刍议高层建筑玻璃幕墙设计原则及发展方向

【摘要】玻璃幕墙作为建筑物的外装饰是现代化城市建筑的重要标志之一，它打破了传统的实体墙与门窗的界限，巧妙地将建筑物围护结构的使用功能与装饰功能有机地融为一体，使建筑物更具时代感和艺术性。

【关键词】玻璃幕墙；设计；原则

1、玻璃幕墙的主要设计原则

我国是南北气候差异比较大的国家，在玻璃幕墙的节能设计要求也是不同的。这就要求玻璃幕墙的节能设计不仅要保证自身的特点，还要结合当地的气候和环境的不同进行研究设计，在设计过程中要遵循玻璃幕墙的设计原则，玻璃幕墙的设计原则一般包括以下几个方面：

1.1要具有科学性

在对建筑玻璃幕墙节能进行设计时，要全面考虑各个因素的影响，如：功能、性能、选材等。在施工过程中必需结合当地的气候和各方面的因素选择更为科学的幕墙构造与结构，还要严格按照结构设计标准来进行安装。事实上，玻璃幕墙传热系数确定是由地区气候、建筑构造以及玻璃传热系数等共同决定的。

1.2适用性

对不同地区的环境和项目实际情况进行全面考虑，加强对冬季严寒地区室内保温的设计，要保证室内的温度；对于夏季非常炎热的地区要特别注意室内与室外隔热和通风的设计，再结合与之相关的规定，贯彻和落实国家节能政策，把建筑耗能和舒适性二者之间的关系处理好。

1.3经济性

在建筑维护结构中，其玻璃幕墙是一重要部分，而且又是考虑建筑节能所不可缺少的一方面，因此，对建筑节能设计要进行全面考虑，对热工设计中的传热过程和传热方式进行分析和探讨。只有将节能和经济二者达到统一后，才能真正凸显出建筑节能设计的价值。

2、高层建筑玻璃幕墙的主要类型

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）：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：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。

3、高层建筑玻璃幕墙设计的重点

3.1建筑玻璃幕墙结构安全性

玻璃幕墙有着区别于其他墙体设计的优点，就是它不同于一般的幕墙设计和填充墙，能够自己独自承担来自外界的像风力、地震动荡等较大的变形，有着较强的位移能力。为了保证玻璃幕墙结构安全性，首先先按照国家标准规范，对建筑幕墙的玻璃面板及龙骨进行结构力学核算，保证在最不利的荷载条件下玻璃面板及龙骨均有安全性及可靠性。根据主体结构特点合理的使用最优的受力体系，如简支梁，双跨梁，连续超静定简支，连续超静定双跨梁等，可以降低成本的同时保证结构的安全。玻璃幕墙的设计构造，使得玻璃幕墙能适应主体结构的构造变形，在地震荷载的作用下，能保证小震不坏，中震可修，大震不倒。

3.2高层玻璃幕墙的节能性

我国的《绿色建筑技术导则》中对建筑中的玻璃幕墙的所谓绿色指标进行了规定，要求高层玻璃幕墙要降低能源的消耗，使用绿色环保材料，从而实现光、热、声在玻璃幕墙中的协调扩散，同时也在一定程度上改善了空气质量。在进行高层玻璃幕墙设计时，设计人员需要对玻璃幕墙的绿色技术设计投入更多的重视，使其能够更好地发挥保温隔热的性能，有效过滤太阳光线，拥有遮阳和透光的功效，维持室内空气流通和扩散，只有这样才可以保证高层玻璃幕墙更广泛地应用到建筑设计中，实现玻璃幕墙的绿色设计构建。

3.3玻璃幕墙的质量控制

高层建筑不但需要美观，也需要坚固耐用，安全。高层建筑幕墙设计中需要考虑各种荷载因素，材料因素，选用合理的玻璃，合理的铝材，严格的材料表面处理方法。如现在有些高层建筑会发生钢化玻璃自爆的事件。具体原因是钢化玻璃中含有硫化镍使得玻璃自爆。

