落户北京的小米新总部，幕墙用了啥新技术？
肖凤敏 沈阳远大铝业工程有限公司
1 项目效果图
工程概况
小米移动互联网产业园（图1）位于北京市海淀区，总建筑面积34.8万㎡，由3个组团、8栋单体建筑组成，建筑高度59.5m，园区整体规划与外观设计以“简约、现代、时尚”为设计原则。办公楼主立面是不锈钢薄板与玻璃组成的单元式幕墙系统（图2），首层玻璃幕墙缩进，园区中央设有大面积的下沉庭院，办公楼之间及屋顶设有阳光花园和阳光中庭。本工程主立面幕墙均为跨层单元式幕墙，设计时需重点考虑跨层单元板块的力学性能及构造节点，另外对不锈钢薄板、幕墙通风器等新材料的运用也需进行设计探讨。
2 局部实景图
本工程所在地的地理位置和自然条件主要如下。气候：寒冷地区；结构形式：框架-抗震墙结构；风荷载：基本风压值为0.45kN/㎡，50年一遇，地面粗糙度按C类设计；气温：幕墙设计最大温度变化值△T按80°C考虑计算。(根据北京的气象资料显示，北京的基本气温最高36°C，最低-13°C)；抗震设防：抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速0.20g。
本工程幕墙系统主要包括跨层单元式幕墙、构件式玻璃幕墙、双层呼吸式玻璃幕墙。由于构件式玻璃幕墙、双层呼吸式玻璃幕墙在其他项目运用较多，技术成熟，本文不再赘述，仅探讨跨层单元式幕墙设计要点。另外该工程外立面大量使用了不锈钢薄板和幕墙通风器，也对此做进一步探讨。
跨层单元式幕墙设计
单元式幕墙的构造原理为：面板与支承框架在工厂中制成单元组件，这种组件一般为一个楼层高度，也可以为2～3层高，宽度主要是建筑设计效果确定，一个单元组件就是一个受力单元。安装时将单元组件固定在楼层楼板（梁）上，水平方向相邻两单元组件的左右竖框通过对插形成竖向组合框，上单元下框与下单元的上框对插组合成横向组合框，采用上端挂接设计，三维调节定位，这样它所承受的载荷由单元组件的竖框直接传递到主体结构，受力形式比较简洁、合理（图3）。
3 单元式幕墙挂接示意图
本工程轴距为9m，标准楼层层高4.1m，标准幕墙板块为2层一个单元的大板块，即每个幕墙单元板块尺寸为宽2.25m × 高8.2m ，投影面积18.45㎡， 重1.6t 。其中单元式幕墙展开面积约13万㎡。透光区域玻璃为HS8+1.52PVB+HS8+12Ar+TP10双银超白暖边LOW-E中空夹层玻璃，非透光区域玻璃为HS6+1.52PVB+HS6+12Ar+TP6双银超白暖边LOW-E中空夹层玻璃，内侧背衬2mm铝单板，遮阳窗套采用外包2mm压纹不锈钢薄板和2.5mm氟碳喷涂铝单板，内侧为铝合金龙骨，竖向龙骨内嵌成品幕墙通风器（图4）。
4 跨层单元式幕墙大样图
玻璃面板的计算
玻璃最大尺寸为高3.05m，宽1.45m，选用HS8+1.52PVB+HS8+12Ar+TP10双银超白暖边LOW-E中空夹层玻璃，玻璃为四边支承。为防止玻璃破碎坠落，夹层玻璃在室外侧，所有玻璃均采用超白原片。经计算玻璃最大应力为15.32N/m㎡<fa＝84N/m㎡，玻璃挠度为6.5mm，远小于玻璃短边的1/60，满足《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ 102-2003）的要求。
铝合金框的计算
