高層建筑玻璃幕墻設計與施工技術探究

鄔 四

（中信建筑設計研究總院有限公司，湖北 武漢 430014）

隨著人們審美意識的提高，玻璃幕墻設計能夠有效地滿足高層建筑的美觀要求，但是除了注重美觀外，還應注重玻璃幕墻的牢固性，以保證高層建筑整體安全。由于玻璃幕墻具有易碎性特征，因此，在施工過程中應注意原材料的采購和選擇，同時，加強設計方案的有效性，從而從根本上提高玻璃幕墻的整體質量。

1 玻璃幕墻概述

1.1 玻璃幕墻的概念與特點

幕墻是建筑物的外墻護圍，是現代大型和高層建筑常用的帶有裝飾效果的輕質墻體。由結構框架和鑲嵌板材組成，不承擔主體結構荷載與作用的建筑圍護結構。幕墻并非只有安裝在建筑項目外墻的部分，也包括安裝的雨篷、采光頂等。隨著科技的不斷進步，幕墻的優勢越來越多，主要體現在美觀和安全性上。幕墻除了美觀性外，還具有一定的節能保溫效果；對于幕墻的安全性來說，防雨、抗風壓、抗震、防雷效果都很好。因此，玻璃幕墻在高層建筑工程中的應用越來越廣泛，它不僅可以滿足建筑師對各種造型設計的要求，而且可以系統化施工，促進工程順利進行。

1.2 玻璃幕墻的作用

隨著高層建筑工程的不斷發展，玻璃幕墻在工程施工中得到了廣泛應用，具有一定的裝飾作用和良好的防護效果。結合當前現狀分析，大多數高層建筑工程中使用的建筑玻璃是中空玻璃或真空玻璃，對玻璃熱工性能要求或對中空玻璃表面變形要求較高時，可采用三玻兩腔中空玻璃，并采用熱反射或低輻射鍍膜玻璃。它具有更好的保溫隔熱效果，還能在夏季減少太陽輻射，降低室內溫度，為人們提供更舒適的生活環境。因玻璃幕墻的這些優勢，實現了節能減排的目標，對生態環保具有重要作用。由此可知，玻璃幕墻除了具有節能保護功能外，還有很好的裝飾功能，不僅滿足大眾審美需求，而且還能提升城市形象，促進城市的發展。

1.3 玻璃幕墻的類別

按幕墻形式可分為明框玻璃幕墻、隱框玻璃幕墻和半隱框玻璃幕墻；按幕墻安裝施工方法可分為單元式玻璃幕墻和構件式玻璃幕墻。明框即幕墻的外框暴露在外面，玻璃嵌在其中，具有穩定效果，其應用率較高；而隱框是指不含金屬外框，與明框相比，隱框更美觀。玻璃幕墻由玻璃面板和骨架構成，兩者通過有效結合形成玻璃幕墻，不僅具有保溫隔熱功能，而且具有一定的美觀性。另外，玻璃幕墻具有較高的穩定性和安全性，同時，具有抗風、抗震等性能。因此，在建筑工程中應根據實際情況選擇合適的玻璃幕墻類型，以保證施工的安全和質量。

2 高層建筑玻璃幕墻的發展現狀分析

2.1 設計靈活性

玻璃幕墻剛興起時，大部分建筑企業都是自己承擔設計和施工工作，這不僅增加了生產壓力，還會引發各種問題。由于缺乏專業人才，不能結合實際情況對玻璃幕墻進行科學設計，導致玻璃功能性得不到發揮，美觀度也不高。另外，設計靈活性不足，缺乏玻璃幕墻安裝技術，施工材料的質量得不到保障，使用壽命有限，存在較大安全隱患。隨著外包行業的不斷發展以及優秀設計公司的出現，能夠將玻璃幕墻工程承包給專業公司，不僅降低了安全風險，而且能夠根據業主的實際需求進行科學設計，大大提高了設計靈活性和施工質量。

