淺談玻璃幕墻的設計

惠耀武

摘要：本文客觀的闡述了玻璃幕墻的發展歷史，分析了玻璃幕墻的特點，從設計者角度出發，提出了在玻璃幕墻設計中應注意的諸多問題及解決方法。為實際的建筑設計提供了一定的借鑒和技術支持，以嚴謹的設計態度促進我國玻璃幕墻的健康可持續發展。

關鍵詞 玻璃幕墻 非結構構件 建筑節能 主體結構 抗震設計

一， 前言：玻璃幕墻始于20世紀50年代，代表建筑有聯合國大廈和紐約利華大廈。我國玻璃幕墻起步較晚，以1983年北京長城飯店和上海聯誼大廈為標志開始，主要是構件式明框玻璃幕墻居多，由于無國家行業規范和標準，技術質量水平較低，多靠引進和模仿國外技術。1990～2000年，出現和發展了隱框幕墻、鋁板及石材幕墻，開發了單元式幕墻，引進和創新了點支撐玻璃幕墻，同時國家頒布了相應的技術規范。2000年至今，雙層幕墻、光電幕墻、智能幕墻、膜結構幕墻等等多元化幕墻的發展和應用，標志著玻璃幕墻成為現代建筑的顯著特征。

二、玻璃幕墻的特性

玻璃幕墻是指由支承結構體系可相對主體結構有一定位移能力、不分擔主體結構所受作用的建筑外圍護結構或裝飾結構，是一種美觀新穎的建筑墻體裝飾方法。它的材料構成是由金屬構件和玻璃板材組成。它的施工方法分為現場組裝和預制裝配。

玻璃幕墻在建筑領域廣泛應用，是因為它具有其他材料無法比擬的特點：它能將建筑藝術、建筑功能、建筑節能等因素有機地統一起來；選材簡單，構件制作工廠化；安裝方便，工期短；更換性、改造性強易維護；自重輕屬于輕質幕墻，價格便宜等等。同時玻璃幕墻也存在著一些局限性，例如光污染、能耗較大等問題，但這些問題隨著新材料、新技術的不斷出現，正逐步納入到建筑造型、建筑材料、建筑節能的綜合研究體系中，作為一個整體的設計問題加以深入的探討。

三、玻璃幕墻的建筑設計

首先是玻璃幕墻的選型問題，當今玻璃幕墻形式成多元化發展，種類繁多，建筑師應根據建筑物的藝術造型、建筑的使用功能、當地的地形和氣候條件以及經濟技術條件選用明框，隱框、半隱框或者是全玻璃幕墻等。其次型式確定后應提出幕墻性能等級要求，玻璃幕墻的性能主要有風壓變形、空氣滲透、雨水滲漏、保溫隔熱等，建筑師應根據建筑物所在地區、氣候條件、建筑物高度和體型、建筑物功能和重要性等明確等級要求。最后就是玻璃幕墻的構造設計及安裝工藝，這點對于玻璃幕墻的整體性和外觀至關重要，同時也對幕墻的使用壽命、日常維護、工程造價具有決定性意義。各種類型玻璃幕墻的構造設計及安裝各不相同，但都應處理好以下幾個方面：1、伸縮縫、溫度縫、沉降縫的處理，使其既美觀又起到變形的要求；2、幕墻構件的面板和邊框所形成的空腔應采用等壓設計，防止室外空氣壓力將雨水壓入腔內，以提高幕墻抗滲性；3、對于可能產生滲水的地方和容易結露的部位預留泄水孔道，集水后由管道排出；4、板材與邊框連接處必須用硅酮密封膠進行處理，密封材料應能在長期壓力下保持良好的彈性；5、由于幕墻位移和溫度收縮，幕墻某些部位會發生摩擦，影響建筑物的使用，所以要考慮在該部位設置墊片來減少摩擦；6、各種五金件、連接件、設計要防止不同金屬相互接觸所產生的電化腐蝕；7、要考慮擦窗機的設置問題；8、降低能耗損失，滿足節能要求應重視玻璃幕墻中玻璃的選擇；9、玻璃幕墻還應注意防雷電措施。

