玻璃幕墙结构设计若干问题的探讨

摘要：玻璃幕墙在国内被广泛使用也就是近几年的事。但由于其独特的建筑效果备受建筑师的青睐，发展势头正方兴未艾。随着社会的发展与进步，重视玻璃幕墙的结构设计对于现实生活中具有重要的意义。本文主要介绍玻璃幕墙结构设计若干问题的探讨的有关内容。

关键词玻璃；幕墙；工程；结构；设计；选型；原则；

中图分类号：K826.16 文献标识码：A 文章编号：

引言

玻璃幕墙的应用发展十分迅速，已成为现代建筑的一个主要特征，也成为现代化大都市的标志和国家经济技术发展水平的一个代表。玻璃幕墙在国内被广泛使用也就是近几年的事。但由于其独特的建筑效果备受建筑师的青睐，发展势头正方兴未艾。相比之下，对幕墙的设计、制作、安装的管理工作则相对薄弱，有关的行业标准公布至今不过几年，此前更是“无法可依”，质量隐患比比皆是，需要统一认识，妥善处理。反之，有些方面由于缺乏经验或对规定理解不全面，又过于保守，存在一定的浪费。

一、概述

(一)玻璃幕墙的构成

玻璃幕墙最外面是玻璃或部分金属板材构件，它支承在铝合金横梁上，横梁连结在立柱上，立柱则悬挂在主体结构上。这些连结都允许一定的相对位移，以减少主体结构在水平力作用下位移对幕墙的影响.并允许幕墙各部分因温度变化而变形。此外.上、下层立柱也通过活动接头连接，可以相对移动以适应温度变形和楼层的轴向压缩变形(图1)。

按铝合金型材外露的情况，幕墙可分为明框、隐框和半隐框。当铝型材隐在玻璃板后时，铝型材与玻璃只能通过硅酮结构密封胶粘结，因此结构胶必须进行专门的承载力设计。

(二)结构设计的一般原则

1.幕墙主要构件应悬挂在主体结构上，斜墙和玻璃屋顶可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、地震和温度作用下产生破坏和过大的变形，妨碍使用。

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产生破损;在设防烈度地震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安全性。

二、玻璃幕墙结构设计若干问题探讨

2.1 如何选用合适玻璃幕墙型式。

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可以三种。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。

2.2 如何确定玻璃幕墙分格尺寸。

玻璃幕墙的立面分格宜与室内空间组合相适应,不宜妨碍室内功能和视觉。在确定玻璃 板块尺寸时,应有效提高玻璃原片的利用率,同时适应钢化、镀膜、夹层等生产设备的加工能力。过大的面板分格不一定能满足强度及刚度的要求,同样也会增加工程的造价。在满足建筑效果的基础上,同时也要兼顾玻璃面板的承压能力。作为玻璃幕墙一定要结合门、窗的位置,尺寸大小进行合理分格。幕墙的开启窗的设置,应满足使用功能和立面效果要求,并应启闭方便,避免设置在梁、柱、隔墙等位置。例如:不能将横向分格设置在人的视线高度处,这样会破坏室内的视野效果,让人感觉很压抑。

2.3 怎样考虑保温节能的要求。

国家对公共建筑和民用建筑近年来均出台了相应的规范,对节能有严格的要求。有保温要求的玻璃幕墙应采用中空玻璃,必要时采用隔热铝合金型材;有隔热要求的玻璃幕墙宜设计适宜的遮阳装置或采用遮阳型玻璃。建筑师可根据外墙的窗墙比、体型系数,所用材料,按现行国家规范的规定计算出幕墙或窗的所要达到的K 值,并一般均应明确标示在建筑说明中。这里要强调的是,幕墙的K 值和所用玻璃的K值是不一样的。一般来说选用的玻璃K值要比玻璃幕墙的整体K 值要小。比如说幕墙(包括幕墙框及玻璃的整体护)的K值要求小于2.0 w/(m2.k),那么其所采用的玻璃的K值一般要小于1.7w/(m2 .k)。因为占整个幕墙的10～20%投影面积幕墙框的K值一般很大,所以与玻璃综合起来就会有所不同。选用LOW-E 玻璃是提高玻璃幕墙保温节能最效的途径之一。

2.4 如何避免光污染。

高层镀膜玻璃幕墙往往会对周围的建筑产生明显的炫光,长时间处于这种环境下,会明显

感到不适, 影响人们的正常工作和生活。夏天,玻璃幕墙强烈的反射光进入附近居民楼房内,增加了室内温度,影响正常的生活。有些玻璃幕墙是半圆形的,反射光汇聚还容易引起火灾。烈日下驾车行驶的司机会出其不意地遭到玻璃幕墙反射光的突然袭击,眼睛受到强烈刺激,很容易诱发车祸。现在很多大型商业建筑,底层裙楼大量采用倒外倾斜的镀膜玻璃幕墙,这种幕墙在强光下,会产生一定角度的面光反射,往往会影响行人和车辆的正常运行,很有可能让人造成短暂的“失明”,从而导致交通事故。建筑物的玻璃幕墙甚至可能造成城市消防安全隐患。建筑师主要从玻璃造型设计上可以避免大面积反光,另外玻璃幕墙建议采用反射比不大于0.30的玻璃等是较为实际的方式。

2.5 如何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。因此,材料的选择应遵循以下几个原则:

2.5.1 满足一般功能要求的选用通用的材料。

如:铝型材的选用,型钢的选用,各种标准件的选用。其中龙骨一般为铝合金,也有钢框等其它材料。对于铝合金材料,常用的建筑铝合金有两种6063-T5和谐6063-T6,T6的强度比T5要强,选用哪种牌号一般由幕墙设计单位深化时,计算后确定。幕墙龙骨与主体结构之间连接件通常为钢材,常用的是Q235B 镀锌钢材。五金件现在也基本上全部采用不锈钢材料。

2.5.2 满足特殊要求的选用专用材料。

如:防火保温岩棉、硅胶、三元乙丙胶条等。幕墙所用胶一般分为两种,一种为结构胶,主要起将玻璃与铝合金副框相粘结的受力胶,常用于隐框玻璃、幕墙上悬窗开启扇中。因其长期受力,所以建议采用性能可靠的进口胶或国产优质产品。对于起嵌缝作的密封胶,也必须采用符合国家标准的合格产品,以免渗水情况发生。

2.5.3 满足建筑美学功能要求的选用新型的、高级的材料。如: 氟碳烤漆铝型材、LOW-E 玻璃、断热型材等。

2.5.4 满足经济性要求。在不降低材料品质的前提下,尽量采用国产优质产品。

三、结束语

长期以来，土建结构设计人员不承担幕墙结构的设计，幕墙由制造厂家自行设计，自行负责。由于厂家隶属不同行业，采用不同的标准，因而十分不统一，还会存在一些问题。为此，建设部已下达文件，要求建筑设计单位协同厂家共同承担起结构安全的责任。本文所叙述的玻璃幕墙结构设计方法反映了我国玻璃幕墙设计技术标准的要求，可供设计人员参考应用。

参考文献

［1］玻璃幕墙工程技术规范(JGJ102-2003).

［2］张芹.玻璃幕墙工程技术规范理解与应用.

［3］赵西安.玻璃幕墙设计、施工和监理.中国建筑科学研究院结构所资料室，2006.