单元层高8.2m，宽2.25m，铝合金竖框节点详见图5，铝合金横框节点详见图6，框型材选用6063-T6。在“自重荷载+风荷载+地震荷载”的组合作用下，竖框施加线荷载、不锈钢薄板施加面荷载、横框施加玻璃自重荷载，框最大应力为119.8MPa＜150MPa，详见图7，均满足规范要求。竖框变形为3.3mm ， 横框自重变形为2.7mm，横框水平变形为2.5mm，整体变形为7.3mm，详见图8，均满足规范要求。
5 铝合金竖框节点图
6 铝合金横框节点图
7 铝合金框应力图
8 铝合金框变形图
不锈钢面板的计算
采用2mm厚不锈钢薄板，节点详见图9；不锈钢薄板最大强度为155.4MPa＜215MPa，详见图10；连接件最大应力为76.6MPa＜150MPa，详见图11；不锈钢薄板变形量为6.1mm＜B/90＝6.8mm，详见图12；连接框变形为1.513mm＜2×B/180＝6.8mm，详见图13，均满足规范要求。
9 不锈钢面板节点图
10 不锈钢板应力图
11 不锈钢板龙骨应力图
12 不锈钢板变形图
13 不锈钢板龙骨变形图
单元板块竖框挂件的计算
竖框挂件分为两种受力工况：一种厚度为12mm，高度为200mm，承受自重荷载及水平风荷载，材质为6061-T6，节点详见图14，经计算截面最大应力为178.6MPa＜190MPa，满足规范要求；另一种厚度为12mm，高度为220mm，承受水平风荷载，材质为6061-T6，节点详见图15，经计算截面最大应力为156.1MPa＜190MPa，满足规范要求。
14 竖框挂件图A
15 竖框挂件图B
竖框伸缩量的计算
竖向伸缩节点详见图16 。立柱跨度L=8.2m，温度变化ΔT=80°C，楼板蠕变及柱缩短d1=2mm，加工偏差d2=1.5mm，施工偏差d3=1.5mm，其他因素预留量d4=1.5mm，立柱伸缩缝计算：d=αΔTL+d1 +d2+d3+d4=21mm＜25mm，节点设计满足构造要求。
16 竖向伸缩节点图
不锈钢薄板在幕墙上的设计运用
目前建筑幕墙领域大面积采用不锈钢薄板做装饰面的案例并不多。本工程遮阳窗套采用2mm厚压纹不锈钢薄板（图17），材质为奥氏体316不锈钢。最大板块为735mm×3850mm，面板通过自攻钉固定在两根长向布置的铝合金附框上，两根附框通过铝合金连接件组合成一体，并通过转接件与铝合金竖框固定形成单元组件，详见图18。
17 压纹不锈钢板图
18 不锈钢板单元组件图
同时，为保证不锈钢薄板窗套45°对接处的效果，将不锈钢薄板后侧铝合金龙骨桁架在对角处采用铝合金角芯定位连接，在背面将不锈钢薄板采用氩弧焊进行焊接。考虑到风荷载对板面的交变影响，横向铝合金连接件只是对竖龙骨进行补强，与不锈钢薄板之间保留间隙，不发生直接接触，整个不锈钢面板像张拉膜一样紧绷在铝合金附框组成的桁架上。通过上述的计算分析，该连接方式能满足工程的使用要求。
不锈钢薄板具有强度高、韧性高、耐腐蚀性强及良好的可持续性等特点，符合设计师创新设计理念的选择。但是因为面板薄，平整度控制难度大，在设计运用时应注意以下几点：
（1）幕墙用不锈钢板多采用压纹处理，可解决不锈钢板镜面反射强的缺陷，通过压纹纹路划分出不同朝向的细小网格，实现不锈钢板的漫反射效果，降低反射率。
（2）不锈钢板价格相对较高，为提高加工质量、安装精度，通常采用单元式幕墙做法，在加工厂进行加工和组装，现场只是成品吊装。另外，为了避免耐候胶对不锈钢面板的影响，设计上常采用干法构造。
