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日本建筑幕墙设计与施工印象


日本建筑幕墙设计与施工印象
作者:潘元元 潘齐欢

1、序言 近年应邀数次访问日本,对日本建筑幕墙有了许多新的感性认 识。期间我们听取了日本同行对典型幕墙工程的介绍和交流,了解了 YKK、新日轻等公司的幕墙产品研制、加工、检测等全过程,考查 了有关工程现场,对日本企业的现代化管理水平,建筑幕墙的设计理 念和水平,工厂化生产制造加工水平,质量控制水平,

现场施工安装 水平,都留下了深刻的印象。下面就在日本考查了解到的有关日本设 计施工的部分幕墙工程,经整理后,有选择地介绍给国内同行,特别 对与日本气候等条件近似的我国沿海经济发达地区, 我以为是可以借 鉴和参考的。 2、 工程浅析: 工程之一:水的宇宙船 工程所在地:日本名古屋市

这是一个椭圆型观光步行的玻璃(幕墙)大屋顶,长约 106 米, 最大跨度 36 米,离地面高度 14 米,上下部设计有玻璃的栏杆、展望 步行廊、在这一具大的玻璃(幕墙)大屋顶上,还设计配有各种各样 的喷泉。在玻璃(幕墙)大屋顶下面的回廊有 4 根大柱子,在上面用 弯曲的钢管,通过钢梁架架设在主体结构之上,以保持足够强度。屋 顶主面采用 12 ㎜+中间膜 1.5 ㎜+12 ㎜的夹胶钢化玻璃,走廊均为乳 白色,水盘采用透明中间膜,使地面阳光闪闪摇动。H 钢的翼缘面把

橡皮条遮盖,安装的铁脚通过 DPG 构法来支持。固定铁件藏在夹胶 玻璃后面,使之不外露。考虑到配合间的间隙不用硅胶,采用条形橡 皮条, 橡皮条在工场中做成梯子状, 施工时使各个板块间连结成一条, 因没打硅胶,侵入的水在橡皮条外围的槽进行排水。该玻璃(幕墙) 的性能:耐风压± 280kgf/㎡(玻璃承载负荷),面内变形 1/300 无需 修补,面变形成 1/200 无破损、残留变形(只需硅胶补修)、1/100 无破损、脱落。

该幕墙的玻璃尺寸 H1200× W2700,根据 DPG 构法,以此确定为 框形幕墙。这是一个主要以钢管施工的幕墙,总面积 3340 ㎡,覆盖 建筑南侧,北侧主面,东侧的大约 1/3。YKKAP 根据此工程以品质 保证,降低成本(包括玻璃、硅胶)为主线做了较好的设计。对平面 内变形采用吸收自动调节构造,日本是一个地震多发国,因地震等会

引起玻璃的频繁活动,该幕墙通过软联接,把力吸收的办法取得了很 好的效果。根据日本标准通过实验,耐震瞬间变形角 1/100,抗风风 压 2000pa,水密性 1500pa 等都已确认。该幕墙玻璃爪采用不锈钢精 密铸造,用 X 字的变形状玻璃爪支撑横长的玻璃。材料通常为 SUS3 04,此工程为防锈采用更强的 SUS316,建筑钢件的加工技术和经济 性,来自德国的加工厂制作。强度为 15 ㎜的玻璃制作,设计者以低 价格,独特的透明感为意向,通过与法国三高邦公司订货,解决了在 欧洲几乎在施工中不使用的防止飞散胶片贴粘加工方法, 在新加坡通 过 YKK 进行了施工,取得了成功。对于 150 米长的建筑物,考虑到 工期缩短和经济性, 在施工组织设计中采用构造施工与屋顶外装组合 一起施工完成。在一个间隔完成后,采用横向移动法来提高效率。在 实际施工中,他们根据施工方向制作了相应的工具,来提高幕墙施工 精度和速度。该工程是 YKKAP 承担的工程,工程从计划到设计,后 调试完好,共 6 个月。材料配件 3 个月,施工 4 个月完成。 工程三:新国际机场 工程所在地:马来西亚

