玻璃幕墙设计分析

摘要：建筑幕墙作为建筑工程的一项护结构或装饰性结构,在我国的国民经济建设中已得到了广泛的应用，建筑节能、绿色环保、生态健康、可持续发展的建筑设计理念已成为建筑设计今后的发展方向,对建筑幕墙设计既提出了越来越高的要求,又迎来了难得的发展机遇和严峻的挑战。本文结合工程实例，分析了玻璃幕墙的构成及特点，提出设计原则，供相关部门和业内人士讨论。

关键词：玻璃幕墙；设计

Abstract: the building curtain wall as the construction of a building or decorative structure, in the national economy construction of our country has obtained the widespread application, building energy-saving, green environmental protection, ecological health, sustainable architecture design has become the architectural design and the development direction henceforth, to building curtain wall design is put forward more and more high request, also welcomed rare development opportunity and grim challenge. This article unifies the project example, analyses the formation and characteristics of glass curtain wall, presents the design principles, for the relevant departments and the industry to discuss.

Key words: glass curtain wall design;

中图分类号：J527.3 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）

1前言

玻璃幕墙将建筑物护的防风、遮雨、采光、隔热保温等使用功能与建筑外墙装饰相结合，形成融建筑技术、建筑艺术为一体的建筑护结构，已在我国高层和超高层建筑中广泛应用。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，所以难免会出现这样或那样的疏漏。因此，控制其设计质量就成为广大幕墙建设和设计单位共同关注的问题。

2 玻璃幕墙概述

（1）玻璃幕墙是指由支承结构体系与玻璃组成的、可相对主体结构有一定位移能力、不分担主体结构所受作用的建筑护结构或装饰结构。

玻璃幕墙主要部分由饰面玻璃和固定玻璃的骨架组成。有将玻璃与骨架连接，玻璃能成幕墙。骨架支撑玻璃并固定玻璃，然后通过连接件与主体结构相连，将玻璃的自重及墙体所受的荷载及其他荷载传递给主体结构，使之与主体结构融为一体。

(2)玻璃幕墙的结构形式较多，常用结构如下图所示：

图 1 玻璃幕墙的结构形式

（3）玻璃幕墙的优点有：可吸收红外线；减少进入室内的太阳辐射；降低室内温度；轻巧美观；不易污染；节约能源；在光线的反射下，室内不受强光照射，视觉柔和等。

另外，在现代化高层建筑的玻璃幕墙中，还采用了由镜面玻璃与普通玻璃组合，隔层充入干燥空气的中空玻璃。中空玻璃是一种良好的隔热、隔音、防结霜、防潮、抗风压强度大、美观适用、并可降低建筑物自重的新型建筑材料，它是用两片(或三片)玻璃，使用高强度高气密性复合粘结剂，将玻璃片与内含干燥剂的铝合金框架粘结，制作成的高效能隔音隔热玻璃。据实验检测，在冬天，当室外温度为一10℃时，室内单层玻璃窗前的温度为一2℃，而中空玻璃窗前的温度是13℃；而在夏天，双层中空玻璃可以挡住90％的太阳辐射热；虽然阳光依然可以透过玻璃幕墙，但晒在身上不会感到炎热。因此，使用中空玻璃幕墙的房间可以做到冬暖夏凉，极大地改善了生活环境。

3 幕墙的结构设计

3.1 幕墙结构设计首先应遵循以下几个原则：

（1）幕墙的主要构件应悬挂或支承在主体结构上，幕墙应按围护结构设计，不承受主体结构的荷载和地震作用。

（2）幕墙及其连接件应有足够的承载力，刚度和相对于主体结构的位移能力，避免在荷载、地震和温度的作用下产生过大的变形及破坏。

（3）非抗震设计的幕墙，在风力作用下，其玻璃不应破碎，且连接件应有足够的位移能力使幕墙不破损，不脱落。

（4）抗震设计的幕墙，在常遇地震作用下玻璃不应破损，在设防烈度地震作用下经修理后幕墙仍可使用，在罕遇地震作用下幕墙骨架不应脱落。

（5）幕墙构件设计时，应考虑在重力荷载、风荷载、地震作用、温度作用和主体结构位移影响下的完全性。

3.2 结构设计验算

结构设计时，应按照幕墙传力路径顺序，对每个部件进行受力分析：

玻璃面板-->横梁-->立柱

首先当使用隐框玻璃幕墙时还应包含玻璃结构胶的验算；当使用全玻璃幕墙时还应包含玻璃肋的验算。

其次横梁的验算还应包含横梁的固定连接件，即横梁与立柱之间的连接件

再次立柱的验算应包含连接到主体结构的连接件的验算。

最后，当玻璃幕墙外形较复杂时，还应对连接起来的各部件进行一次整体的建模验算。

4 玻璃幕墙的建筑设计

4.1 选用合适的玻璃幕墙型式

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有三种。一种是追求坚向线条，主要体现建筑挺拔向上的，第二种是追求横向线条，主要体现建筑宽广、水平延伸的建筑思路，第三种是追求空间轮廓线条，主要体现建筑异形、多维空间变换思路。

4.2 选用合适的玻璃幕墙材料

幕墙材料选择是幕墙工程中极为重要的一环。它不仅决定整个工程的总造价，而且关系到整个工程的档次、使用寿命、外观效果。合理地使用材料至关重要，好的材料堆砌在一起并不一定能产生好的效果，只有巧妙地、合理地发挥各种材料的特性，才能产生极佳地效益。

