以下文章來源於RFR Shanghai ，作者RFR
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就超高層建築的自然通風開窗問題收到了越來越多業主的提問和諮詢。
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築群”，創新性地集中應用了多項綠色建築規劃理念和節能技術，並且是少數採用框架反做幕牆系統的超高層建築。以此為例，向大家詳細介紹我們的幕牆設計過程，以及對超高層建築幕牆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，位於虹口區海門路55號地塊，由佩裡·克拉克·佩裡設計，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築三星評價標準、美國LEED金獎、英國BREEAM Outstanding標準等相關榮譽。
創新型的項目與擁有創新性的團隊不謀而合。幕牆作為圍護體系具有調節室內環境品質、降低建築能耗方面的作用，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牆顧問，負責幕牆設計全過程、特殊結構和工程品控，主要涉及雙子塔樓的立面、塔冠、商業裙房立面及採光頂等，為這個超高層綠色建築群打造定製化解決方案。
北面視角的雙子塔 Twin Towers from Northern Perspective
俯瞰雙子塔 Overlooking the Twin Towers
01
幕牆通風器整合
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，這對建築節能極為不利。幕牆自然通風器是能夠提供新鮮清潔的自然空氣，並可控的通風裝置，抗風壓、保溫、隔音，有利於人的生理和心理健康。
建築幕牆的通風器系統經過優化——在塔樓每一層樓面靠近幕牆的地面都裝有“呼吸口”，即通風器系統。經過專業設計與測試的通風器，採用重力自平衡系統，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。
通風器方案選擇 Ventilator Comparison
本項目幕牆通風器 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”，整個建築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於每小時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築外立面之上，而是與建築外框整合一體，這樣的形態設計，增加了建築肌理，豐富了立面細節，使建築在功能和美感上得到了統一與強化。
室外角度通風器 Ventilators from Outside View
室內角度通風器 Ventilators from Inside View
標準層通風器佈置圖 Ventilator Layout
02
框架反做系統
Reverted Unitized System
在本項目中，建築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。總體上，這種百葉使立面遮陽係數水平降低21%，垂直降低18%，具有良好的節能性能。
多層遮陽百葉 Multi-layer Decorative Fins
這種豐富細緻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。建築師最初採用標準的框架幕牆設計模式，RFR團隊結合本項目多層遮陽百葉的特點提出“框架反做”的幕牆系統，將幕牆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。
最初建築方案 Initial Façade Plan
典型立面
Typical Façade System
立面+裝飾條
Typical Façade + Decorative Fin
框架反做系統
Reverted Façade System
框架反做原理 Principle
相比典型的幕牆系統，“框架反做”這一創新性的解決方案在建築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。
典型立面框架
Frame of Typical Façade System
框架反做
Reverted Façade System
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牆設計研究和論證，通過了上海市的幕牆安全專項評審。在常規四性試驗基礎上，也對幕牆熱工和防結露進行了專題測試，驗證了幕牆熱工性能滿足節能規範的要求。
幕牆施工現場 Construction
最終建成的幕牆完美地展現了建築立面效果，金屬裝飾構件和玻璃面板的組合很好地提升了建築立面的質感。
完成 Completion
RFR先前已在多個項目中運用框架反做幕牆系統，如與Perkins Eastman合作的上海國際航運中心B13、B17號樓，與智利建築師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）。
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
本項目採用異形體塊分割，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。
設備層不設置百葉 Refuge Floor without Louver
局部設備層立面 Partial Elevation of Refuge Floor
04
防水保溫設計
Water-proof and Thermal Design
在典型的單元幕牆系統中，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，由於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，在橫樑設計了加強的排水構造，阻擋雨水被風吹入空腔內部。
橫框豎框細節 Mullion and Transom Detail
綠建對保溫提出了較高要求，幕牆可視區K值須達到2.1W/(m²∙K)玻璃採用高配置的三銀中空low-E玻璃，結構後置的幕牆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，鋁製幕牆框架都要設置傳熱係數極低的“隔熱層”來避免熱量通過金屬件穿透內外形成冷橋。本項目中採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”。
在幕牆掛接的部位，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牆系統造成不利影響，在同樣的材料和外部條件下，我們做了不同幕牆系統的熱分析。方案a是典型幕牆系統。方案b是具有大型裝飾翼的典型幕牆系統，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係數k。方案c是框架反做系統，熱工性能甚至優於同等具有大裝飾翼的常規單元幕牆的方案b，很好地滿足了LEED認證和國標認證節能要求。
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築三星、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
完成 Completion
超高層建築的整體幕牆由於其系統的複雜性和工程規模的巨大性，對系統的性能、製造精度和成本效益提出了更高的要求。對於充滿想象力和挑戰的項目，我們以樂觀的態度和紮實的工作作風，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，把願景變為現實。
上海北外灘來福士（星港國際中心）
Raffles City in the North Bund, Shanghai
項目信息
Information
服務類型：
業主：
建築師：
設計院：
施工單位：
功能類型：
建築面積：
幕牆面積：
高度：
獎項：
全過程幕牆顧問+特殊結構+工程品控
中國金茂+上港集團
佩裡·克拉克·佩裡
上海建築設計研究院有限公司
瀋陽遠大+上海傑思
超塔+辦公
44.3萬m²
13.2萬m²
263m*2
中國綠色建築三星評價標準美國LEED金獎英國BREEAM Outstanding標準
RFR幕牆設計團隊
Façade Design Team
項目總監：
項目經理：
團隊成員：
於輝、Hemant Thombre
彭曉東、胡向群
鄒雲、王先峰、金長髮、Rico Nano、盧維寧、Florian Rochereau、羅輯、沈志賢、錢妍
