對於一個複雜的、非常規的帷幕牆系統，從設計階段開始就需要仔細研究其建造和使用的的可行性。
上海西康路189弄，一個極具特色的帷幕牆作品。它獨特的外立面造型和複雜的幾何變化需要帷幕牆的設計師在傳統的帷幕牆系統上研發出一套獨特的鋁板帷幕牆系統。而在整個的設計過程中，所有的細部的出發點都是建立在在如何將外觀、性能和安裝三者有機地結合在一起。
本文將介紹本作品的帷幕牆的設計，展示了構造和設計方面與眾不同的特點，特別是這件作品中所特有的固定鋁板的方式以及該鋁板後側的玻璃帷幕牆系統。
由中信資本開發的西康路189弄作品位於上海普陀區的西康路與長壽路的交匯口。該建案主要的業態為商業和辦公，總樓地板面積為37276平方公尺。在上海眾多的商業建案中，該建築雖然量體不算大，但是卻因為其獨特的設計和優質的工藝成為市中心的地標性建築。
本建案的建築師為來自荷蘭的UN Studio，帷幕牆顧問是英海特工程諮詢（北京）有限公司上海分公司。因為其優秀的設計與施工，該建案曾被《AD》雜誌評為世界最美購物中心，亦獲評為2017年MIPIM Asia Awards最佳零售作品金獎。
本作品的帷帷幕牆最大的特點是外側由一層到三層漸變的裝飾鋁板與內側的單元式玻璃帷幕牆組成的雙層外牆系統。利用參數化設計的由鋁板構件組成的單元共有9種，設計師藉由層數和大小的變化，讓它們在建築上生動的展示出一個若隱若現的靈動立面。另外位於大樓兩個轉角位置的異形鋁板與玻璃帷幕牆組成的「城市之眼」也在設計和施工上也是極具難度的。
作品實景照片
鋁板帷幕牆實景照片
鋁板帷幕牆的立面展開圖
建築立面圖
單層帷幕牆模組
雙層帷幕牆模組
三層帷幕牆模組
帷幕牆系統的設計和施工介紹
特殊鋁板的固定方式
作為本作品最有特色的菱形鋁板系統，在固定、安裝和受力方面都有許多非常規的做法。首先，在玻璃帷幕牆外側的鋁板系統由於承受了較大的風荷載和自重荷載，在設計時，我們有意地將鋁板系統的龍骨與玻璃帷幕牆的龍骨脫開，採用T型的鋼立柱與樓板處的混凝土梁固定。這樣玻璃帷幕牆的龍骨不會因為鋁板所傳遞過來的風荷載和自重而產生額外的應力和變形，在受力系統上更為簡便也更加可靠。
所有二層至四層鏤空位置的鋁板均採用銲接成型鋁板盒子，這些鋁板盒子有平行於牆面和垂直於牆面兩種擺設方式。並且隨著建築立面的變化，鋁板盒子的層數由一層逐漸過渡到三層。
建築師希望這些鋁板盒子的固定儘量的小巧與美觀，為了達到建築效果的同時確保結構的安全，我們設計出一種帶有多個連接角度的不鏽鋼轉接件。該不鏽鋼轉接件藉由內螺紋固定在一根不鏽鋼棒上。在需要連接鋁板盒子的位置安裝一系列的可調節角度的套筒。
鋁板盒子的角部在加工廠內安裝了一有內置的可以轉動的接駁頭，套筒上固定件與鋁板盒子中的內置接駁頭藉由帶有內六角的螺桿緊密的連結。為了確保安裝的精度，所有的不鏽鋼連接件均採用機加工而不是常規的鑄造件。
典型的帶有三層鋁板盒子的節點圖
支撐鋁板盒子的不鏽鋼棒系統
機加工的不鏽鋼棒與套筒
裝飾鋁板的安裝精度要求非常高，幾乎每一塊裝飾鋁板都需要安裝到理論的位置，整體偏差不應超過2mm，這就對整個系統的安裝精度提出了很高的要求。在施工期間，施工單位首先按照1:1精確建模，將T型鋼、不鏽鋼棒、裝飾鋁板全部竣工立體模型，然後根據立體模型，生成T型鋼的安裝定位圖和不鏽鋼棒的安裝定位圖，確保T型鋼和不鏽鋼棒的整體安裝精度，其中T型鋼的左右偏差和上下偏差控制在2mm以內，不鏽鋼棒的前端偏差，上下、左右和前後偏差控制在2mm以內，遠高於常規鋁板帷幕牆的5mm偏差要求。
這樣就確保了整件作品整體的偏差是可控的。而鋁板盒子的安裝可調節範圍在正負5mm，故T型鋼和不鏽鋼棒的2mm誤差是完全可以消化的。鋁板盒子的安裝遵循整體布控，局部可調的原則進行。整體布控即按照一定的距離（3個T型鋼間的距離）進行控制，確保誤差不累計，所有的誤差在此控制距離內消化；局部可調即在此控制距離內主要藉由T型鋼和不鏽鋼棒的安裝精度來控制裝飾鋁板的安裝精度。
