建筑设计中玻璃幕墙的应用探讨

　　摘要：基于多年的实践经验，文章简要介绍了玻璃幕墙的类型及特点，并对玻璃幕墙设计要点进行了探讨。
　　关键词：建筑；玻璃幕墙；设计
　　
　　玻璃幕墙是建筑围护体系中一种新型的外装饰，随着我国经济的高速发展，大城市中的高层或超高层建筑中，玻璃幕墙以明亮、通透、重量较传统的建筑材料较轻，有利于建筑采光、减轻结构自重等优点。采用玻璃幕墙作为外围护结构越来越广泛，且成为一种大家乐于接受的形式。但幕墙结构的设计不像传统结构专业那样，有很多成熟的资料可参考学习，所以难免出现这样或那样的疏漏。因此，研究其设计要点意义重大。
　　一、玻璃幕墙的主要类型
　　（一）框支承玻璃幕墙
　　框支承玻璃幕墙，即玻璃面板周边由金属框架支承的玻璃幕墙，其力学计算模型为：面板按四边支承板，横梁按双向受弯构件，立柱按铰接多跨梁且宜按偏心受拉构件设计，并按有关结构设计手册或专门的计算软件计算。其主要特点如下：
　　（1）施工手段灵活，工艺较为成熟。
　　（2）主体结构适应能力强，安装顺序基本不受主体结构的影响。
　　（3）采用密封胶接逢处理，水密性、气密性好，具有较好的保温、隔声降噪能力，具有一定的抗层间位移能力。
　　（4）面板材料单元组件工厂制作，结构胶使用性能有保证。
　　（5）密封胶施工要求严格，前期清洗、打胶过程对工人素质要求高；安装打胶控制点多，工序多，要求工程管理质量高。框架式玻璃幕墙因其成本较低、工艺成熟、施工方便，已经在建筑上广泛运用。建筑师可根据建筑的效果需要，选用明框、竖明横隐、横明竖隐、全隐框等不同的型式，以表达建筑的立面整体效果。
　　（二）全玻幕墙
　　全玻幕墙，由玻璃肋和玻璃面板构成，面板为对边简支和多点简支形式，玻璃肋类似简支梁。
　　（三）点支承玻璃幕墙
　　点支承玻璃幕墙，由玻璃面板、点支承装置和支承结构构成。按支承结构分为肋驳接点支式玻璃幕墙，钢结构点式玻璃幕墙，钢拉杆点支式玻璃幕墙、索桁架点支式玻璃、单层索点支式玻璃幕墙和各种混合体系点支式幕墙。面板玻璃根据需要可采用单层玻璃，中空玻璃，夹层玻璃等多种玻璃。其特点是：
　　（1）可使室内空间与室外环境自然和谐，效果通透，营造大跨度开放舒适空间。
　　（2）结构美观耐用，构件精巧可靠，实现精美的金属结构与玻璃装饰艺术的完美融合。
　　（3）支承结构灵活多样，形式多样，可满足不同建筑结构和装饰效果的需要。
　　（4）玻璃与驳接爪件采用球铰连接，支承头能适应玻璃面板在支承点处的转动变形，具有较强的吸收各种变形的能力。
　　（5）全装配式精巧结构，充分展现机械工艺装配美感。点式玻璃幕墙在各种建筑上普遍运用，而且技术也很成熟。因其通透的效果与结构的工艺性美观性，往往使用在建筑的关键部位，如建筑的主入口、特殊造型处。
　　（四）双层玻璃幕墙
　　双层动态节能幕墙(也叫热通道呼吸式幕墙)，按通风原理分为自然通风和强制通风两种系统，按气流循环方式可分为封闭式内循环系统(较适合于严寒地区)和开敞式外循环系统(较适合于冬冷夏热地区)。通常由外层幕墙，内层幕墙，外层幕墙，遮阳装置，进风装置，出风装置组成。其理念是实现舒适、节能、环保，使室内生活工作环境与室外自然环境达到完美融和。具有以下几大主要功能：改善室内环境、减少风及恶劣气候的影响，节能环保、最大限度降低能耗，自然通风，充分利用太阳能，提高隔音降噪能力，实现幕墙功能智能化。按通风方式可细分为：整体式双层幕墙、通道式双层幕墙、廊道式双层幕墙、箱体式双层幕墙。但其造价相对来说是比较高的，建筑师选用时应充分考虑到业主的经济实力。
　　二、玻璃幕墙建筑设计
　　（一）玻璃幕墙的选型
　　采用玻璃幕墙的建筑，外观的效果非常重要。玻璃幕墙的选型是建筑设计的重要内容，设计者不仅要考虑立面的新颖、美观，而且要考虑建筑的使用功能、造价、环境、能耗、施工条件等诸多因素。如果仅从围护功能来说，不同类型的幕墙形式都是一样的，但要表达建筑师所追求的建筑手法、建筑风格来讲，不同形式的玻璃幕墙在外观上的效果相差非常大，往往不只是线条上的差别，更重要的是质感、体量感的差别。对于外立面的幕墙效果来说基本上可以3种。①追求坚向线条，主要体现建筑挺拔向上的，②追求横向线条，主要体现建筑宽广、水平延伸的建筑思路，③追求空间轮廓线条，主要体现建筑异形、多维空间变换思路。
