高层建筑玻璃幕墙隐藏式开窗方式研究以铁四院（光谷）高科创新基地项目为例

殷韵

建筑师对建筑造型有接近完美的要求，又要着力提高建筑对于使用者的舒适度，同时增进节能、减排的效果，才能真正实现以人为本、绿色环保的目标。

玻璃幕墙是目前高层建筑普遍采用的外观造型形式，但这种流行方式带来的问题之一，是外表美观与开窗纳风殊难做到较好统一。

本文以铁四院（光谷）高科创新基地实际项目为例，通过其外幕墙隐藏式开窗效果设计方案三易其稿的过程，阐释了一种兼顾良好通风效果与建筑外观，同时能减轻后期使用能耗，节省运营成本的设计理念及方法。

一、概述

1.设计背景

在现代高层建筑中，外表皮普遍采用玻璃幕墙体系，玻璃幕墙（reflection glass curtainwall）由建筑外围护结构或装饰结构组成，它的支承结构体系相对主体结构有一定位移能力，不分担主体结构的荷载作用。玻璃幕墙的外围护结构通常采用双层中空Low-E玻璃。自20世纪以来，作为一种新颖美观的建筑墙体装饰手法，玻璃幕墙现代主义高层建筑的显著特征之一。

高层建筑由于室内人员密度较大，要求室内有充分的自然空气流动，以增强建筑的舒适性。在我国大部分地区，普遍有开窗加强房间通风的习惯，在较好的室外气象条件下,开启外窗通风可以获得热舒适性和良好的室内空气品质。

近年来，建筑师为了追求建筑外立面的视觉效果和极简的设计风格，致使一些高层建筑外窗的可开启率有逐渐下降甚至完全为零的趋势。取而代之的，是采用室内全新风系统，不仅造价高，不利于节能，且需定期清洁或更换维护，一旦系统运转不佳或维护不善，新风系统性能降低，将导致房间自然通风不足或空气污染，因此而产生的建筑内残留甲醛等有害气体弥久不散、甚至室内人员因大脑缺氧而晕倒的新闻时有报道。

2.规范要求

现行国家标准《民用建筑设计统一标准》G B 50352-2019中第7.2.2条规定：“采用直接自然通风的生活、工作的房间的通风开口有效面积不应小于该房间地板面积的1/20。”这是民用建筑通风开口面积需要满足的最低规定。

通过对我国南方地区建筑实测调查与计算机模拟表明：当室外干球温度不高于28℃，相对湿度80%以下，室外风速在1.5m/s左右时，如果外窗的有效开启面积不小于所在房间地面面积的8%，室内大部分区域基本能达到热舒适性水平；而当室内通风不畅或关闭外窗，室内干球温度26℃，相对湿度80%左右时，室内人员仍然感到有些闷热。人们曾对夏热冬暖地区典型城市的气象数据进行分析，从5月到10月，室外平均温度不高于28℃的天数占每月总天数，有的地区高达60%～70%，最热月也能达到10%左右，对应时间段的室外风速大多能达到1.5m/s左右。所以做好自然通风气流组织设计，保证一定的外窗可开启面积，可以减少房间空调设备的运行时间，节约能源，提高舒适性。

《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2015中第3.2.8条规定：甲类公共建筑外窗(包括透光幕墙)应设可开启窗扇，其有效通风换气面积不宜小于所在房间外墙面积的10%；当透光幕墙受条件限制无法设置可开启窗扇时，应设置通风换气装置。

《绿色建筑评价标准》GB-T50378-2014中第8.2.10条规定：公共建筑根据在过渡季节典型工况下主要房间平均自然通风换气次数不小于2次/h的面积比例，最高评分可得13分；《绿色建筑设计与工程验收标准DB42/T1319-2017》中第7.4.11条规定：公共建筑主要功能空间平均自然通风换气次数不小于2次/h的面积宜大于60%，该项目为优选项。

3.设计思路和目的

高层建筑的玻璃幕墙开启扇，普遍采用上悬扇，根据《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102的要求，上悬窗开启扇的角度不宜大于30°，开启间距不宜大于300mm。计算有效通风换气面积时，外开上悬窗的有效面积仅为窗洞面积的19%～67%，实际使用中通风量常不能满足使用要求。

另一方面，上悬窗凸出于建筑外立面开启，并处于随机无序的开启状态，造成高层建筑的外立面显得较为凌乱，与建筑师的初衷相去甚远。

本文以铁四院（光谷）高科创新基地实际项目为例，分析其外幕墙三种隐藏式开窗效果设计方案推演的过程，阐述三种隐藏式开窗幕墙方案的形式及其优缺点。

二、设计方案研究

铁四院（光谷）高科创新基地是铁四院位于武汉光谷中心城的第二个办公基地。建筑总规模13万方，其中地上8万方，地下5万方。包含A、B两栋建筑，分别为23层和19层，高度分别为99.0m和75.6m。塔楼部分建筑功能包括办公、健身、公寓，裙房部分建筑功能包括商业、众创办公、影院、报告厅，是一个大型商务办公综合体。