典型的帶有三層鋁板盒子的板塊細部圖
為了確保這些漸變和異形的鋁板在安裝過程中能滿足如此高的精度，技術手段包括：首先所有的骨架全部在立體軟體中建模，並根據龍骨在空間的位置確定骨架的安裝定位點；其次所有的龍骨都需要生成立體的加工圖，因為每一個龍骨都是有可能不一樣的，對於曲面部分的龍骨每一根骨架的曲率都不一樣，單根骨架的曲率也是變化的，所以加工過程中，每一根骨架都1:1放樣加工。
在設計階段，確定每一根龍骨以及每一個連接節點的空間，這樣的做法對施工單位的要求非常高，但是卻是確保鋁板、玻璃都安裝在理論位置的關鍵。如果給與每一個連接節點過多的自由調節，雖然也能完成作品的安裝，但是精度上以及接縫的大小可能會與理論值有較大的差距。
鋁板的結構分析
對於這種特殊的鋁板連接形式，必須經過仔細的結構計算和分析。
因為本作品鋁板的變化非常多，英海特（Inhabit）使用通用有限元計算軟體Strand7進行對該系統進行模擬，並選取了一個有代表性的區域進行有限元的分析。在有限元的建模中，英海特（Inhabit）採用帶有8個節點的板殼單元來模擬鋁板盒子，為了確保建模的精確，英海特（Inhabit）將鋁板盒子的六個面全部建模。不鏽鋼棒也同樣使用板殼單元進行建模。不鏽鋼棒與鋁板盒子之間的連接採用link單元，用於傳遞位移和反力。
鋁板的有限元分析模型
鋁板的應力分析結果
鋁板的變形分析結果
從結果中可以看出，採用這種新穎的連接方式的鋁板盒子，在連接點位置的受力為鉸接形式，剪應力和拉應力的均在合理的受力範圍內。同時因為鋁板系統中的不鏽鋼棒與橫向和縱向的鋁板盒子形成了一個空間系統，不鏽鋼棒在強度滿足風荷載和自重荷載的情況下，其側向的穩定性也由於多層鋁板盒子的支撐有了提升。有限元的結果分析顯示鋁板的變形值也在合理的範圍內。
藉由結構分析，我們對此系統的安全性也更加瞭解和有了充分的信心。
鋁板後側的玻璃帷幕牆的設計
本作品二層以上的玻璃帷幕牆基本都是安裝在裝飾鋁板後的。如何解決玻璃帷幕牆與鋁板之間的構造和受力關係是設計過程中需要解決的主要問題。由於鋁板系統的構造和受力已經非常複雜，如果將鋁板的連接件和不鏽鋼棒直接固定在玻璃帷幕牆的龍骨上，則在安裝時需要將連接件提前固定在玻璃帷幕牆的龍骨上，則玻璃帷幕牆的安裝精度會直接影響到今後鋁板的安裝。
如果玻璃帷幕牆的龍骨同時需要承受鋁板所傳遞的荷載，則玻璃帷幕牆的龍骨變形也會對鋁板的變形產生影響。所以本作品採用了鋁板系統與玻璃帷幕牆系統完全脫離的做法。所有的鋁板系統的龍骨直接固定在結構樑上，而玻璃帷幕牆則採用頂底固定在上下樓板間的「單元窗」形式。
典型的單元窗頂底連接節點
可以允許單元窗豎向變形的頂部附框 單元窗的豎龍骨採用與單元式帷幕牆相同的公母立柱，而底橫樑才用坐地式的對插型材，其中水槽料直接固定在與樓板相連的鋼龍骨上，並藉由橫滑料的連接形成一個連續的排水槽。
頂橫樑與固定在吊頂位置的附框插接咬合，該附框的後側可以藉由螺釘直接拆卸。在安裝時，所有的層間部分，包括水槽料、頂部的附框以及層間的保溫和防水構造都先於單元窗之前安裝完畢。單元窗在安裝時可以先把板塊傾向一個角度後將底橫樑與水槽料插接，再將單元窗豎直，直到其頂橫樑轉動到頂部附框位置後把附框後部的卡口型材用螺絲鎖定。
單元窗的拆卸示意圖
固定好的單元窗不僅可以適應建築物因層間變位引起的位移，而且可以做到在不拆除室外鋁板的情況下室內更換玻璃。由於公母立柱之間相互插接，在拆卸單元窗時需要藉由夾具讓單元窗的板塊移到一側直到公母立柱之間搭接的部分完全脫離後即可鬆開固定頂橫樑的附框卡口，將單元窗的板塊向內傾斜後就能將其完全拆卸。