對于很多建筑師來說，在設計中采用建筑幕墻，往往更加著重的是營造建筑立面，而對不同類型的建筑幕墻帶來的不同的室內空間效果和建筑幕墻的技術手段缺乏深入的認識。往往是設計了一個新穎的立面，而把這個立面的技術細節留給幕墻廠家進行二次設計，廠家的幕墻設計在滿足造價和立面后，要么滿足不了設計的技術要求（如冷橋、隔熱等問題，在工程驗收時很難發現，而在使用過程中不斷暴露）；要么忽略室內空間的效果（如豎向龍骨排布給空間帶來凌亂的感覺），或者各種弊病并存。建筑師的幕墻設計不能簡單的只從幾個方面控制住幕墻廠家，就算完成任務，而應該和廠家的二次設計及施工人員密切合作共同完成，這也是建筑幕墻技術進一步發展的必然要求。二十一世紀建筑正日益追求綠色建筑，建筑師還應該重視新型幕墻設計的研究和應用。

四、玻璃幕墻的結構設計

玻璃幕墻作為建筑物的圍護體系，屬于非結構構件。主要承受自重、風荷載、地震作用以及溫度效應，其支撐條件需有一定的變形能力以適應主體結構的變形位移。根據工程經驗及震害分析，它的破壞形式有：第一、玻璃幕墻自身強度不足產生的破壞。對于豎向的玻璃幕墻，風荷載為主要作用，在風壓較大的地區，玻璃將產生較大的彎曲變形；第二、玻璃幕墻與主體結構的連接破壞。地震作用對連接件影響很大，以至于玻璃幕墻發生脫落或倒塌；第三、主體結構的變形導致玻璃幕墻的破壞。主體結構在外力作用下產生位移，通過連接件使玻璃幕墻產生過大的應力。如何避免這些破壞，結構師應把握以下幾個方面：1、玻璃幕墻設計時，應計算地震效應（包括自身重力效應和支座相對位移產生的效應）和其他荷載效應的組合，同時還應考慮地震效應與風荷載效應的組合，摩擦力不作為抵抗地震作用的抗力。2、玻璃幕墻在位移方向上的剛度應根據實際連接狀態分別采用剛接、鉸接、彈性連接或滑動連接等簡化模型。3、支撐玻璃幕墻的結構構件，應將玻璃幕墻的地震作用效應作為附加作用對待，并滿足連接件的錨固要求，且對連接部位采取加強措施。4、玻璃幕墻的主要構件應懸掛或支撐在主體結構上，按非結構構件設計，不承受主體結構的荷載及地震作用。5、玻璃幕墻及連接件應有足夠的承載力、剛度和與主體結構相適應的變形能力。6、應預估玻璃幕墻設置位置對主體結構的不利影響，避免不合理設置而導致主體結構的破壞。

對于大多數結構師而言，玻璃幕墻與主體結構的設計是分開進行的，玻璃幕墻設計時，其與主體結構的連接點假定為支座；主體結構設計時，則將幕墻以荷載的形式作用于主體結構上；對于一般的工程結構而言，這樣的假定和分析是合理的，但是如果幕墻結構的自身剛度加大且不能忽略時，就應對上述方法進行修正。最好的辦法是將玻璃幕墻結構與主體結構結合在一起，整體來考慮結構的動力性能，并通過調整幕墻結構體系的相對約束度來改變整體結構的抗側剛度以及總荷載作用在玻璃幕墻和主體結構之間的受力分配，從而得到一個最為安全、經濟、合理的設計方案。

五、結語

為實現建筑幕墻的可持續發展，建筑設計領域和結構設計領域的技術理念要從傳統的的高耗能型轉向低碳、環保、生態的發展模式。技術理念不是某種固定的結論或方法，而是所蘊含的設計原則，即追求健康舒適以人為本的原則、因地制宜和安全可靠的原則。

參考文獻

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