淺析玻璃幕墻的設(shè)計(jì)

摘要：玻璃幕墻作為現(xiàn)代化建筑的主要外圍護(hù)結(jié)構(gòu)之一，其設(shè)計(jì)不僅要滿足建筑美學(xué)和建筑功能的要求，而且要更多地考慮熱工設(shè)計(jì)，充分體現(xiàn)當(dāng)前國(guó)際上流行的建筑設(shè)計(jì)三大原則:“開放與交流、舒適與自然、環(huán)保與節(jié)能?！卑盐蘸貌Ａ粔Φ脑O(shè)計(jì)，從而規(guī)避隱患，實(shí)現(xiàn)更好的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：玻璃幕墻 外圍護(hù)結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)

一、前言

精心設(shè)計(jì)的幕墻系統(tǒng)是未來建筑的核心，安全、高效的幕墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)能有效實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能、環(huán)保、生態(tài)的目標(biāo)。自改革開放以來，我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)得到了極大的發(fā)展，一片生機(jī)勃勃。隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，我國(guó)的建筑業(yè)也是出現(xiàn)前所未有的繁榮景象。全國(guó)各地，大型的公用建筑及高層建筑拔地而起。玻璃幕墻作為建筑物的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，融使用功能和裝飾功能于一體，其具有眾多的優(yōu)點(diǎn)，如：輕；材料簡(jiǎn)單，利于施工；可換性強(qiáng)，施工維護(hù)簡(jiǎn)單；價(jià)格便宜；運(yùn)輸、倉(cāng)庫(kù)保管簡(jiǎn)單，費(fèi)用少，尤其是大型建筑物所有的鋁合金型材和玻璃制品，可根據(jù)施工工序及進(jìn)度合理安排現(xiàn)場(chǎng)，使施工的管理更加科學(xué)化。。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，大城市中的高層或超高層建筑中，采用玻璃幕墻作為外圍護(hù)結(jié)構(gòu)越來越廣泛，且成為一種大家樂于接受的形式。但幕墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不像傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)專業(yè)那樣，有很多成熟的資料可參考學(xué)習(xí)，所以難免出現(xiàn)這樣或那樣的疏漏。

二、玻璃幕墻的主要類型

玻璃幕墻屬于建筑物外維護(hù)結(jié)構(gòu)或裝飾結(jié)構(gòu)，應(yīng)參照圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行設(shè)計(jì)。其結(jié)構(gòu)構(gòu)成主要有支承結(jié)構(gòu)體系與玻璃兩大部分。相對(duì)主體結(jié)構(gòu)而言，其可以有一定的位移，但不分擔(dān)主體結(jié)構(gòu)所受重力。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮幕墻自身重力荷載、直接承受迎面而來的風(fēng)荷載以及地震時(shí)地震荷載。玻璃幕墻結(jié)構(gòu)主要分以下三類：

（一）框支承玻璃幕墻（按結(jié)構(gòu)構(gòu)造形成又分明框、隱框、半隱框玻璃幕墻三類）框支承玻璃幕墻，即玻璃面板周邊由金屬框架支承的玻璃幕墻，其力學(xué)計(jì)算模型為：面板按四邊支承板，橫梁按雙向受彎構(gòu)件，立柱按鉸接多跨梁且宜按偏心受拉構(gòu)件設(shè)計(jì)，并按有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)或?qū)ｉT的計(jì)算軟件計(jì)算。

（二）全玻幕墻：全玻幕墻，由玻璃肋和玻璃面板構(gòu)成，面板為對(duì)邊簡(jiǎn)支和多點(diǎn)簡(jiǎn)支形式，玻璃肋類似簡(jiǎn)支梁。

（三）點(diǎn)支承玻璃幕墻：點(diǎn)支承玻璃幕墻，由玻璃面板、點(diǎn)支承裝置和支承結(jié)構(gòu)構(gòu)成。

三、玻璃幕墻設(shè)計(jì)的基本要求

玻璃幕墻是由玻璃板塊和桿件組成的結(jié)構(gòu)體系。這個(gè)體系要承受風(fēng)荷載、自重、地震作用、溫度變化等作用產(chǎn)生的各種效應(yīng)。玻璃幕墻依據(jù)使用部位的不同可以分為外幕墻和內(nèi)幕墻。外幕墻又可以分為粘貼型、單體組合型、單體和框架組合三種類型?？筛鶕?jù)工程和結(jié)構(gòu)類型空間功能等因素具體選定。建筑結(jié)構(gòu)要解決的根本問題是，在結(jié)構(gòu)可靠與經(jīng)濟(jì)之間選擇一個(gè)合理的平衡，力求以最經(jīng)濟(jì)的途徑，使所建造的結(jié)構(gòu)以適當(dāng)?shù)目煽慷葷M足各種預(yù)定的功能要求。我國(guó)的幕墻設(shè)計(jì)采用概率極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法。

