玻璃幕墻在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

王聲輝

(海南省設(shè)計(jì)研究院有限公司 海口 571100)

玻璃幕墻是建筑設(shè)計(jì)常用形式,既可以提高建筑美觀性,又能夠增強(qiáng)自然采光,并且因?yàn)樽灾匦?無論是前期施工還是后期維護(hù)均有更大的優(yōu)勢(shì),因此被廣泛的應(yīng)用到商業(yè)樓、居民樓以及車間廠房等工程項(xiàng)目。以航站樓為例,分析玻璃幕墻在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì),面對(duì)較大立面的玻璃幕墻更要強(qiáng)調(diào)各設(shè)計(jì)要點(diǎn)的控制,通過結(jié)構(gòu)選型、材料選用、參數(shù)設(shè)計(jì)和節(jié)能優(yōu)化等多個(gè)方面的綜合分析,確保玻璃幕墻功能性的同時(shí),提高其藝術(shù)性與節(jié)能性。

1 常見玻璃幕墻類型及特點(diǎn)

1.1 基于支承結(jié)構(gòu)劃分

1.1.1 框支承玻璃幕墻

此種類型的玻璃幕墻在建筑設(shè)計(jì)中比較常見,其是將玻璃面板支承到金屬框架上,是最早應(yīng)用的玻璃幕墻形式。主體包括玻璃面板與金屬框架兩部分,其中框架用于承擔(dān)面板荷載,設(shè)計(jì)時(shí)要求與主體機(jī)構(gòu)穩(wěn)定連接(見圖1)。框支承玻璃幕墻具有非常強(qiáng)的適應(yīng)性,與其他形式的玻璃幕墻相比,其所受高度、規(guī)模以及跨度等因素的影響更小。建筑設(shè)計(jì)中比較常用的包括明框式、隱框式、橫隱豎明式以及橫明豎隱式等,可根據(jù)工程建設(shè)要求靈活選擇。以北京大興國際機(jī)場(chǎng)為例,玻璃幕墻所應(yīng)用的便是橫隱豎明框式玻璃幕墻(主題+指廊),二次結(jié)構(gòu)采用的是矩形鋼立柱與異形組合的形式[1]。外裝飾為鋁合金材質(zhì),不僅遮陽效果好,而且美觀性高,還能夠保證幕墻平衡,安全性高。

圖1 幕墻結(jié)構(gòu)體系

1.1.2 點(diǎn)支承玻璃幕墻

此種幕墻屬于組合式,部分包括玻璃面板、金屬連接件以及支承構(gòu)件,建筑設(shè)計(jì)時(shí)需要利用一個(gè)連接構(gòu)件來固定四塊玻璃的四個(gè)角,以此來保證將荷載均衡的傳遞給支撐結(jié)構(gòu)。其中,支承結(jié)構(gòu)構(gòu)件可選形式眾多,例如玻璃肋支承、鋼立柱支承、鋼桁架支承等,可根據(jù)實(shí)際需求靈活選擇[2]。金屬連接件包括固定件與扣件兩種,且前者均為鋼材制作,選擇鉆孔與夾固定兩種不同形式,如圖2所示的X 型、H 型以及I型等。

圖2 點(diǎn)支承形式

1.1.3 全波玻璃幕墻

由玻璃肋與玻璃面板組成的便是全玻璃幕墻,具有全透明、全視野的特點(diǎn),但同時(shí)在構(gòu)造方面也存在明顯的弱點(diǎn)。與金屬構(gòu)件相比而言,玻璃自身的承載能力要小的多,施工安裝以及使用維護(hù)等均需要強(qiáng)調(diào)注意事項(xiàng)的控制。由于支撐方式不同,此種幕墻分為吊掛式、落地式兩種,如圖3所示。

圖3 全波玻璃支承形式

1.2 基于施工方式劃分

1.2.1 構(gòu)件式玻璃幕墻

此種幕墻形式主要利用豎向構(gòu)件來與樓板或梁板連接,并通過水平構(gòu)件增加幕墻剛度。此種幕墻形式需要現(xiàn)場(chǎng)施工,實(shí)際操作的靈活性與適應(yīng)性比較強(qiáng),尤其是對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑工程適應(yīng)性良好,但同時(shí)也存在施工效率低的缺點(diǎn)。