（3）幕墙用不锈钢板常采用厚度为1.5~2mm的板材，板厚较薄，容易失稳变形，应避免采用热加工，可采用控制工艺参数、反变形法和控制温度场等措施来控制变形。其与附框、加劲肋的连接通常采用螺钉、螺栓或结构胶连接，通过采用合理的安装构造及加工组装工艺消除内部不均匀的残余加工应力，控制面板平整度。
（4）不锈钢板含有铬而使表面形成很薄的铬膜，可隔离材料内侵入的氧气避免腐蚀，因表面划伤后很难进行修复，因此不锈钢的加工基本都在贴膜状态下进行，需要选择合适的保护膜来进行保护，选择保护膜时应考虑保护膜厚度、粘度、有效使用周期等方面的因素。
通风器在幕墙上的设计运用
本工程采用幕墙通风器替代传统的开窗通风方式进行空气交换。气密、水密、抗风压性能参照外立面门窗要求。
在方案设计前期，通过市场调研发现常见的幕墙通风器为旋转鼓式通风器，风门为旋转鼓式，采用毛条与胶条组合密封，毛条的气密性能和防水性能随着开启次数的增加会逐步降低。
在深化设计阶段，通过对幕墙通风器的通风量、开启方式、气密性、水密性等的分析，结合本工程的建筑效果，联合建筑设计院、生产厂家，共同研发出一款性能优越的幕墙通风器——平移式通风器，详见图19，其风门为前后平移式，闭合时采用胶条压紧密封。两种通风器的对比如表1。平移式通风器具备如下几个特点：
（1）通风器主体为铝合金，主要传动部件均为合金，坚固耐用，稳定性好。
（2）外壳采用隔热断桥设计，提高幕墙通风器的保温隔热性能，满足幕墙节能保温要求。
（3）进风口设置有防虫网，出风口设置有过滤网，室内可拆卸维护，材质为活性炭网，可定期清洗维护。
（4）通风器内部设计有保温泡棉，进一步增强通风器的保温性能。
（5）通风面积：88000㎡/m，水密性能为3级，气密性能为3级，抗风压性能为3级。在样板实施阶段，该产品一次性通过了幕墙四性试验的检测，各项性能指标均满足设计要求。
19 通风器节点图
表1 两种通风器对比
小米移动互联网产业园的跨层单元式幕墙在设计过程中遇到很多的难点和技术问题，本文分析了跨层单元板块的力学性能及构造节点，还重点阐述了不锈钢薄板在幕墙设计时应注意的细节，供技术人员参考。
另外幕墙通风器的主要目的是换气，一般开窗对整个房间换气是10~15次/h，而通风器是1~2次/h，换气效率需进一步提升，所以通风器也不能完全取代开窗通风，需根据工程所处的区域及功能需求综合分析，选择适合建筑本身的最佳通风方式。
建设单位：小米科技有限责任公司
北京小米移动软件有限公司
北京多看科技有限公司
方案设计：北京市建筑设计研究院有限公司
建筑设计：北京市建筑设计研究院有限公司
幕墙顾问：中国建筑科学研究院有限公司
幕墙施工：沈阳远大铝业工程有限公司
竣工时间：2019 年7月9日
李滇，中国建筑科学研究院工程咨询设计院幕墙所所长，幕墙专项负责人。中国建筑学会建筑幕墙学术委员会专家、高层建筑人居环境学术委员会理事。从事幕墙设计、咨询及研究16 年。进行了“既有建筑幕墙可靠性鉴定及加固技术研究”、“超高层建筑幕墙设计及成本控制”、“玻璃幕墙张拉索杆支承结构体系研究”、“千米级超高层建筑幕墙研究”等课题研究；参编《建筑幕墙工程咨询导则》《超高层建筑结构新技术指南》；参与十二五、十三五等国家课题设计，主持幕墙设计面积超百万平米，参与多家企业幕墙标准化编制；发表论文20 余篇。
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