4.2.1面板的选用

玻璃面板通常分为单层玻璃、中空玻璃、夹胶玻璃，要求更高一点的为中空夹胶玻璃或双中空玻璃。玻璃颜色又划分成很多种类，每个颜色对太阳光线的反射与吸收均有所不同，应根据建筑物的用途与外观要求进行选择。

4.2.2骨架材料的选用

骨架通常选用铝合金型材，楼层跨度较高的通常选用钢结构骨架，有时候为了提高整个幕墙的通透效果，则采用玻璃肋作为骨架。铝合金与钢材均有多种材性选择，合理选择材性，对节约造价方面起到不少的作用。

4.3幕墙的换气和通风

过去在幕墙建筑设计中，强调以人工换气、通风为主，不主张开启或尽量少设开启扇，以降低能牦，防止开启扇破损，也使立面较为美观，因此CJ102-96规定开启扇面积不大于幕墙面积的15％。2003年SARS之后，许多幕墙界人士进行了反思，形成了加强幕墙通风、换气的共识，甚至许多业主要求将部分固定玻璃更改为开启扇。所以在JCJ102—2003新修订版本中，取消了开启扇面积不大于15％的规定。采用双层通风幕墙时，室内可以从热通道取得新风，外幕墙有进风口进风，可不必设开启扇，从而在保证自然通风的同时，使幕墙保持美观和安全。

4.4防火防烟设计

4.4.1 防火玻璃在幕墙中的应用

幕墙采用的防火玻璃应为单片防火玻璃及其制品。防火玻璃可以在下列情况时采用：防火墙两侧的玻璃面板；楼层间水平隔烟层；楼层结构高度小于800mm，未设实体窗下墙时，楼板上的面板；楼层中的透明防火隔断。支承防火玻璃的金属骨架应采用钢结构，不宜采用铝型材。

4.4.2 双层通风幕墙的防火问题

双层通风幕墙通过热通道中的气流调节热通道的温度，减少室内温度与外界的温差，达到节能的要求。但目前国内消防规范要求层间设置封闭隔烟层。为避免本层排风口排出的空气又被上层进风口吸入。形成气流短路，可以在满足防火隔烟要求的前提下，采用下列通风方式之一：加大排风口与上层进风口的竖向距离；采用本跨进风后，在邻跨排风的S形通风路线方式。当外幕墙采用透明玻璃、要求高度通透明，层间隔烟层可采用单片铯钾防火玻璃。高度很大的内天井、内庭，为防止火灾和烟雾在层间扩散蔓延，在天井周边可采用单层铯钾防火玻璃围成井筒，并采用型钢骨架。

5实例分析

5.1 工程概况

某工程为某大厦，总建筑面积为365220m2，建筑高度为48．2m，为9层框架结构，整体建筑为圆弧型。南、北主立面采用铝方管装饰线条。基于U型玻璃在透光、隔热、保温、隔音方面性能良好。其机械强度较高，施工简便，有着独特的建筑与装饰效果，并能节约大量金属材料。本工程东、西立面及一层部分墙体采用U型玻璃幕墙结构，幕墙颜色为淡绿色，墙体为银灰氟碳漆，色彩新颖柔和，整体造型典雅流畅。

5.2玻璃幕墙节点设计

该工程的U型玻璃幕墙采用双排安装方式，翼在接缝处成对排列，U型玻璃垂直安装。外层U型玻璃承担一半风荷载和全部风量。U玻型号为SQ4型，其底面宽为260mm，翼高为60mm，厚度为7mm，重量为24．61kg／m2。最大设计长度为7m。当U型玻璃高度超过4．5m时应核算墙身的稳定性，采取相应的措施，满足下框料随着结构的变形绝对值≤15mm，否则考虑中间增加固定措施。由于本工程幕墙总高度大于48m，因此在每分层处增加一道钢梁以支撑U玻幕墙荷载。U型玻璃单片长度根据现场放样，定制长度为4．2m，U型幕墙上安装固定窗与开启窗，固定窗与开启窗采用Low—E双层中空玻璃，在U型幕墙中安装窗，其横框和竖框都不能有接槎，应一通到底，开启窗要带两层密封条，具体节点见图2、图3、图4。

图2U型玻璃与开启窗立面

图3U型幕墙固定窗节点

图4U型玻璃两侧收口节点

各独立U玻构件应支撑在具有均匀弹性的衬垫上；玻璃与邻近的金属、混凝土结构之间不能有硬性接触。U玻上端与邻近的上部结构之间的空气缝隙约为25mm，该缝隙主要应付温度变形、蠕变变形及收缩。U玻的底端与框的接触部位应能适应由于温度的变化而引起的玻璃长度的伸缩。为避免长期受雨水冲刷对边框，尤其是下框的影响。框的下部应装成能把雨水向外排出的形式。玻璃与框的接缝处不能透水、不能透气，在玻璃与型材的接缝处装上用作胀缝的材料或型件，将接缝盖严。

6 结束语

随着材料的不断创新和技术的不断发展，玻璃幕墙在结构和外观上都将更加灵活和具有创意，是现代主义建筑的主要特征，也是现代化都市的标志，更是城市经济、技术发展水平的代表。因此，设计时我们不仅要考虑建筑本身的特点，同时涉及了幕墙的设计、材料的选用、制作安装的全过程，创造出更多协调、美观，并富有中国建筑特点的现代化建筑。

参考文献：

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[2]黎婉齐.玻璃幕墙设计之外观设计[J].建材与装饰：上旬，2011(10).

[3]李隆财.建筑玻璃幕墙的设计研究[J].新建设：现代物业上旬刊，2011（8）.

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。