高層建筑玻璃幕墻設計與質量控制分析

劉永生

【摘要】近年來，我國城市化進程加快，各類高層建筑的規模逐步擴大。在新建建筑工程的建設中，玻璃幕墻的設計和應用有著廣泛的范圍。對高層建筑玻璃幕墻設計要點進行了探究，在設計中要突出玻璃幕墻光影表現效果，合理設計玻璃配比，構建多樣化的藝術造型，要注重結合項目建設現狀選取對應的設計方式。分析了玻璃幕墻工程建設中常見的質量問題，并從安裝預埋件、連接件安裝與龍骨施工等方面，提出了針對性的質量控制措施，旨在提高項目施工質量。

【關鍵詞】高層建筑;玻璃幕墻;設計要點;質量控制

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.28.083

在高層玻璃幕墻設計與施工中，要注重對項目建設現狀與建設要求進行分析，整合多項要素，擬定完善的設計與施工方案。在施工中對預埋件安裝、龍骨架施工、連接件安裝等集中管控。做好施工管理，全面提升玻璃幕墻施工成效，提高玻璃幕墻穩定性、安全性，全面適應項目預期建設要求。

1、玻璃幕墻概述

高層建筑玻璃幕墻一般采用中空鋼化玻璃或者中空夾層鋼化玻璃。

中空玻璃（Insulating Glass） 由兩片或多片浮法玻璃組合而成，玻璃之間用鋁合金隔框隔開，鋁合金隔框內填充有干燥劑，隔框與玻璃之間用丁基膠密封后再用聚硫膠（用于明框幕墻）或結構膠（用于隱框幕墻）作二道密封，中空層（厚度為：6、9、12、14、17mm，常用9、12mm）可以是干燥空氣，也可以充惰性氣體（如氬氣、氪氣）或特種氣體（如氟化硫），中空玻璃有很好的保溫及隔聲性能。

夾層玻璃（Laminated Glass）：最常用的夾層玻璃為兩層玻璃中間放置一層（0.38 、0.76、1.14、1.52等）或多層玻璃多層聚乙烯醇縮丁醛（PVB）膠片，經高壓窯等設備的加壓加熱工序組合而成的夾層玻璃。其最大的特點為安全性，當遭受外力破壞后只產生裂痕但不會碎落。還具有良好的隔聲和防紫外線的功能。PVB能吸收沖擊能量，用不同厚度的PVB和玻璃片數可制成防彈玻璃。PVB不能浸水。

2、高層建筑玻璃幕墻的設計原則

2.1 合理性

玻璃幕墻是高層建筑工程裝飾性結構和外圍護結構，對于高層建筑工程來說，采用的幕墻的形式和類型都會對高層建筑整體立面效果造成一定影響，這也就會對幕墻的節能效果和工程整體造價產生影響。在設計玻璃幕墻時，要考慮高層建筑工程的整體節能效果和造價。總而言之，高層建筑工程造價和節能都受玻璃幕墻設計影響，

玻璃幕墻的節能效果與高層建筑的造型、幕墻類型、玻璃傳熱系數、工程所在區域氣候環境各項因素都有著密切關系，因此，在設計時必須遵循合理性原則，全面考慮各項因素，科學選擇玻璃幕墻類型和形式，完成對玻璃幕墻的設計。

2.2 適用性

設計高層建筑工程玻璃幕墻時，要全面了解高層建筑工程所在區域的自然環境以及工程具體情況，做好相應分析工作。例如，在冬季較為寒冷區域內進行玻璃幕墻設計時，要采用具有良好保溫性能的幕墻系統，而在夏季較為炎熱地區進行玻璃幕墻設計時，要采取外遮陽且隔熱性良好的幕墻系統。對于玻璃幕墻來說，要進行幕墻材料和系統選擇，確保選擇的材料和幕墻都能夠被合理應用到高層建筑工程中，進而使高層建筑工程整體質量得到進一步提高，滿足應用需求。