1.2.2 單元式玻璃幕墻

此種類型的幕墻屬于預(yù)制裝配式,提前根據(jù)圖紙?jiān)诠S內(nèi)完成骨架以及玻璃面板的加工,并完成多個(gè)幕墻單元的組裝,運(yùn)輸?shù)綀?chǎng)后直接安裝在建筑主體結(jié)構(gòu)上[3]。與其他玻璃幕墻不同的是,單元式玻璃幕墻可以與建筑主體同步施工,所需工期大大縮短,且幕墻的密閉性優(yōu)越。

2 玻璃幕墻建筑設(shè)計(jì)要素

2.1 結(jié)構(gòu)選型

玻璃幕墻的種類比較多,而且不同類型之間存在明顯的差異,在建筑工程設(shè)計(jì)中必須要保證結(jié)構(gòu)選型的合理性。從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)出發(fā),綜合建筑形象以及界面尺寸的受力特點(diǎn),完成支承結(jié)構(gòu)類型的選擇。各種玻璃幕墻在圍護(hù)功能方面大同小異,相差較大的是結(jié)構(gòu)的藝術(shù)形式,所選玻璃幕墻的類型直接決定了建筑的外形。對(duì)于航站樓的玻璃幕墻來講,要以建筑的整體風(fēng)格為基礎(chǔ),強(qiáng)調(diào)整體表現(xiàn)效果,綜合建筑功能、成本、外觀、能耗以及施工等多方要素做合理選擇。并且,與其他建筑不同是航站樓玻璃幕墻具有更大的跨度,立面玻璃幕墻存在著更大的受力面積,通過自身支承結(jié)構(gòu)來傳遞豎向荷載,在設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮防風(fēng)性,以免受到風(fēng)力影響,導(dǎo)致穩(wěn)定性差[4]。

2.2 合理選材

對(duì)建筑玻璃幕墻進(jìn)行選材,主要從玻璃面板材料和結(jié)構(gòu)構(gòu)件材料兩個(gè)方面進(jìn)行。其中,常用的玻璃材料如平板玻璃、安全性玻璃、節(jié)能性玻璃以及裝飾性玻璃等,要根據(jù)建筑功能需求以及內(nèi)外環(huán)境等因素綜合選擇。把握好材料的主要性能參數(shù),包括可見光透過率與反射率、傳熱系數(shù)、遮陽系數(shù)等,另外對(duì)于本文案例中的航站樓來講,除了上述幾項(xiàng)以外,還要綜合考慮隔音性、安全性以及室內(nèi)視覺性等要求。隨著玻璃幕墻技術(shù)的不斷發(fā)展,相應(yīng)的玻璃材料種類也在逐漸的增多,出現(xiàn)了有色玻璃、鍍膜玻璃、貼膜玻璃、彩釉玻璃等,在選擇上更具豐富性,在確保玻璃幕墻功能性的同時(shí),也增強(qiáng)了藝術(shù)性與美觀性。從技術(shù)角度分析,玻璃材料的選擇有著嚴(yán)格要求,需要根據(jù)玻璃幕墻的類型來選擇。框式玻璃幕墻一般玻璃材料便可滿足,點(diǎn)支承玻璃幕墻則要求必須配套使用安全玻璃,如鋼化玻璃、鋼化中空玻璃以及鋼化夾膠玻璃等。

玻璃幕墻骨架基本上均是采用鋁合金型材進(jìn)行施工,為抵抗內(nèi)外因素的影響,施工時(shí)還要對(duì)材料表面進(jìn)行陽極氧化、粉末噴涂等處理。另外,搭配鋁合金型材使用的還有隔熱條,因?yàn)殇X合金具有較高的導(dǎo)熱系數(shù),明框施工會(huì)產(chǎn)生室內(nèi)外冷橋?qū)е履芎脑黾?通過隔熱條的應(yīng)用可以在一定程度上降低熱橋的影響。另外,玻璃幕墻多采用奧氏體不銹鋼施工,點(diǎn)支承以及全玻璃幕墻的不銹鋼支撐則以SS316居多。

2.3 立面分格

受現(xiàn)有技術(shù)水平限制,玻璃面板材料無法以一個(gè)整體的形式用于建筑立面施工,實(shí)際操作中需要對(duì)其進(jìn)行立面分格處理。幕墻分格不僅要考慮立面效果,而且需要綜合建筑內(nèi)部功能、室內(nèi)視覺、層高、室內(nèi)空間柱網(wǎng)以及玻璃尺度等多方條件。依然是以航站樓為對(duì)象,立面分格設(shè)計(jì)要強(qiáng)調(diào)水平向或垂直向的線條要求,確保科學(xué)分格。同時(shí),還要兼顧經(jīng)濟(jì)性要求,保證材料具有較高的利用率,控制玻璃面板尺寸與玻璃原片規(guī)格的差異要盡量的小。同一建筑玻璃幕墻分格必須要保證模數(shù)尺寸的統(tǒng)一性,分格尺寸不統(tǒng)一往往會(huì)造成施工難度的增加,而且會(huì)產(chǎn)生很多額外的成本支出。無論是采用何種分格方式,均要保證玻璃幕墻施工以及使用的安全性,尤其是航站樓這種大跨度分格玻璃幕墻,要以安全設(shè)計(jì)為主,減少隱患。