4、高层建筑玻璃幕墙的设计方向

4.1外观造型复杂

现代玻璃幕墙的外观越来越复杂，这个需要设计有效的结构受力幕墙，保证安全，有效的设计措施，保证施工质量及工期。

如央视的“大裤衩”，造型复杂，线条造型复杂，板块繁多，使用了构件式的玻璃幕墙系统可以有效的解决这些施工问题；深圳的京基100，高400多米，线条纤细，采用了国际上最为先进的幕墙系统――单元式幕墙，可以保证工期，又能体现外立面高端大气上档次。

弹性连接是幕墙必须具备的构造性能之一，主要来源于平面内变形性能及抗震的要求，以保证玻璃幕墙板块具有相对的位移能力。但是建筑物的结构与构造设计，限制了玻璃幕墙的设计，缺少对建筑设计的正确理解，许多厂家为了降低造价，都是采用简单的固定式连接而给使用者带来安全上的隐患。因此，设计人员需要在设计时就保证其能够充分发挥应有的安全防护作用，同时对连接系统认真计算，以满足强度上的设计标准，此外还应对弹性连接进行设计，满足强度及变形要求，确保安全性。

4.2绿色节能方向

目前我国对玻璃建筑设计重要性的认识，对节能玻璃幕墙的知识知之甚少，设计单位往往在建筑施工已开始时才进行玻璃幕墙设计，这直接导致了玻璃幕墙设计的滞后，以及用材质量降低。但目前我国节能标准已逐渐变得越来越严格，能耗比也越来越严格，这就要求玻璃的幕墙设计向绿色节能的方向发展，各种高性能的玻璃，断热材料，能使幕墙的K值大幅度降低，通常情况下，如果玻璃幕墙设计科学合理的话，都能达到很好的降低能耗和节能的作用，在这方面绿色技术得到了很好的体现。

4.3智能方向

采用智能化的玻璃幕墙，通过传感和自控系统，自动控制建筑外部装饰条的角度，百叶的变换，能更好的实现遮阳，通风及采光的效果，避免了建筑在运用空调等电子系统时出现较大的能源消耗量，有效地保持了低能源绿色的水平。在建筑设计中，合理的运用玻璃幕墙绿色技术，科学的选择玻璃幕墙，使用建筑构造合理和控制方式稳定的建筑程序，才能保证有效的达到降低能源消耗的效果。

4.4单元式幕墙方向

单元式幕墙符合当今环保的主题思想，在技术上，采用物理的“等压原理”设计，解决了由于压力差造成的幕墙接缝漏水等问题。该系统有组装精度高、抗震能力强、可同步施工、防水防渗、自洁等多项特点。单元式幕墙是在专业工厂中进行制作、加工完成。在对材料的筛选、制作工艺过程的控制、制作环境的控制、操作人员的技能培训、单元板块的养护时间、环境的控制、出厂的检验控制上是目前其他类型幕墙不可比拟的。单元式幕墙的单元件（板块）高度为楼层高度，传力简捷。现在高层建筑施工工期要求越来越短，普通的构件式幕墙已难以满足这么紧凑的工期，工人施工成本也越来越高，单元式幕墙安装方便，施工速度快，可以分段施工，故可以有效的解决这些问题，越来越受到建设单位的热衷。

5、结语

近年来，由于我国科学进步与社会的发展，使得建筑理念不断在更新，在建筑节能、资源利用以及环境保护等方面都提出了较高的要求，这使得玻璃幕墙在建筑中应用十分广泛。玻璃幕墙属于一种新技术，其节能效果和幕墙设计有十分紧密的联系。因此，在今后的研究与应用中，我们必须使用科学、合理的方法，促进玻璃幕墙节能技术的发展。

参考文献：

[1]田丽华.浅谈玻璃幕墙设计的一般原则[J]，科技情报开发与经济，2011，21；

[2]陈志秀.浅议建筑设计中的玻璃幕墙设计[J]，城市建设理论研究（电子版），2011，32；

[3]中华人民共和国行业标准，玻璃幕墙工程技术规范（JGJ102-2003）；

[4]王效峰，建筑节能玻璃幕墙设计理念[J]，科技信息，2008，（28）。