本项目基地位于武汉光谷五路和高新大道的交叉口，地理位置显著，为城市次级地标。一高一低两栋塔楼采用黑白、虚实相对比，由错落有致的矩形体块堆叠而成，外立面以垂直线条为元素。

1.方案一：利用外立面凸窗侧面开窗

本方案设想通过设置呈凸凹形态的玻璃幕墙竖向立柱，在立柱侧面开窗的方式，将可开启窗扇隐藏在建筑阴角中，以达到建筑主立面的整齐划一。

具体方式是在平面上做800mm宽，凸出玻璃幕墙主体表面450mm深的单元体，每个单元体间距为1300mm，通过体块外侧的黑、白两色中空背漆玻璃来实现跳色效果。单元体的侧面设置内开窗扇，外罩3mm厚穿孔铝板，起到遮挡开启后窗扇洞口的作用。

然而单元体侧面除去幕墙龙骨、窗框的厚度后，可开启窗扇宽度仅为230mm，高度有2m，窗户高宽比略显狭窄，且当人视角位于建筑侧面时，会感受到三种不同的材质变化，削弱了设计之初对建筑体块轻盈的构想，在视觉效果上稍显杂乱，故未采用该方式。

2.方案二：外饰穿孔铝板后方开窗

随后为简化设计，方案二取消了凹凸单元体的造型，收齐玻璃幕墙外表面，外立面仅采用玻璃与穿孔铝板两种材质，在穿孔铝板后方设置内开窗，以达到隐藏式开窗的目的。

具体方式是在800mm宽的黑/白色穿孔铝板后方设置等宽的内平开窗，窗户位置稍稍内凹，穿孔铝板之间设置1300mm宽的玻璃，维持了原方案的竖向线条造型比例关系。为了强调建筑外立面的挺拔感，穿孔铝板的两侧安装40mm宽白色铝合金线条收边。

本方案的窗扇朝室内方向开启，不会影响外立面造型，但缺点是会挤占室内使用空间。铝板上开孔的直径和间距可以根据建筑效果调整，建议其直径不宜小于2mm，以利于新鲜空气的进入。

室内平开窗的材质可采用铝板或玻璃，且须保证其保温性能，不致成为外幕墙系统的保温薄弱环节。

鉴于目前武汉大气污染指数较高，采用穿孔铝板作为建筑外饰面后，易形成灰尘积攒在孔隙中不宜清理，该方案最终弃用。

3.方案三：外部悬挂造型遮挡可开启外窗

此为本项目最后采用的设计方案。本方案通过在玻璃幕墙的外侧，悬挂黑、白两色的铝合金竖向悬片，来实现隐蔽窗扇、保持外观整齐美观的目的。

立面上的铝合金竖向悬片，固定于从主体层间幕墙主龙骨上挑出的横向连接件上，可开启窗就隐藏在这些悬片后方，窗扇可以实现下悬和平开两种模式，均不会挤占室内使用空间，且能避免外立面观感上的杂乱无章。

竖向悬片距离主体玻璃外表皮300mm。外侧每个悬片的宽度为800mm，安装间距为1300mm，维持了原方案的竖向线条造型比例关系；内侧窗户宽度为600mm，特意设置得比悬片宽度窄，可遮挡窗扇两侧竖龙骨，立面更简洁。

白色悬片为3mm厚铝型材，黑色悬片为铝型材外包3mm厚灰色铝板。内开内倒窗的玻璃采用与幕墙玻璃相同材质的6LOW-E+12A+6mm厚中空钢化超白玻璃，窗户高度为1.2m。

室内效果上为全玻璃幕墙形式，无凹凸变化，视觉效果上更整齐，并且便于室内空间灵活使用。

三 、成果运用效果及评估

如上所述，铁四院（光谷）高科创新基地项目幕墙的每次深化设计，都是在保证原方案效果不变的前提下完成，着眼点都是利用不同材质、竖向装饰构件或凸凹造型变化，达到隐藏式开窗的目的，最大程度地保证了建筑立面的简洁。

经过计算，塔楼的主要功能房间换气次数大于2次/h的面积比例分别为84.70%和79.18%，根据《绿色建筑评价标准》GB-T50378-2014中第8.2.10条规定，该项得分为最高13分。

高层建筑玻璃幕墙隐藏式开窗的方式多种多样，以上只是在铁四院（光谷）高科创新基地项目设计过程中，深化和推演的几种形式。本项目最终采取的是外部悬挂造型遮挡可开启外窗的方式，使立面更简洁，开窗方式更灵活。本文谨以抛砖引玉，实际运用时设计师可以本文阐述的原理为基础，根据项目的具体情况进行推敲，演化出更多隐藏式开窗的方式，达到经济与美观兼并有之的目的。