【论文原创精选0111】浅析既有建筑幕墙改造案例
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作者：北京西飞世纪门窗幕墙工程有限责任公司 杨加喜、计国庆、杨榕榕
前言
上世纪80年代末，建筑幕墙进入中国市场，以北京长城饭店和上海联谊大厦的建立为标志，建筑幕墙行业开始起步，距今已有30多年，随着时间的推移，近年来，全国各地早期建设的工程中频繁出现石材幕墙面板脱落，玻璃幕墙玻璃自爆、开启扇掉落等伤人事件，引起社会各界的广泛关注。为此，住建部和各省厅已陆续发文，强调既有幕墙安全排查的重要性及改造的必要性，面对日趋老龄化的既有幕墙，如不加以有效改造和控制，其危害不言而喻。
既有幕墙改造的因素分析：
1、技术因素
1）后锚固埋件螺栓松动或失效，导致幕墙支撑结构与主体结构之间的连接平衡系统破坏；开启扇五金件螺栓或螺钉松动（变形、锈蚀、卡死、缺损等），导致开启扇的限位装置失效破坏。
2）由于施工过程中防腐措施不够，钢构件等钢材易存在锈蚀，特别是焊缝部位极易受外部环境影响，锈蚀后有效截面不断减小，遇到强外力作用易造成钢件断裂脱落。
3）使用预拉力的幕墙，预拉力经外力长时间作用逐渐消减，不再满足结构受力要求。
4）各类胶、胶条老化问题，胶条老化导致幕墙水密性、气密性降低，幕墙结构胶、密封胶因超过使用年限而出现龟裂丧失粘接性，导致幕墙板块整体脱落。
5）石材幕墙挂件问题， 石材幕墙过去使用T型挂件，变位能力差，结构发生位移时，石材板块不能有效的抵消变位导致板块破碎或脱落。
2、环境因素
绿色节能：90年代或更早期玻璃幕墙使用的是热反射玻璃，存在光污染、热污染、色污染等。
3、主观因素
为适应时代人文发展需要，提升建筑文化品位，对外立面进行改造。
本文介绍影创中心办公楼的改造方案
一、工程概况及改造要求
1、本项目位于北京市怀柔区杨宋镇，杨雁路和怀耿路交界口处。建筑高度为69.55米，本项目将依托怀柔影视产业园区，以影视文化产业为核心，成为该区域的旗舰领军者，由于原建筑性质为办公楼，建筑形象及色彩过于商务化、呆板，不够大气，缺乏多媒体显示设备，没有展示企业文化的界面，不符合影视公司的形象。
2、改造要求
1）主要运用加法原则进行改造，尽量不拆除现有外立面幕墙。
2）着重塑造形体特点，提炼中国传统文化元素打造“宝盒”基座。
3）增加展示城市的“文化窗口”。
4）检查并修复原建筑幕墙的安全隐患。
二、施工方案设计
考虑到工程的特殊性，我们在施工过程中，既不能耽误进度又要保证整个办公楼的正常办公使用，在修复原有建筑幕墙缺陷的同时，还要达到业主提出的外立面效果，综合考虑，我们首先对原幕墙外立面进行检查修复，然后以原有建筑为基点，利用不同材料在建筑物的四个立面做镂空造型，包裹住整个建筑，造型中或内衬或外敷设装饰灯光。不论红日初升、艳阳高照还是华灯初上时展示给我们的都是一座既有仿古气息又有文化底蕴，光彩耀人，美轮美奂的建筑视界。
1、基座的设计，我们根据业主的要求对中国传统建筑元素符号进行提炼，搜集了古代建筑的云纹图案及三交六椀菱花造型两种方案供业主选择（如图1、图2）。依据建筑的整体效果，业主最终选定了以和谐共融的“祥云”图案演变而来的云纹造型来承担建筑的“宝盒”基座。云纹是中国建筑吉祥图案中的重要元素，其具有强大的生命力和代表性，在现代设计中融入云纹这一极具代表性的精神元素，会使设计出的作品更加具有文化气息。我公司依据此理念并结合原有幕墙实际情况绘制了效果图（图3），完成了“宝盒”基座的初步设计并得到业主认可。
图1 中国传统建筑云纹图案
图2 中国传统建筑三交六椀菱花
图3 云纹基座的裙楼效果图
2、建筑上部设计，为增加体现城市文化的元素，我们把塔楼四个立面设计成为一个由穿孔铝板做成的大窗口，背衬洗墙灯,因南立面对着居民区，为不影响居民生活休息，南立面减少灯光效果，只保留大窗口轮廓灯；为体现企业文化，在大窗口中嵌入LED小窗口，综合考虑原建筑结构的承载力及节能环保，用LED灯带代替液晶显示屏，充分地满足承载信息发布、影像播放等功能。（图4、图5）
三、设计与施工