这是一个很有特色的幕墙工程。机场大楼中央酒店的幕墙采用 天窗,用于顶部采光。结构采用钢结构,用钢索支撑的排式竖框。机 场主体中央部设计成圆形状的幕墙,直径约 50 米。和北东支叉的屋 顶的天窗长约 135M。考虑到节能,采用为 35.5 ㎜厚 LOW-E 中空玻 璃, 颜色采用涂装银灰色。 其铁脚与钢结构接头, 为了防止螺丝外露, 省掉铁脚的化学螺帽,采用树脂盖盖掉。考虑到成本和工期,他们在 订货上采用多元化,从挤压出型材,到安装的螺丝,大半从印尼、马

来西亚、新加坡、英国、法国、瑞士、澳大利亚等国外调配。为保证 品质管理,他们从加工、组装、施工,由现场负责人全面负责工程的 管理。 工程四:Changi Airport Station 工程所在地:Changi Airport Station,Singapore 设计顾问:Skidmore Owings & Merril LLP(SOM) 结构顾问:Ove Arup & Partners(U.S.A) 最高高度:38M 构造:钢结构、混凝土结构、钢梁架 产品简介: 基本标准尺寸:W3000 ㎜× H2000 ㎜ 玻 璃: 外部:15 ㎜透明钢化玻璃 内部:12 ㎜透明钢化玻璃 天窗:15× ㎜中空钢化玻璃 6 施工面积: 16000 ㎡ 主要钢索:ф37.5 ㎜结构的螺旋绳。 材 质: 冲压衬:ф22.6 ㎜高强度不锈钢 撑 杆:ф50 ㎜高强度不锈钢 桥形通道:主体衬:不锈钢管 面 衬: 不锈钢网 玻璃爪:SUS316 精度铸造 随着新加坡公共交通枢纽樟宜机场的开通, 东站的候机楼和机场

大楼由 2 栋长 60 米,宽 20 米,高 38 米幕墙玻璃的门廊。根据 RG 构法,采用双层结构,玻璃单位 W3000× H1000,外部采用 15 ㎜,内 部 12 ㎜。透明钢化玻璃。从地下 1 层向上高 37M,全长 58.5M 的背 骨状梁。采用钢索绳的钢梁牵引结构。固定玻璃的由 SUS316 精密铸 造的玻璃爪。不锈钢制撑杆。钢梁索引面有螺丝与高强度。不锈钢制 冲压材撑杆,强力结合。在桥形通道的天窗采用美观坚硬的不锈钢网 衬。

工程五;日本住友生命本社大厦 工程所在地:日本大阪府大阪市中央区 该幕墙工程强调纵向外观设计的单元幕墙, 柱部用带有化粧扣的 铝蜂窝型线圈覆盖,从上段到下段单元幕墙基本尺寸:W2700× H400 0。间隙部全部采用开放式间隙构法。板块纵衬用铁脚固定在钢体上,

铁脚与钢体用拉链固定。板块分格下框内藏有自然换气装置,分格间 就可自然换气,化粧扣外加有吊篮引导滑轮。拱局、分格部采用 8 ㎜ 厚单板玻璃,玻璃为红外线反射玻璃,板块搬入后,在现场安装,皮 条部位安橡皮条,板块施工后,室内侧注打结构胶。

工程六;Black Pearl 工程所在地:台北市内湖四区小段 该幕墙工程采用在三次元曲面板块幕墙,玻璃为夹有黑色膜层, 约 1600 种中空钢化玻璃。

基本单位尺寸:W1000× H4000,曲面有约 400 种扭转型板块构 成。 板块接缝采用连锁间隙开放式,以确保全部接缝部达到规定要 求。 框交点采用十字型,用螺丝固定。在这个部位设有内藏发光二级 管照明,夜间从远处望大厦,大厦星光闪闪。