2.2 環保性材料

隨著人們環保意識的提高，企業使用環保型材料來減少環境污染。在幕墻設計中，通過與自然環境的結合來降低資源能耗。例如，在隔熱設計時，可采用熱反射玻璃或低輻射鍍膜玻璃將具有加熱作用的遠紅外光直接反射到戶外，提高透光率，增強建筑保溫效果，節約能源。另外，真空玻璃具有良好的隔熱性和環保性能，隨著科技的不斷進步，新型化學物質可以有效替代原玻璃類材料，不僅可以減少生產過程的污染，而且可以達到環保的目的。

3 高層建筑玻璃幕墻設計

3.1 結構設計

支撐結構的設計是玻璃幕墻設計中的關鍵環節。由于玻璃幕墻抗風壓、抗震性等都需要通過支撐結構來實現，因此，必須保證支撐結構設計符合規范要求，便于后續維護，提高其耐久性和安全性。一是重視預埋件設計，通常可選用平板或槽形的錨板，并做好鍍鋅操作，避免腐蝕。錨板與鋼筋焊接完成后，應在設計位置預埋。二是支撐結構設計的關鍵是立柱設計，要確保其滿足荷載要求，并從根本上提高其強度和穩定性。另外，做好上下立柱連接設計非常重要，必須保證其符合規范要求。三是后置埋件設計，當施工現場不具備預埋條件時，應設計后置埋件，利用錨栓將埋件固定在建筑主體混凝土結構上，達到承載力要求。

3.2 合理選擇材料

在材料的選擇上，以明框玻璃幕墻為例，包括玻璃、鋁型材、埋件、膠條、密封膠等，選用時應確保材料具有耐久性、抗腐蝕性等，使用這些材料制作的玻璃幕墻穩定性好，且不會出現變形等問題。

3.3 防火設計

在玻璃幕墻設計時，應加強防火設計，選用的填料是不可燃材料，并做好防火處理。對于沒有窗檻墻的玻璃幕墻，每一層的外沿部分都要進行防火設計。另外，玻璃幕墻與樓層之間的空間應采用厚度不小于1.5mm的鍍鋅鋼板支撐，便于承托填充的防火巖棉，鋼板與主體結構、玻璃幕墻之間的間隙宜打防火密封膠。

3.4 安全設計

在玻璃幕墻設計中，也要注意安全設計，首先要對玻璃幕墻的氣密性、水密性等進行明確規定，同時，嚴格檢查其承載力，檢查數值是否符合標準要求。另外，在接地防雷設計中，預埋件應與主體防雷鋼筋焊接，遇雷擊時可通過鋼筋傳至地面，并與接地部分進行有效連接，保證高層建筑玻璃幕墻設計的安全。

3.5 抗風壓設計

在高層建筑工程的玻璃幕墻設計中，抗風壓設計可以有效提高幕墻的安全性。因此，幕墻的抗風壓設計應予以重視。由于風荷載受周圍場地和工程自身條件的影響，存在計算誤差，此時可采用風洞試驗處理，以獲取不同位置所能承載的最大風荷載。在計算風荷載時，不同位置的結構不同，即使同一高度，其風荷載也有一定差異。施工人員在計算構件結構時，應校核好變形和強度兩個指標，但需注意的是，不同材料的強度和變形值也會不同，分析時應結合其他荷載組合計算，以提高玻璃幕墻的安全性，滿足工程建設的實際需求。

3.6 防雷設計

玻璃幕墻的防雷設計應符合現行國家標準，幕墻的立柱應與主體結構的防雷體系可靠連接，連接部位應清除非導電保護層。通常情況下，玻璃幕墻的鋁合金立柱在不大于10m的范圍內宜有一根柱采用柔性導線上下連通，銅質導線截面積不宜小于25mm2，鋁質導線截面積不宜小于30mm2。對應導電通路立柱的預埋件應采用圓鋼或扁鋼與主體建筑的水平準壓環焊接連通，形成防雷通路。幕墻防雷設計有助于提高整個項目的安全。