1、裙楼幕墙中由于云纹材料较重，经计算，原主体结构无法满足受力要求，我们采用独立基础，并把基础作为受力点，上端与主体作拉结连接，保证云纹幕墙整体稳定性，在云纹内侧的原幕墙上增加洗墙灯，灯亮之后整个云纹会呈现出一个大灯笼的效果，十分美观。
裙楼云纹装饰距原幕墙玻璃面1200mm，单个板块尺寸为5400x3400mm，厚度为300mm，板块尺寸较大，经过多次试验验证选用GRC材质作为装饰面材，布置双层龙骨，板块均工厂制作，每个框架内装饰云纹分为3部分单独制作。为了便于检修，在云纹后的钢结构上增加检修马道。（图6）
图4 原建筑效果
图5 改造后实景图
图6 云纹实景照片
2、为满足功能要求，业主要求将裙楼出入口雨棚由外挑1200mm调整到7000mm，外挑宽度如此大的雨棚需要有拉杆才能满足受力要求，本工程中考虑到裙楼云纹整体效果，在大雨棚处增加窗口式清水混凝土装饰，并将拉杆悬吊于装饰构架中。既满足了雨棚的受力要求，又迎合了城市“文化窗口”的理念，避免了大斜拉杆的不协调。裙楼雨棚结构与装饰构架连接，形成自平衡体系，清水混凝土形成的窗口与主楼的LED窗口遥相呼应，现场采用吊车吊装，混凝土装饰面与云纹装饰有机的结合在一起。（图7、图8）
图7 雨棚及清水混凝土造型
图8 雨棚实景照片
3、主楼四个立面改造装饰构件均从原幕墙玻璃面外挑1020mm，为了不破坏原幕墙，不影响正常办公使用，施工过程中使用无明火、无电焊施工，并经高危论证专家安全论证通过。先将主楼横向、竖向层间装饰铝板拆掉，在合适位置安装后置埋件，根据现场测量尺寸按照牛腿工字钢形状在铝板上开槽，牛腿安装到梁上，将原拆掉并开槽的铝板安装复原，实现结构外挑钢梁（图9、图10、图11）。横向主钢梁与悬挑牛腿采用螺栓连接，钢梁外包铝板，横竖铝合金装饰线条均与主钢梁连接，采用大小装饰条间隔布置，间距为625mm，并预留LED灯槽，承载信息发布、影像播放等功能，局部区域加密布置了LED灯带来实现高清播放。
图9 装饰线条与原主体连接节点横剖图
图10 外挑横向钢结构连接节点
图11 装饰线条与原主体连接节点竖剖图
4、主楼两侧面设计成穿孔铝板内部装饰洗墙灯的形式，形成大窗口套小窗口的梦幻视觉。（图12）
图12 华灯初上图
5、改造施工过程中，发现并及时修复了原幕墙的诸多安全隐患。（图13、图14）
1）、对照原设计图纸排查发现，原设计图纸采用两个玻璃托条定位附框和玻璃，但原施工过程中个别横梁上存在少装或者漏装，更有甚者用木块替代玻璃托条，随着时间的推移，玻璃发生不均匀沉降，玻璃胶缝受不均匀外力扯拉作用左右变形不一致，导致胶缝开裂。
2）施工中业主反映之前有掉落玻璃的现象，经检查发现，原隐框玻璃与铝合金附框之间未注结构胶，仅用双面贴粘贴定位，完全不能满足受力要求。
3）开启部位五金件安装螺栓或螺钉松动或失效，部分开启扇开启不顺畅。
4）铝板幕墙密封胶老化严重，局部已开裂。
5）裙楼钢结构幕墙龙骨锈蚀严重等现象。
图13 原幕墙存在安全隐患的部位
图14 改造后的实景照片
四、施工专利
主楼装饰构架横梁立柱均采用闭腔形式，立柱及横梁内均预留LED灯槽，安装主楼采用我司自主专利技术，专利号：（框架幕墙横竖框销钉连接系统ZL 2015 2 0098722.5），本专利中双头销钉加工简单，制作成本低，不易损坏，横梁定位后滑动铝合金插芯，定位螺丝锁紧完成安装（图15）。横梁损坏拆卸简单，比传统的横梁立柱角码连接工艺及弹簧销钉工艺大大节省了人力、物力，极大的缩短了工期。使本工程成为自主创新和科技成果转化的又一突出实例。
图15 主楼装饰龙骨安装方法示意图
五、小结
在中国幕墙行业蓬勃发展的同时，我们也要正视历史原因导致的幕墙缺陷，时刻保持警钟长鸣，定期检查，通过现代化检测设备和技术定期巡视，合理改造与防护，使幕墙的事故发生率降到最低。
既有幕墙改造不仅仅只是为了提高建筑安全度，更是提升建筑文化品位，赋予建筑新面貌的过程，是城市更新的重要手段，随着现代建筑科技的不断发展，幕墙将会变得更美观、更安全，更实用，将会是承载城市发展与繁荣的徽标。
（文章版权归作者所有）
本文刊发在《幕墙设计》杂志2020年第二期
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