2.4 節(jié)能降耗

玻璃幕墻使用面積比較大,再加上傳統(tǒng)玻璃材料熱工性能較差,在使用過程中就會(huì)產(chǎn)生更多的能耗,因此要重視節(jié)能設(shè)計(jì)的重要性。首先要合理選擇,玻璃材料的熱工性能直接關(guān)系著整個(gè)玻璃幕墻的能耗,要求玻璃幕墻要保持良好的保溫隔熱性能與氣密性能。同時(shí),還要做好玻璃幕墻的遮陽設(shè)計(jì),在降低太陽輻射產(chǎn)生熱量的同時(shí),減少建筑能耗,另外,還要注意對(duì)新型節(jié)能材料以及節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用,能夠更大程度上來減少建筑能耗。

3 應(yīng)用策略

3.1 自然采光設(shè)計(jì)

玻璃幕墻設(shè)計(jì)一大要點(diǎn)便是保證足夠的自然采光,從建筑工程所處區(qū)域環(huán)境、氣候特點(diǎn)等出發(fā),選擇合適的玻璃幕墻類型,并搭配適應(yīng)的玻璃面板材料,保證良好的通透感。而陽面則可以采用茶色玻璃幕墻,既可以保證一定采光效果,又可以避免陽光直射帶來的輻射熱,將能耗控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。另外,還要靈活應(yīng)用變色玻璃,保證能夠最低限度的滿足建筑陰面和陽面采光需求,且達(dá)到室內(nèi)視覺的應(yīng)用要求,以免強(qiáng)光照射影響室內(nèi)視線效果。

3.2 自然通風(fēng)設(shè)計(jì)

良好的通風(fēng)也是玻璃幕墻設(shè)計(jì)需要注意的一個(gè)方面,可以將部分玻璃幕墻設(shè)計(jì)成開閉式,遇到陰雨天氣時(shí)直接將其關(guān)閉形成一個(gè)密閉空間,而晴朗天氣則可以打開,提高室內(nèi)通風(fēng)效果,實(shí)現(xiàn)環(huán)境調(diào)節(jié),降低能耗。通過對(duì)玻璃幕墻的靈活化設(shè)計(jì),不僅可以滿足實(shí)際應(yīng)用需求,同時(shí)還可以優(yōu)化建筑節(jié)能效果,提高建筑設(shè)計(jì)綜合效果,切實(shí)滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

3.3 防滲漏設(shè)計(jì)

滲漏水是玻璃幕墻比較常見的質(zhì)量問題,在前期設(shè)計(jì)時(shí)必須要加強(qiáng)對(duì)此方面的研究,分析總結(jié)導(dǎo)致滲漏發(fā)生的原因,確定問題出現(xiàn)的基本條件,然后結(jié)合建筑實(shí)際情況,制定針對(duì)性的預(yù)防方案,提高玻璃幕墻設(shè)計(jì)綜合效果。而對(duì)于防水裝置則應(yīng)當(dāng)基于等壓法設(shè)置相應(yīng)的壓力孔,以確保幕墻內(nèi)外壓力平衡,然后通過壓力差將幕墻內(nèi)積水轉(zhuǎn)移到另一層,達(dá)到防水設(shè)計(jì)的目的。

4 結(jié)語

綜上所述,玻璃幕墻作為現(xiàn)代建筑建設(shè)常用圍護(hù)形式,具有更強(qiáng)的藝術(shù)性與美觀性。在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用需要注意的事項(xiàng)比較多,想要保證每個(gè)細(xì)節(jié)均符合工程建設(shè)要求,首先必須要掌握玻璃幕墻的特點(diǎn),并從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)和發(fā)現(xiàn)問題,提前做好規(guī)劃預(yù)防,結(jié)合工程建設(shè)要求,來合理選擇玻璃幕墻表現(xiàn)形式,重點(diǎn)突出其所具有的優(yōu)勢(shì),進(jìn)一步完善建筑工程的功能性,過合理設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的建設(shè)目標(biāo)。