玻璃幕墙设计技术关键要点

摘要：本文通过对玻璃幕墙专项设计的介绍，总结了在幕墙专项设计中易出现的一些疏漏，同时对幕墙结构中关键部位的设计进行了分析，借以引起设计者的重视。

关键词：玻璃幕墙；节点；防火设计；防雷设计

中图分类号：TU22

文献标识码：B

文章编号：1008-0422(2011)02-0084-02

1　概述

玻璃幕墙作为建筑物的护结构，融使用功能和装饰功能于一体。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，采用玻璃幕墙作为护结构越来越广泛，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。一些幕墙结构设计，由于经验不足，在设计中常常疏忽某些重要环节，造成设计缺陷，从而带来一定的安全隐患和隐藏的经济损失。本文简要介绍了玻璃幕墙结构设计的主要类型，并就本人在幕墙施工图审查工作中发现的一些容易疏忽的设计环节进行归纳与总结，提出相应的应对措施，以期对幕墙结构设计师有所裨益，从而规避不必要的安全隐患。

2　玻璃幕墙的主要类型及设计

幕墙结构设计在幕墙设计中是一个重要的环节。玻璃幕墙属于建筑物外维护结构或装饰结构，应参照围护结构设计的标准来进行设计。其结构构成主要有支承结构体系与玻璃两大部分。相对主体结构而言，其可以有一定的位移，但不分担主体结构所受重力。设计时，应考虑幕墙自身重力荷载、直接承受迎面而来的风荷载以及地震时地震荷载。

玻璃幕墙结构主要分以下三类：

2.1　框支承玻璃幕墙(按结构构造形成又分明框、隐框、半隐框玻璃幕墙三类)

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。

2.2　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。

2.3　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。

3　幕墙设计中易疏忽的设计环节

3.1　连接件的设计：

3.1.1　连接件往往未进行设计计算。

幕墙的传力路径为：面板的自重和所承受的风荷载、地震作用等通过连接件传给横梁一立柱一通过锚接点以点传递方式传至建筑物主框架。所以，连接件与主体结构的锚固承载力设计值应大于连接件本身的承载力设计值。

幕墙本身变形能力较小，在水平地震或风荷载作用下，主体结构梁容易产生侧移。由于幕墙构件不能承受过大的位移，只能通过弹性连接件来避免主体结构过大侧移的影响。幕墙构件与立柱、横梁的连接要尽可靠地传递风荷、地震作用、自重作用及主体结构水平位移产生的影响，所以连接件须具有一定的适应位移的能力。

幕墙的破坏，往往最先体现在连接点上，连接点出现问题，则造成整个结构体系出现安全隐患，故连接件的作用不可忽视，必须通过精密计算未确定。

3.2　设计图中未交代或不重视连接件的构造设计和措施。

风荷载作用下，幕墙与主体结构之间的连接件发生拔出、折断等严重破坏的情况比较少见，只要保证其足够的活动能力，使幕墙结构避免受主体结构过大位移的影响，一般不会出现这样的问题。但在地震作用下，幕墙和连接件会受到强烈的动力作用，相对而言更容易发生破坏。防止或减轻震害的主要途径是加强构造措施、精心设计、从严掌握。

幕墙结构与主体砼结构应通过预埋件来进行连接，预埋件应在主体结构砼施工时埋入，且位置应准确。但在实际中，很多建筑幕墙因各种原因在主体结构施工完毕后再进行设计和施工，因此造成幕墙结构与主体结构连接的预埋件无法事先预埋。

当无条件采用预埋件时，应采用其他可靠的连接措施，并通过试验确定其承载力。通常可采用后加化学植筋螺栓连接，螺栓直径和数量应通过承载力计算确定，且应进行承载力现场试验，必要时应进行极限拉、拔试验。施工操作时，应避开主体结构的受力钢筋及防止截断其受力筋。