工程七:关西国际机场候机楼 名称:干式等压板块幕墙 占地面积:5110000 ㎡ 建筑面积:93504 ㎡ 总面积:253105 ㎡

这是座落在日本大阪府泉佐野泉州空港的关西国际机场候机楼 幕墙工程。该建筑主题鲜明,建筑幕墙采用干式等压板块组成,整体 具有滑翔机那种流线感,在设计时充分利用几何学,构成半径 1.6km 的三次圆曲面, 建筑幕墙体延伸到两端开始收缩, 形成蜿蜒的流线面。 该幕墙构成曲面的幕墙板块尺寸 W3600× 1010 ㎜,板块总长度达 1.7 km。,从设计者要求来看,既要有苗条的构架,又要考虑三次圆曲 面制作的复杂工艺, 而最主要的是在恶劣的自然环境中保持其性能的 永久。因考虑到建造地是采用填筑而成,地的不同沉降问题在设计的 伸缩移位中作了充分考虑, 节点部位甚为细腻, 据有关数据反映结果, 该干式等压式板块幕墙工程,最高水密性超过 225 ㎏ f/㎡。左右幕墙

品质的玻璃板块,完全是在工厂精心加工成的成品,而工厂现代化的 加工条件和水平确保了工程的整体质量。 设计者考虑机场所在地特殊 恶劣的条件,为解决施工时方便与省力,整个幕墙工程在施工中外部 全部采用无脚手架的作业,大大缩短了施工周期。

工程八:品川东口地区超高层 名称:连锁密封式换气漏斗单元幕墙

占地面积:35564.491 ㎡

建筑面积:20465.048 ㎡ 总面积:

337119.637 ㎡在日本 JR 品川东口地区由日本兴和不动产株式会社、 住友生命保险相互会社、 株式会社大林组开发的这栋超高层幕墙是一 个标志性的建筑,该幕墙设计成椭圆型,采用连锁密封式的换气漏斗 单元幕墙。铝衬全部用白色氟碳树脂喷涂,外观美观、挺拔。

这幢幕墙开口部及上下腰部是由玻璃+耐火板和百叶片构成。 百 叶片的上部有自然换气装置和换气漏斗组成, 整个幕墙的空气换气由 专门设计的空气导入口进入,通过自然换气装置和换气漏斗进行运 转, 工厂内组装的板块在现场较近的工厂把玻璃装入,打硅胶,直 至最终成品,后搬入现场,总板块数 4262 块。为了使板块占用塔吊

时间缩短, 用专用货运架把板块搬入, 用塔吊把各层的板块逐层上吊。 各层被吊上来的板块,再用在每层上的吊车运送、安装。1 天施工板 块 30 块。

工程九:通信传送中心大厦 名称:连锁密封式单元幕墙 占地面积:22000 ㎡ 518.75 ㎡ 建筑面积:13309.82 ㎡ 总面积:157

这座幕墙座落在东京都江东区青梅 238 号, 由东京通信传送中心 建造。建筑物气势辉宏,正面入口的四周采用明框幕墙组成,中间是 一个巨大的无墙空间,整个幕墙运用连锁密封式单元幕墙的形式结 构。 门中央有 140 ㎜的水沟槽。突出正面格子样式,外部露出的钢架 连结构造体,贯通幕墙整个玻璃面的设计。板块 W2025× H4050 为基

本定格尺寸,板块间隙纵、横部用橡皮条,采用连锁密封法。如此具 大的幕墙,考虑到施工性,其板块接缝部采用硅胶发泡衬,它是用密 封干燥法成形的部品,在现场进行施工的。幕墙与钢结构连结内部露 出的铁脚极为紧凑,由简单形状组成的铁脚予以联接贯通。由于采用 单元幕墙的形式结构,大大提升了工程进度和施工质量。