　　（二）玻璃幕墙的分格
　　玻璃幕墙的分格应根据以下几个方面来考虑：
　　（1）玻璃幕墙的性能(幕墙的风压变形、空气渗透、雨水渗透、保温性能等)。
　　（2）玻璃的尺寸大小。目前国内生产的浮法玻璃最大尺寸一般为：2400×3300mm。玻璃的利用率以在80％以上为最佳。
　　（3）结构的合理性，幕墙玻璃分格尺寸与所需的玻璃厚度、金属骨架材料截面大小等关系很大，过太的尺寸将导致不经济。
　　（4）施工难易程度。目前玻璃的安装方法一般是几个人在吊篮上手工操作的，如果玻璃尺寸较大，玻璃就比较厚，自重也就较大，就要求采取其它方法，如采用玻璃安装吸盘机等。
　　（5）室内空间要求。幕墙分格的水平缝要和楼层平齐，竖直缝要和主体结构的柱、墙对齐。这主要是要求满足一块玻璃不应跨越两个防火分区。从室内看幕墙骨架应尽量少，美观性较好。
　　⑥美观的要求。玻璃高和宽之比要适中，既不能过小，也不能过大，一般为1．1～1.2。
　　（三）提出幕墙性能等级要求
　　玻璃幕墙的性能，主要有风压变形、空气渗透，雨水渗漏和保温隔声等。设计时应根据建筑物所在的地理位置，气候条件，建筑物的高度，体型和环境，建筑物的功能和重要性等，对玻璃幕墙的各项性能提出等级要求。
　　三、幕墙的构造设计要求
　　幕墙的构造设计，直接关系到幕墙的使用功能，设计时应对以下问题予以注意：
　　（1）为了提高幕墙抗雨水渗透的功能，幕墙构件的面板与边框所形成的空腔应采用等压设计，使空腔内气压与室外气压相同，防止室外空气压力将雨水压入腔内。
　　（2）应在可能产生渗水的部位或可能产生结露的部位预留泄水孔道，集水后由管道排出。
　　（3）板材与边框连结处必须用硅酮密封胶进行处理，密封材料应能在长期压力下保持良好的弹性。
　　（4）伸缩缝、温度缝、沉降缝处必须进行较好的处理，使其既能保持立面美观，又能满足缝两侧结构变形的要求。目前有两种设计方法：一种是采用活动盖板，避免连接部位损坏；另外一种是允许缝上的玻璃板局部损坏，只要及时修补既可。后者表面不露痕迹，较为美观。
　　（5）隐框玻璃幕墙构件之间的拼缝宽度不宜过大，过大影响美观；也不宜过小，过小则容易因温度变化而挤压玻璃。一般为15—20mm，设有擦窗机轨道时要大于40mm，明框幕墙构件中玻璃与铝边框之间的空隙要满足温度变形的要求，通常要大于8—10mm。
　　（6）由于幕墙位移和温度变化，幕墙各部位会因磨擦产生噪音，影响建筑物的使用质量，所以应在磨擦部位设置垫片以减少磨擦噪音。
　　（7）各种五金件、连接件设计要防止不同金属相接触产生电化学腐蚀。
　　（8）建筑设计时必须考虑察窗机的轨道布置、连接件和相应的荷载值，并及时向结构专业提出。
　　（9）幕墙墙面活动部分面积不宜大于墙面面积15％，宜采用上悬窗，开启角度不宜大于3O度，开启后的宽度不宜大于300mm。
　　四、幕墙的结构设计
　　玻璃幕墙是建筑物的外围护构件，主要承受自重、直接作用于其上的风荷载、地震作用以及温度作用，其支承条件须有一定的变形能力，以适应主体结构的位移。当主体结构在外力作用时，不应使幕墙产生过大的内力。对于竖直的玻璃幕墙，风荷载是主要的作用，其数值可达2至3KN／M，玻璃产生很大的弯曲应力，因此对幕墙构件本身而言，抗风是主要的考虑因素。但是，地震力的作用对连接节点会产生较大的影响，使连接节点发生震害，进而使建筑物幕墙脱落、倒坍，所以在抗震构造上还必须予以注意。
　　五、防火设计
　　现在使用的带玻璃幕墙的建筑很多无防火设计，既便有也只是把横框设于楼板。上加铝合金盖板或钢盖板；有的则未作任何处理，上下层间可通视。正确的做法是用防火材料把上下楼层间隙封闭，这样既防火又避免了楼层之间噪声的干扰。
　　
　　参考文献：
　　[1]甘尚琼.玻璃幕墙设计技术关键要点[J].中外建筑，2011（2）.
　　[2]谢伟明.浅析建筑幕墙设计原则及发展方向[J].城市建设：下旬，2011（2）.

《建筑设计中玻璃幕墙的应用探讨》

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