3.7 遮陽設計

良好的采光能給人們提供舒適的居住環境，因此，遮陽設計必須引起人們的重視。在玻璃幕墻的遮陽設計中，一般可以從以下兩個方面來研究。第一，遮陽系數較低玻璃的應用。在高層建筑的遮陽設計中，采用遮陽系數較低的玻璃可以有效提高玻璃幕墻的隔熱效果。但在實際應用中，由于玻璃通透性較弱，會影響采光。第二，遮陽裝置的應用。玻璃幕墻外側安裝遮陽裝置，常見的類型是百葉型等。目前，高層建筑大多采用電動方式對遮陽裝置進行控制，根據季節變化和光照的變化情況進行調節，通過程序的設置或人工形式對其進行有效控制。電動遮陽裝置的應用不僅具有一定的遮陽功能，而且作為一種先進的技術設備，能有效提高高層建筑的外觀效果。

4 高層建筑玻璃幕墻施工技術要點

4.1 準備工作

為了提高玻璃幕墻的安裝質量，在主體結構施工中同步進行預埋，檢查預埋件的變形和位移情況，如果不能完成預埋操作，施工人員就要安裝后置埋板，用錨栓固定，保證安裝的準確性，錨栓必須經過現場拉拔試驗，達到設計要求的承載力。在施工過程中，施工單位還可以應用先進的BIM技術優化玻璃幕墻方案，提高施工水平。

4.2 測量放線

測量放線在玻璃幕墻施工中起著重要作用。施工人員深入現場進行測量，確保測量數據符合設計要求。保證測量數據的準確性，為后續施工打下基礎。測量完數據后，施工人員選擇玻璃幕墻基準軸，確定重要位置點，施工人員可根據基準軸線選擇，也可根據樓層選擇，但不得超過兩個，以保證施工質量。完成測量和選點工作后，再進行放線操作。實際測量要結合工程實際，全面分析影響因素，確保施工質量。

4.3 預埋件安裝

在高層建筑工程施工中，應結合設計內容做好玻璃幕墻預埋件的加工，嚴格驗收，為施工打下堅實的基礎。為了保證安裝位置的準確性，可采用點焊方式完成安裝，并固定好預埋件，以保證安裝位置不發生位移。但需要注意的是，預埋件安裝時應確保偏差在20mm以內，后期龍骨安裝時，發現預埋件位置偏差過大或未設置預埋件時應采取補救措施，確保施工順利。

4.4 主龍骨安裝

主龍骨的安裝作為高層建筑工程施工中的一項重要內容，必須嚴格按照圖紙施工，立柱由鋼轉件與埋件固定，立柱與鋼轉件之間用螺栓連接，上下立柱通過插芯方式連接。龍骨安裝完成后，還要檢查龍骨是否有問題，立柱安裝軸線偏差不應大于2mm，相鄰兩根立柱安裝標高偏差不應大于3mm，立柱安裝就位、調整后應及時緊固。一旦發現問題及時整改，避免龍骨安裝過程中出現的問題影響到整個工程的進度。

4.5 次龍骨安裝

高層建筑施工中，次龍骨安裝操作相對簡單，安裝前應注意橫梁是否處于水平位置。從安全和質量分析的角度出發，在骨架安裝過程中，應注意防腐和防雷處理，可采用噴涂等方式對橫梁進行氟碳噴涂或粉末噴涂，以保證噴涂厚度達到規范要求。為了提高施工質量，必須做好檢驗記錄，發現問題及時整改，內部檢查合格后上報，確保驗收質量。

4.6 玻璃安裝

玻璃屬于易碎性材料，應注意玻璃的搬運和運輸，使用緩沖材料防止玻璃損壞。為避免玻璃的二次損壞，玻璃到達施工現場后應立即檢查并安裝，避免長時間放置。另外，安裝玻璃時應注意以下幾點：一是玻璃安裝前應進行表面清潔。二是要按照設計圖紙編號選擇正確的玻璃，采用玻璃吸盤安裝。三是玻璃打膠，膠縫要飽滿美觀。安裝完成后，還要嚴格檢查玻璃是否平整，確保施工質量。

5 結語

總之，隨著高層建筑工程的不斷發展，玻璃幕墻在施工過程中得到了越來越廣泛的應用，不僅增加建筑的美感，還為人們提供了舒適的環境。但在實際應用中存在著一些不足之處，影響著人們的日常生活，因此，需要結合新技術，充分發揮玻璃幕墻的優勢，為人們創造更好的生活環境。