通信大厦的椭圆斜面幕墙,采用大型板块法组成。圆筒形状的顶 部、设计有斜面大型单元板块施工的天窗。为使雨水在天窗上排水流 畅,横部衬全部设置在内部,从外观来看,突出了设计强调的纵向线

条感。大型板块(最大 W2025× H8508 ㎜)只有纵向设有伸缩缝,板 块的纵部衬间注有硅铜胶,设计师还设计了橡胶制的一次性排水导 管,在斜面下部集水后,把水排到外部的构造。二次排水槽的间隙是 用不锈钢板卷制的套筒,斜面下方层层重叠,不用硅胶,采用干式收 尾。

工程十:东京大厦 名称:单元幕墙(房檐、吸气孔、上升型电动 )

该幕墙座落在东京都港区台场 231, 幕墙设计镶入花岗岩的 PC 板 和均衡开口部,具有的眺望美感,是一座有着独特创意水平的单元幕

墙。设计强调突出横向线条的具体化表现,以控制日射的侵入,每块 板块开口部,从外墙面缩进 500 ㎜,同时横料通长,中横料前设有 435 ㎜大的铝衬房檐。外部采用热反射玻璃,另外,室内侧采用钢化 玻璃,设置维修时内屏,从而形式双层玻璃覆盖。玻璃与玻璃之间设 有上升型电动百叶窗,房檐盖,既能防止日射的侵入,又能达到采光 功能。存在幕墙内的热量从吸气孔通过排气管向外排气。幕墙内中间 扣板内有节能换气装置,使之达到自然换气。 3、日本建筑幕墙的发展与变迁 纵观以上浅析的日本建筑幕墙工程, 我们可以追溯一下日本建筑 幕墙的发展与变迁日本建筑幕墙源于自六十年代开始设计施工, 1963 年日本的建筑标准法修正放宽了对高度的限制后, 随着超高层大厦的 开发,建筑幕墙系统的设计运用开始发展,采用铝型材构件,耐候钢 材料,密封式构造法,建起了日本最早期的建筑玻璃幕墙,其代表项 目有:64 年建造的新大谷酒店,66 年建造的日本经济团体联合会会 馆,68 年建造的霞光大厦为代表,揭开了日本建筑幕墙的发展序幕。 七十年代,在遭受了 2 度石油危机后,作为节能型的建筑幕墙, 开始使用热反射玻璃,铝板幕墙开始出现,高度设计较底的建筑,大 量涌现出了我们称之为“横连窗”的设计,同时,固定玻璃采用密封胶 的 SSG 构造法得到了普及,玻璃幕墙在超高层建筑中得到了很好的 运用,其代表项目有:71 年建造的京王酒店和日本 IBM 总部,74 年 建造的新宿住友大厦和三井大厦,76 年建造的美国驻日本大使馆, 79 年建造的商船三井大厦和新宿大厦等。