（一）強(qiáng)度與剛度

玻璃幕墻主要考慮風(fēng)荷載、地震荷載、自重荷載。根據(jù)地理位置、幕墻的形式考慮荷載的取值，玻璃幕墻的型材、面材、及連接的強(qiáng)度和剛度，必須符合有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的具體要求。

（二）溫度變形和結(jié)構(gòu)變形

地域不同、室內(nèi)外溫度的變化都會(huì)引起玻璃幕墻的框架和玻璃本身的變形，從而產(chǎn)生溫度應(yīng)力。由于結(jié)構(gòu)本身存在不均勻沉降、地震、溫度變化、風(fēng)力等作用下也會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)的變形。因此幕墻與主體結(jié)構(gòu)之間的連接應(yīng)考慮以上的因素而采用“柔性連接”. 幕墻的長(zhǎng)度超過一定要求限度時(shí)，應(yīng)按要求設(shè)置變形縫。幕墻本身變形能力較小，在水平地震或風(fēng)荷載作用下，主體結(jié)構(gòu)梁容易產(chǎn)生側(cè)移。由于幕墻構(gòu)件不能承受過大的位移，只能通過彈性連接件來避免主體結(jié)構(gòu)過大側(cè)移的影響。幕墻構(gòu)件與立柱、橫梁的連接要盡可靠地傳遞風(fēng)荷、地震作用、自重作用及主體結(jié)構(gòu)水平位移產(chǎn)生的影響，所以連接件須有一定的適應(yīng)位移的能力。

（三）玻璃幕墻的建筑功能

玻璃幕墻作為外維護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)具有相應(yīng)的建筑功能，玻璃幕墻的建筑設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)建筑物的使用功能、美學(xué)要求，經(jīng)濟(jì)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，選擇玻璃幕墻的立面形式、機(jī)構(gòu)形式和材料。玻璃幕墻的性能應(yīng)根據(jù)建筑物所在地的地理、氣候、建筑物的高度。體形及環(huán)境條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。建筑節(jié)能是一個(gè)重要的問題，根據(jù)統(tǒng)計(jì)建筑方面消耗的能源已達(dá)到能源消耗的 30% 左右，因此必須采取各項(xiàng)有效措施，提高建筑物的保溫、隔熱水平與適度的減少空氣滲透量，以降低能耗。

（四）玻璃幕墻的防火、防雷要求

幕墻的燃燒性能和耐火極限必須滿足防火規(guī)范要求，特別是高層建筑及多層空間的玻璃幕墻、幕墻和樓板、內(nèi)墻間隙之間均需設(shè)放火填充。由于建筑物多為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，應(yīng)充分利用其金屬物作為防雷裝置的一部分，將其金屬物盡可能的連成一個(gè)整體。所以，預(yù)埋件與主體結(jié)構(gòu)之間必須連成電器通路。高層建筑在被玻璃幕墻圍護(hù)后，原建筑物的防雷裝置由于玻璃幕墻的屏蔽效應(yīng)，不能直接起到接閃和防雷作用，閃電對(duì)建筑物的雷擊往往變成對(duì)玻璃幕墻的雷擊。故防雷設(shè)計(jì)也是保證幕墻安全使用的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，不可疏漏。有些幕墻設(shè)計(jì)中未作防雷設(shè)計(jì)，或雖有些做了防雷設(shè)計(jì)，其設(shè)計(jì)和技術(shù)措施也不到位，防雷未與主體建筑的防雷接地系統(tǒng)可靠連接，形成一個(gè)導(dǎo)電通暢的整體系統(tǒng)。

結(jié)語(yǔ)

由于當(dāng)代的建筑對(duì)建筑功能及外觀的要求日益提高，我國(guó)的玻璃幕墻蟬翼也取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。玻璃幕墻以它獨(dú)有的特點(diǎn)吸引了人們的視線。幕墻早在 100年前就已經(jīng)在建筑工程中應(yīng)用，由于當(dāng)時(shí)的材質(zhì)及加工工藝的限制，無(wú)法解決建筑物對(duì)幕墻的功能要求。如水密性，氣密性及外界風(fēng)力、撞擊、溫度效應(yīng)、熱輻射、吸收、揭露以及防聲性、隔音、防水、抗震等問題。因此并沒有得到良好的發(fā)展和推廣。但近二三十年來，在改革開放的大趨勢(shì)下，由于先進(jìn)材料及加工工藝的迅速發(fā)展，玻璃的類型得到了極大的豐富：各種密封膠、結(jié)構(gòu)膠的成功研制和技術(shù)的逐步成熟；隔音防火填充材料等出現(xiàn)了。從而解決了幕墻的功能要求的各項(xiàng)指標(biāo)。使幕墻成為了建筑產(chǎn)業(yè)一道靚麗的風(fēng)景線。

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