化学螺栓的锚固长度也应满足计算要求。实际工程实例中常遇见在屋顶女儿墙或楼层砼栏板上设置连接件，栏板厚度一般小于120mm。如此难以满足连接螺栓的锚固长度的需要，应根据实际情况采取相应的措施。另外，栏板上附加了幕墙传递来的作用效应，还应对栏板进行验算。幕墙与砌体结构连接时，宜在连接部位的主体结构上增设钢筋砼或钢结构梁、柱。轻质填充墙不应作为幕墙的支承结构。

3.3　结构胶未进行设计计算，设计图中未标注胶宽度和厚度。

在重力荷载设计值作用下，玻璃幕墙的重力传给结构胶，结构胶缝均匀承重长期剪力，其承受荷载和作用产生的应力大小关系到幕墙构件的安全。由此可见，结构胶的重要性，所以对结构胶必须进行承载力验算，保证最小的粘接宽度和厚度。

3.3.1　设计计算中，风荷载分项系数取值有些不准确。

主要疏忽：未区分负压区墙角，凹凸部位，取值1.2偏小，应取1.4。

对高度>200m或体型、风荷载环境复杂时，宜进行风洞试验。

3.3.2　玻璃幕墙的防火设计不到位。

幕墙四周与主体结构之间的缝隙、与每层楼板、隔墙处的缝隙仅用普通装饰材料进行封闭，没有采用防火保温材料进行填塞，未能满足消防要求，如楼层发生火灾时不能有效对火势进行隔断。

一般的做法是，采用防火封堵法，通过在缝隙间填塞不燃或难燃材料或由此形成的系统，以达到防止火焰和高温烟气在建筑内部扩散的目的。但在审图过程中，笔者还是发现了设计中有些封堵不到位，标准做法是：缝隙封堵填塞材料应采用岩棉或矿棉，衬托岩棉用镀锌钢板厚度不得小于1.5mm，岩棉或矿棉厚度不得小于100mm(详见图1)。

同时，为避免两个防火分区因玻璃破碎而相通，造成火势迅速蔓延，同一玻璃板块不宜跨越两个防火分区。

3.3.3　玻璃幕墙的防雷设计易疏漏

高层建筑在被玻璃幕墙围护后，原建筑物的防雷装置由于玻璃幕墙的屏蔽效应，不能直接起到接闪和防雷作用，闪电对建筑物的雷击往往变成对玻璃幕墙的雷击。故防雷设计也是保证幕墙安全使用的一个重要环节，不可疏漏。

有些幕墙设计中未作防雷设计，或虽有些做了防雷设计，其设计和技术措施也不到位，防雷未与主体建筑的防雷接地系统可靠连接，形成一个导电通畅的整体系统。

笔者就曾遇到过一个因玻璃幕墙防雷设计的疏漏而遭遇雷击的实例，所以玻璃幕墙设计中的防雷设计必须引起设计师的重视。

通常建筑物的防雷装置有三部分接闪器、引下线和接地装器。幕墙防雷节点标准做法详见图2、图3、图4。

目前防止侧击雷的常见做法是在30m以上的高层建筑玻璃幕墙部位，每三层设置一圈均压环(图3、图4)。将幕墙竖向龙骨、横向龙骨和建筑物防雷网接通连成一个防雷整体，把幕墙获得的巨大雷电能量，通过建筑物的接地系统，迅速地输送到地下。

4　结语

精心设计的幕墙系统是未来建筑的核心，安全、高效的幕墙围护结构能有效实现建筑节能、环保、生态的目标。而安全、完整、有效的玻璃幕墙的设计，应根据幕墙的系统构造、构件受力特点，控制构件的抗弯刚度、挠度、端部转角及支座连接承载力等设计技术关键要点，同时做好防火、防雷设计。本文通过对玻璃幕墙设计过程及易疏漏的设计环节的介绍，提出几种主要类型的玻璃幕墙在设计力学方面的分析思路、主要控制的关键要点，希望对幕墙结构设计师能有所帮助，从而规避隐患，实现更好的经济效益。