八十年代,随着增加建筑幕墙附加价值的各种核心技术的开发, 使日本建筑幕墙系统进入了大幅度发展的时代, 建筑幕墙设计技术要 素呈现多样化,干挂石材设计施工,SSG 构造设计、边框构造设计, 以及气流系统、WTA 系统、自然换气系统开始运用。铝热喷涂钢板、 氟树脂涂层、厚铝板、钛板、GFRC、电磁波吸收体等新材料技术也 不断运用,半单元式施工方法、单元式施工方法、铝窗框 PC 镶嵌施 工方法开始采用。其代表项目有:82 年建造的新宿 NS 大厦,85 年 建造的螺旋大厦和 ASICS 总部,86 年建造的 ARK 大厦,87 年建造 的梅田中心大厦,88 年建造的 OMM 大厦和 NEC 总部大厦,89 年建 造的日本火灾横滨大厦等。 九十年代, 日本的建筑幕墙设计安装, 开始过渡为“单元式”系统, 即建筑幕墙公司在工厂加工安装好所有组件后, 再运往施工现场拼接 组装。这种系统由于工厂加工精度高,施工简便快捷,很快在日本的 到了普及。同时,在设计方面流行透明的外立面效果,在建筑物的底 层部分则大都采用点支撑玻璃的 DPS 构造法。其技术以上采用:铝 框架石材施工法、点支玻璃构造法、拉索系统、硅酮密封条构造法、 MJG 构造法(Minimum JointGlazing)、PFG (Piece FramedGlass)构造 法,在材料运用上开始多元化,LOW-E 玻璃、蜂窝铝板、电磁波吸 收瓷砖、再生木、光触媒防污染涂层、太阳能光电模块等层出不穷。 其代表项目有:91 年建造的东京都市政厅,93 年建造的梅田蓝天大 厦(SSG 构造法) 三井海上名古屋大厦(干挂石材施工法) 、 、地标 大厦,94 年建造的关西机场、新宿岛 lsLAND 大厦(铝蜂窝板) ,95

年建造的德间书店总部、新宿 MAYNDS 大厦,96 年建造的东京国际 会议中心、 电信中心大厦, 年建造的 CUBE 97 (DBG 构造法) MIHO 、 博物馆、98 建造的仙台 AER(露缝接头构造法)等。 进入 2000 年代,日本建筑幕墙环绕以环境为主题,推进了自然 换气、遮断日照、防止结露、气流循环系统等核心技术的开发,并运 用到各种类型的建筑幕墙立面上,同时双层幕墙正在高速开发运用。 在日本建筑界看来, 双层幕墙系统不必借助空调的力量即可减轻外墙 至内侧之间的区域热负荷,可以减少煤和石油等能源的使用,同时可 以抑制 CO2 的排放,因此,他们不仅是将外立面幕墙设置为双层, 而且在研究夹层内温热环境的仿真技术和评定技术方面做了许多工 作。其技术要素突显在三个方面:遮阳技术(外设百叶帘、水平及垂 直百叶) 、双层幕墙系统、防结露技术。在材料方面运用了:彩釉玻 璃、耐热强化玻璃、陶土板等。其工程代表项目有:00 年建造的品 川城际大厦 A, 01 年建造的住友生命总部、OASIS 21、 电通总部、 中之岛三井, 92 年建造的绿洲 21 大厦(DPG 构造法) 、电通总公司 大厦(陶瓷印刷玻璃) ,03 年建造的劳力士东阳町、日建设计总部东 京大厦(外设遮阳窗) 、时事通讯大厦(气流系统) ,04 建造的新丸 之内中心、资生堂仙台大厦,05 年建造的赤坂城际大厦、东京汐留 大厦,06 年建造的 MIDLAND 广场、虎之门大厦,07 年建造的虎之 门大厦、 名古屋 LUCENT 大厦、 ALPEN 总部 名古屋 LUCENT 大厦、 ALPEN 总部名古屋 LUCENT 大厦、ALPEN 总部等工程。 日本建筑幕墙的稳步发展,应该给我们一些启示。他们在强化日

益高涨的环保型建筑幕墙系统及多样化的外立面设计, 充实以生产制 造为出发点的设计提案能力,和支持该设计的工程能力方面,都化了 许多功夫在研究创新,并积累了构成这些系统的核心技术,我们应该 通过适时的交流,汲取有益之理念。日本气候等条件及建筑幕墙的情 况, 与我国沿海经济发达地区有着某种相似之处, 日本同行善于总结、 思考、积累、规划、创新等理念,我以为是可以给我国建筑幕墙同行 以借鉴的。 参考文献: (1)年表作成:东京大学大学院 権藤智之 见立龟之輔 Editor:Tomoyuki Gondo .Ryunosuke Mitate (The university of Tokyo) (2)ykkap 株式会社竹田昭彦《Facade design engineering to manufacturing as a starting point》


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