橋。本項目中采用的穿條式聚酰胺尼龍斷熱材料，隔熱層厚為24mm，與中空玻璃對齊，形成一條筆直連續(xù)的“隔熱線”。
在幕墻掛接的部位，因為有層間的上下兩道防火和保溫的封閉。局部金屬連接件穿過隔熱線不會對整個幕墻系統(tǒng)造成不利影響，在同樣的材料和外部條件下，我們做了不同幕墻系統(tǒng)的熱分析。方案a是典型幕墻系統(tǒng)。方案b是具有大型裝飾翼的典型幕墻系統(tǒng)，裝飾翼的固定構(gòu)件穿過“隔熱線”固定在豎框上，大大增加了立面系統(tǒng)的熱傳導(dǎo)系數(shù)k。方案c是框架反做系統(tǒng)，熱工性能甚至優(yōu)于同等具有大裝飾翼的常規(guī)單元幕墻的方案b，很好地滿足了LEED認(rèn)證和國標(biāo)認(rèn)證節(jié)能要求。
熱分析 Thermal Analysis
通過甲方、設(shè)計單位、顧問公司、施工單位等多方的完美配合，上海北外灘來福士最終實現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)，成為全國第一個集中國綠色建筑三星、美國LEED金獎和英國BREEAM Outstanding標(biāo)準(zhǔn)的超高層雙塔項目。
建設(shè)過程 Construction
完成 Completion
超高層建筑的整體幕墻由于其系統(tǒng)的復(fù)雜性和工程規(guī)模的巨大性，對系統(tǒng)的性能、制造精度和成本效益提出了更高的要求。對于充滿想象力和挑戰(zhàn)的項目，我們以樂觀的態(tài)度和扎實的工作作風(fēng)，希望可以和而不同，發(fā)揮工程師的最大價值，找到創(chuàng)新的解決方案，把愿景變?yōu)楝F(xiàn)實。
上海北外灘來福士（星港國際中心）
Raffles City in the North Bund, Shanghai
項目信息
Information
服務(wù)類型：全過程幕墻顧問+特殊結(jié)構(gòu)+工程品控
業(yè)主：中國金茂+上港集團
建筑師：佩里·克拉克·佩里
設(shè)計院：上海建筑設(shè)計研究院有限公司
施工單位：沈陽遠(yuǎn)大+上海杰思
功能類型：超塔+辦公
建筑面積：44.3萬m2
幕墻面積：13.2萬m2
高度：263m*2
獎項：中國綠色建筑三星評價標(biāo)準(zhǔn)
美國LEED金獎
英國BREEAM Outstanding標(biāo)準(zhǔn)
RFR幕墻設(shè)計團隊
Fa?ade Design Team
項目總監(jiān)：于輝、Hemant Thombre
項目經(jīng)理：彭曉東、胡向群
團隊成員：鄒云、王先峰、金長發(fā)、Rico Nano、盧維寧、Florian Rochereau、羅輯、沈志賢、錢妍