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    超高層建筑的自然通風解決方案

    返回列表 來源: 發布日期: 2020.05.13
     

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    隨著2020年初這場突如其來的疫情,健康的公共環境已經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開窗問題收到了越來越多業主的提問和咨詢。

    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“亞洲規模最大的綠色商辦建筑群”,創新性地集中應用了多項綠色建筑規劃理念和節能技術,并且是少數采用框架反做幕墻系統的超高層建筑。以此為例,向大家詳細介紹我們的幕墻設計過程,以及對超高層建筑幕墻設計在創新和節能方面的思考。


    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,位于虹口區海門路55號地塊,由佩里·克拉克·佩里設計,包括2幢263米高的現代化超高層城市綜合體、裙房商業和地下空間。該項目獲得中國綠色建筑三星評價標準、美國LEED金獎、英國BREEAM Outstanding標準等相關榮譽。

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    創新型的項目與擁有創新性的團隊不謀而合。幕墻作為圍護體系具有調節室內環境品質、降低建筑能耗方面的作用,設計上需要各種高標準、創新化的思維。RFR作為這對超高層雙子塔的幕墻顧問,負責幕墻設計全過程、特殊結構和工程品控,主要涉及雙子塔樓的立面、塔冠、商業裙房立面及采光頂等,為這個超高層綠色建筑群打造定制化解決方案。

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    北面視角的雙子塔  Twin Towers from Northern Perspective

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    俯瞰雙子塔  Overlooking the Twin Towers 


    01幕墻通風器整合

    Ventilation Integration


    通常來講,居住在室內的人每小時需求30m3新鮮空氣或居所每小時換氣1次,這是衛生通風的基本要求。開窗通風的換氣次數能達到每小時10-30次,這對建筑節能極為不利。幕墻自然通風器是能夠提供新鮮清潔的自然空氣,并可控的通風裝置,抗風壓、保溫、隔音,有利于人的生理和心理健康。

    建筑幕墻的通風器系統經過優化——在塔樓每一層樓面靠近幕墻的地面都裝有“呼吸口”,即通風器系統。經過專業設計與測試的通風器,采用重力自平衡系統,不僅可以對室內空氣進行調節,還可以在風力荷載急劇升高的情況下自動調節,以達到生態、環保、節能的效果。

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    通風器方案選擇 Ventilator Comparison 

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    本項目幕墻通風器  the Ventilator Selected


    這樣,這座北外灘新地標能夠自主“呼吸”到常人難以觸及的“上層空氣”,整個建筑實現了自然通風效果。在過渡季節,大樓內90%以上的主要功能房間平均自然通風換氣次數不少于每小時2次,在春秋過渡季節自然通風,甚至不需開空調。

    另外,通風器與大樓立面緊密結合,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,這樣的形態設計,增加了建筑肌理,豐富了立面細節,使建筑在功能和美感上得到了統一與強化。

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    室外角度通風器  Ventilators from Outside View

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    室內角度通風器  Ventilators from Inside View

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    標準層通風器布置圖  Ventilator Layout


    02框架反做系統

    Reverted Unitized System


    在本項目中,建筑師在立面在層間的位置設置外挑880mm的水平遮陽百葉,以確保最佳的遮陽節能效果,同時為了控制眩光,在立柱的外側設置外挑出500mm的豎向百葉??傮w上,這種百葉使立面遮陽系數水平降低21%,垂直降低18%,具有良好的節能性能。

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    多層遮陽百葉  Multi-layer Decorative Fins

    這種豐富細致的遮陽功能成為一種獨特的裝飾性遮陽裝置,對立面結構和系統設計提出了更高的要求。建筑師最初采用標準的框架幕墻設計模式,RFR團隊結合本項目多層遮陽百葉的特點提出“框架反做”的幕墻系統,將幕墻中通常放置在室內的抗風構件放置在室外,兼作遮陽裝飾構件。

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    最初建筑方案  Initial Fa?ade Plan

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    相比典型的幕墻系統,“框架反做”這一創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,使造價節省10%。此外,因為室內窗臺板構造減少,令實際可使用面積增加。

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    按單層平面周長150米計算,平均每層節省室內面積約(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.


    框架反做單元的設計經過縝密的幕墻設計研究和論證,通過了上海市的幕墻安全專項評審。在常規四性試驗基礎上,也對幕墻熱工和防結露進行了專題測試,驗證了幕墻熱工性能滿足節能規范的要求。

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    幕墻施工現場  Construction


    最終建成的幕墻完美地展現了建筑立面效果,金屬裝飾構件和玻璃面板的組合很好地提升了建筑立面的質感。

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    完成  Completion


    RFR先前已在多個項目中運用框架反做幕墻系統,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C4等(依次為下圖從左到右)。

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    RFR框架反做項目  Reverted Unitized Projects of RFR


    03設備層立面不加百葉

    Refuge Floor without Louver in Elevation


    本項目采用異形體塊分割,在設備層進行收腰,機電通風百葉借用這一幾何特點,通過吊頂板下方排風,在立面上不設置任何百葉或開洞。

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    設備層不設置百葉  Refuge Floor without Louver

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    局部設備層立面  Partial Elevation of Refuge Floor


    04防水保溫設計

    Water-proof and Thermal Design


    在典型的單元幕墻系統中,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,構件與室外溝通的空氣等壓腔使雨水不會向室內滲透,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,在橫梁設計了加強的排水構造,阻擋雨水被風吹入空腔內部。

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    橫框豎框細節 Mullion and Transom Detail


    綠建對保溫提出了較高要求,幕墻可視區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,結構后置的幕墻框架系統也需要特殊的斷熱設計來保證熱工性能。在國內大部分地區,鋁制幕墻框架都要設置傳熱系數極低的“隔熱層”來避免熱量通過金屬件穿透內外形成冷橋。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的熱分析。方案a是典型幕墻系統。方案b是具有大型裝飾翼的典型幕墻系統,裝飾翼的固定構件穿過“隔熱線”固定在豎框上,大大增加了立面系統的熱傳導系數k。方案c是框架反做系統,熱工性能甚至優于同等具有大裝飾翼的常規單元幕墻的方案b,很好地滿足了LEED認證和國標認證節能要求。

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    熱分析 Thermal Analysis


    通過甲方、設計單位、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了可持續發展目標,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標準的超高層雙塔項目。

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    建設過程 Construction

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    完成 Completion


    超高層建筑的整體幕墻由于其系統的復雜性和工程規模的巨大性,對系統的性能、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的項目,我們以樂觀的態度和扎實的工作作風,希望可以和而不同,發揮工程師的最大價值,找到創新的解決方案,把愿景變為現實。



    上海北外灘來福士(星港國際中心)

    Raffles City in the North Bund, Shanghai

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    項目信息

    Information

    服務類型:全過程幕墻顧問+特殊結構+工程品控

          業主:中國金茂+上港集團

       建筑師:佩里·克拉克·佩里

       設計院:上海建筑設計研究院有限公司

    施工單位:沈陽遠大+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準

          美國LEED金獎

          英國BREEAM Outstanding標準

    RFR幕墻設計團隊

    Fa?ade Design Team

    項目總監:于輝、Hemant Thombre

    項目經理:彭曉東、胡向群

    團隊成員:鄒云、王先峰、金長發、Rico Nano、盧維寧、Florian Rochereau、羅輯、沈志賢、錢妍


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