2.3 經濟性與節能性

經濟性與節能性是設計高層建筑工程幕墻時必須考慮的一項內容，這主要是因為設計的玻璃幕墻性能會對高層建筑工程內部的具體能耗造成一定影響。 需要注意的是，若設計人員在實際設計玻璃幕墻時只注重節能，而不考慮經濟問題，一味采購價格昂貴的節能材料，忽視高層建筑工程的整體建設成本，這可能還會導致工程總成本過高;如果只注重經濟性，而不注重節能性，則會導致玻璃幕墻的作用無法得到合理發揮。可見，在設計高層建筑工程玻璃幕墻時，要綜合分析玻璃幕墻的經濟性與節能性，最終設計出一個滿足需求的方案。

3、玻璃幕墻設計要點

3.1發揮玻璃光影效果

在設計期間需進行多方面論證，結合玻璃幕墻自身具備的特性，保證玻璃幕墻達到抗壓能力的前提下，具有良好的光影藝術效果，最大程度發揮玻璃在建筑外觀方面的美化作用。設計人員需要認真調研建筑周邊環境，考慮玻璃幕墻對其他建筑的反射影響，收集工程項目的建筑參數，對環境要素進行整理與分析，從宏觀層面進行整體設計，在保證建筑具備美觀特質的同時避免出現光污染。

3.2合理設計玻璃配比

為提升建筑整體觀感效果，必須對建筑外立面進行科學的比例劃分，確保玻璃尺寸科學合理，與其他材質無縫對接，提升建筑整體的觀感效果，使建筑具備良好的協調性。

3.3設計多樣的藝術造型

需要考慮玻璃幕墻承重方面的需求，對建筑材料進行科學的預判，從施工經濟、技術等層面出發，選擇合適的建筑材料，借助多種材料搭配提升建筑造型的觀賞性。

4、玻璃幕墻結構

玻璃幕墻是由支撐結構體系與玻璃面板組成的、可相對于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性結構。主要荷載有自重、地震荷載和風荷載，其中又以風荷載影響較大。風荷載的傳遞途徑為面板-橫梁（立柱）-轉接系統-埋件-主體結構。其中，幕墻龍骨可以根據建設項目要求選擇不同型材配置構成，采用連接件固定裝飾玻璃。在幕墻龍骨設計過程中，需要考慮到幕墻承重支撐體是否滿足設計要求，對玻璃幕墻載荷分布狀態進行分析，確保幕墻龍骨可以承受玻璃和幕墻所受到的荷載，通過自身結構傳遞給支撐體系，再由支撐體系將荷載反饋于主體結構中。玻璃幕墻可以達到美化建筑外立面的效果，同時其還擁有維護建筑的功能。另外，玻璃幕墻可靠性與安全性體現于抗風壓性能、氣密性能、水密性能、平面內變形性能、抗震性能、防火性能、耐撞擊性、承重力性等方面。

5、玻璃幕墻工程質量存在的問題

5.1使用材料問題

玻璃幕墻施工期間，必須選擇符合國家規范要求的材料，如果選擇不合格的材料，將會使幕墻的使用壽命大幅縮短，還可能會影響到玻璃幕墻整體質量，讓用戶難以獲得良好的居住體驗。部分工程設計使用鋼化玻璃，但是卻在實際施工中以次充好，使用普通的鍍膜玻璃或是半鋼化玻璃，由于普通的鍍膜玻璃及半鋼化玻璃強度無法達到設計要求，會存在一定的安全隱患。部分工程為了縮減工程成本，選擇剛度不足的不銹鋼滑撐作為開啟扇應用材料，嚴重降低了玻璃幕墻的整體質量。

5.2構件制作質量問題

構件是玻璃幕墻施工的重要材料，可能由于鋁合金型材及切割精度沒有達到制作標準，導致構件質量無法達到規定要求。鋁合金型材相鄰構件裝配間隙存在過小或過大的情況，部分玻璃幕墻在玻璃切割后，因為倒角沒有按照技術要求處理或操作人員技能水平不足，容易在此過程中造成邊角應力集中，最終導致玻璃破碎。

6、玻璃幕墻工程質量控制策略

6.1預埋件的安裝

建筑玻璃幕墻施工期間，應深入研讀設計圖紙，掌握施工作業要求，并嚴格按照設計圖紙對預埋件尺寸要求進行相應的復核。在預埋件加工過程中，需要確定預埋件尺寸是否達到規定要求，如果誤差超出規定范圍，需要重新返工。安裝前，應確定預埋件安裝的位置，按照施工方案并結合現場情況進行多方面考量，建筑主體與預埋鋼筋兩者應該進行合理的固定，根據建筑主體結構鋼筋與預埋鋼筋兩者的焊接牢固程度，靈活的選擇焊接方式，在一般的工程中，以點焊的形式居多。應保證預埋件安裝位置精準并在后期不會發生移位，將預埋件位置偏差維持在20mm范圍內，高度誤差控制在10mm范圍內。最后，混凝土振搗施工是預埋件安裝技術需要重點關注的內容，為保證相關工作順利進行，需要確保錨板底部混凝土已經振搗密實。采用后錨固處理的方式，同時確保錨栓尺寸達到設計施工標準，并且錨固深度也要滿足設計要求。

6.2連接件的安裝

高層建筑玻璃幕墻施工期間，應該重視連接件安裝技術的應用。連接件是玻璃幕墻的重要材料，需要在連接件安裝前確保其質量符合要求，同時確認型號以及種類與設計要求一致，在連接件安裝期間必須保證預埋件位置在規定的范圍內。此外，在施工過程中一旦發現預埋件位置偏離正常值，需要進行糾偏處理，采用焊接或螺栓，使用錨固處理手段，安裝3根立柱對連接件進行調平處理。采用焊接連接預埋件和連接件的過程中，應該注意焊接方式，焊接應連續、飽滿，需及時敲掉焊渣。還應該在完成質量檢驗工作后，對其進行防腐處理，可以采用涂抹防銹漆的方式。

6.3龍骨施工技術

龍骨施工作業將會直接影響到玻璃幕墻的整體效果，施工人員需要在龍骨制作期間，熟悉設計圖紙內容，了解立柱的連接方式，并按照設計圖紙標記的位置使龍骨正確的安置在2個連接件中間，并在兩者接觸的部位放置防腐墊片，使用連接螺栓緊固立柱與連接件，調整垂直度與平整度。立柱可以采用插接或焊接形式，在立柱安裝結束后，需要對整體進行微調，在此過程中要求水平方向具有3根或3根以上立柱，豎直方向具有2根或2根以上立柱。相鄰的立柱高度差在3mm之內，同一層的立柱高度差最大允許值為5mm。龍骨施工過程中，通常采用吊垂或是水平尺測量主梁的垂直度，根據測量結果進行科學管控，而水平方向以定位軸線作為水平面進行誤差控制，將高差控制在3mm范圍內，將前后方向的偏差控制在2mm范圍內，將左右方向的偏差控制在3mm范圍內。

結語：

高層建筑玻璃幕墻可以美化建筑外立面，同時還能穩定建筑的局部結構，玻璃幕墻具有操作簡潔且施工表現優異的特點，因此成為高層建筑項目常用的作業方式。在工程進行前，必須收集工程所在地的相關參數作為建筑玻璃幕墻設計的參考數據，根據項目建設要求靈活的尋找工程特征，確定結構作業方式，在滿足工程設計規范及結構強度剛度的基礎上，通過合理的作業方式，提升玻璃幕墻的可靠性、安全性，確保玻璃幕墻施工可以順利進行，并在規定時間內移交工程項目。

參考文獻：

[1]李蕾，陳璐.超高層建筑避難層設計[J].城市住宅，2019，26（04）：64-66.

[2]陳軍材.高層建筑玻璃幕墻設計與施工技術分析[J].城市建設理論研究（電子版），2019（01）：113.

[3]丁鷗. 高層建筑玻璃幕墻結構分析及其計算機模擬應用[D].中南大學，2002.

[4]李雙哲.基于綠色生態可持續發展目標的超高層建筑設計研究[J].建筑節能，2018（09）.

[5]王鶴，張雲.高層建筑玻璃幕墻設計與施工技術分析[J].城市建設理論研究（電子版），2017（20）.

[6]黃芷淇.對高層建筑玻璃幕墻設計與施工技術分析[J].建材與裝飾，2016（17）.