大尺寸全玻璃幕墻的加工與安裝

孫倉(cāng)龍

上海臨港新片區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限公司 上海 201306

隨著我國(guó)建筑業(yè)的發(fā)展和幕墻技術(shù)的不斷成熟，幕墻的應(yīng)用范圍日益廣泛，在眾多種類(lèi)的幕墻當(dāng)中，又以玻璃幕墻最為主流。

全玻璃幕墻是隨著玻璃加工技術(shù)的提高和產(chǎn)品的多樣化而誕生的一種構(gòu)造形式，它為建筑師創(chuàng)作奇特、透明、視野開(kāi)闊的建筑提供了條件。全玻璃幕墻目前也已經(jīng)發(fā)展成為一個(gè)獨(dú)立的多品種幕墻體系，它包括點(diǎn)式連接全玻璃幕墻、拉索式全玻璃幕墻和玻璃肋全玻璃幕墻[1]。

點(diǎn)式連接全玻璃幕墻是目前應(yīng)用最廣泛、技術(shù)最成熟的一種全玻璃幕墻，也有人稱(chēng)之為接駁式全玻璃幕墻。該類(lèi)幕墻需要在強(qiáng)化后的玻璃四個(gè)角部打孔，然后用內(nèi)外連接板夾住玻璃，并用螺栓加以固定。內(nèi)側(cè)連接板通過(guò)后側(cè)的鋼結(jié)構(gòu)龍骨或者鋁龍骨相連來(lái)固定面板玻璃。

拉索式全玻璃幕墻是一種比較先進(jìn)的全玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，其集建筑、結(jié)構(gòu)、功能、藝術(shù)于一體，結(jié)構(gòu)輕巧、承載力強(qiáng)、空間通透、造型美觀，但是相應(yīng)的工藝也更加復(fù)雜，施工難度較大，拉索式全玻璃幕墻主要通過(guò)索結(jié)構(gòu)與主體連接，以達(dá)到受力的效果[2-3]。

玻璃肋全玻璃幕墻不同于其他全玻璃幕墻，其支撐系統(tǒng)不是金屬結(jié)構(gòu)，而是采用玻璃支撐，這樣的構(gòu)造大幅提高了幕墻系統(tǒng)的通透性，此外玻璃肋作為剛性支撐系統(tǒng)，相較于柔性拉索支撐幕墻而言，玻璃的尺寸可以做得更大，讓玻璃朝著更高、更寬、更厚的方向發(fā)展[4]。

隨著玻璃肋全玻璃幕墻的不斷發(fā)展，從加工制作、節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)到現(xiàn)場(chǎng)安裝都已經(jīng)有了較為成熟的工藝，然而對(duì)于大尺寸的全玻璃幕墻，各方面的加工及施工工藝也仍在摸索階段[5]。本文以大尺寸玻璃肋全玻璃幕墻系統(tǒng)為研究對(duì)象，研究其加工及安裝工藝。

1 全玻璃幕墻玻璃配置

玻璃肋全玻璃幕墻由外側(cè)玻璃面板與內(nèi)側(cè)玻璃肋組成，剖面呈T形。玻璃面板及玻璃肋頂端開(kāi)孔與不銹鋼吊掛件連接，吊掛件與結(jié)構(gòu)預(yù)留預(yù)焊件連接，下部設(shè)置U形槽，U形槽內(nèi)設(shè)置彈性墊片保證玻璃可以正常變形，玻璃肋的主要作用是承載玻璃面板的風(fēng)荷載。

常規(guī)全玻璃幕墻無(wú)論是加工、運(yùn)輸還是安裝都已經(jīng)有一套成熟的工藝，但是隨著玻璃尺寸越來(lái)越大，其施工難度也呈指數(shù)級(jí)上升。

1.1 大尺寸玻璃配置設(shè)計(jì)

由于大尺寸的玻璃迎風(fēng)面積大，相應(yīng)的風(fēng)荷載也大，設(shè)計(jì)師通常都通過(guò)增加玻璃的厚度，或者疊加玻璃的層數(shù)來(lái)確保玻璃的安全性，考慮到中空層，一般至少需要4塊玻璃疊加，且玻璃的厚度均至少在10 mm，如果沒(méi)有后續(xù)玻璃肋的支撐，部分全玻玻璃幕墻甚至用8塊玻璃之多，因此在選擇原片玻璃時(shí)一定要考慮其自身的平整度，否則在玻璃合片完成后就會(huì)形成“哈哈鏡”效果，影響整個(gè)全玻璃幕墻的視覺(jué)效果。

另外，使用全玻璃幕墻就是為了追求超高的透光率，然而玻璃數(shù)量的疊加卻會(huì)影響玻璃的透光性，所以在制作大尺寸的玻璃時(shí)，設(shè)計(jì)師肯定都會(huì)偏向于超白玻璃。

超白玻璃又被稱(chēng)作無(wú)色玻璃、高透明玻璃，是所有玻璃產(chǎn)品中最高檔的品種，其具有高透光率、高透明性，產(chǎn)品表面晶瑩剔透、典雅，在整個(gè)玻璃家族中擁有“水晶王子”的美稱(chēng)。高透光率決定了玻璃自身的品質(zhì)，像其他類(lèi)型的玻璃，比如浮法玻璃，透光率僅為86%，而超白玻璃透光率可達(dá)92%以上，也正是因?yàn)槿绱耍撞ＡУ目萍己亢芨撸a(chǎn)難度也十分大，較高的品質(zhì)也決定了其不菲的價(jià)格。

1.2 大尺寸玻璃節(jié)能設(shè)計(jì)

隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展，綠色建筑的要求也越來(lái)越高，目前對(duì)全玻璃幕墻的節(jié)能要求也特別高，為了確保全玻璃幕墻的節(jié)能效果，通常都會(huì)采用Low-E玻璃。Low-E玻璃即低輻射玻璃，其工藝原理是在玻璃基片的表面，鍍上一層具有低輻射特性的多層金屬（銀、銅、錫等）或其他化合物組成的膜層，從而使得玻璃具有更好的節(jié)能效果。鍍膜層大大降低了玻璃表面的輻射率，搭配常見(jiàn)的中空玻璃使用，能使玻璃的傳熱系數(shù)（K值）、太陽(yáng)得熱系數(shù)（SHGC）、遮陽(yáng)系數(shù)（SC）等性能參數(shù)得到大幅提高，因此，目前的辦公樓基本都會(huì)采用鍍膜玻璃以達(dá)到綠色節(jié)能的效果。

由于大尺寸全玻璃的玻璃層數(shù)和厚度一般很大，目前市面上的鍍膜設(shè)備基本上只能在厚度不大于20 mm的玻璃上鍍膜，因此，在大尺寸玻璃鍍膜工藝上，使用的是耐高溫的Low-E膜，采用先鍍膜，后鋼化夾膠合片的工藝，這對(duì)膜的性能、穩(wěn)定性，以及加工廠的設(shè)備及工藝的要求更高，稍有不慎就會(huì)使得Low-E膜在玻璃鋼化的時(shí)候遭到破壞，影響最終的傳熱系數(shù)。

2 全玻璃幕墻節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

玻璃肋與玻璃面板的常規(guī)連接方式有3種。

第1種是機(jī)械連接型，利用螺栓的抗壓、抗剪和玻璃孔壁的抗壓能力，抵抗風(fēng)荷載和自重。這種節(jié)點(diǎn)形式一旦有局部位置受損，整體結(jié)構(gòu)形式就會(huì)失效，無(wú)法保證玻璃肋的整體功能和安全性。

第2種采用的是黏結(jié)型連接，通過(guò)運(yùn)用抗剪型樹(shù)脂膠將不銹鋼夾板與玻璃肋黏結(jié)在一起，通過(guò)膠料產(chǎn)生的剪力，抵抗風(fēng)荷載和自重作用，這種節(jié)點(diǎn)對(duì)廠家的樹(shù)脂加工工藝要求極高，如果樹(shù)脂的抗剪能力失效，整體結(jié)構(gòu)也就沒(méi)有了作用。

第3種是目前使用得最多、最可靠的連接形式，即將上述工種連接方式結(jié)合在一起的組合型連接形式。在承壓型金屬墊片內(nèi)填充承壓樹(shù)脂膠料，確保整個(gè)冗余結(jié)構(gòu)共同承擔(dān)風(fēng)荷載和自重作用，以減少部分玻璃破碎的風(fēng)險(xiǎn)。

隨著SGP膠片技術(shù)越來(lái)越成熟，大尺寸的全玻璃幕墻對(duì)于抗剪樹(shù)脂的選用都更加傾向于SGP膠片，離子型膠片SGP的剪切模量是PVB膠片的50倍以上，撕裂強(qiáng)度是PVB膠片的5倍以上，采用SGP膠片生產(chǎn)的夾層玻璃受力時(shí)，2片玻璃之間基本不會(huì)出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)，對(duì)玻璃的黏結(jié)能力也很強(qiáng)，能防止玻璃的破碎飛散。尤其是根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，SGP膠片相對(duì)于PVB膠片而言，可以參與抗風(fēng)荷載的計(jì)算，對(duì)于玻璃肋大尺寸全玻璃幕墻而言，這可以大大減少玻璃的厚度，節(jié)約了成本。

然而，上述節(jié)點(diǎn)雖然有效解決了傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的安全性問(wèn)題，但是外觀上仍然能看到不銹鋼夾具，對(duì)建筑的整體效果有一定的影響。

設(shè)計(jì)師為了追求全玻璃幕墻的通透性，在玻璃連接節(jié)點(diǎn)上也有所創(chuàng)新，比如某工程的玻璃連接節(jié)點(diǎn)，采用了國(guó)內(nèi)比較新的鈦合金SGP夾膠連接節(jié)點(diǎn)，在玻璃夾膠合片前，提前開(kāi)槽將與玻璃熱膨脹系數(shù)接近的鈦合金連接板內(nèi)嵌進(jìn)玻璃，用SGP膠片將其固定在玻璃肋內(nèi)，通過(guò)預(yù)留的鈦合金連接件與玻璃面板相連，小巧的鈦合金片使得全玻璃幕墻更為通透（圖1）。

圖1 鈦合金SGP夾膠連接節(jié)點(diǎn)

除此之外，通過(guò)鈦合金內(nèi)嵌在玻璃中的節(jié)點(diǎn)形式，使得玻璃面板和玻璃肋本身不需要開(kāi)孔，減少了玻璃因?yàn)殚_(kāi)孔后孔邊應(yīng)力集中導(dǎo)致玻璃破碎的風(fēng)險(xiǎn)，在節(jié)點(diǎn)安全性上考慮得更加周到。

3 全玻璃幕墻安裝工藝

3.1 托架法安裝

對(duì)于大尺寸的全玻璃幕墻，在安裝過(guò)程中需要十分謹(jǐn)慎，施工過(guò)程所產(chǎn)生的應(yīng)力對(duì)玻璃的影響很大，就算玻璃沒(méi)有破碎，也會(huì)導(dǎo)致玻璃產(chǎn)生嚴(yán)重的變形，對(duì)后續(xù)的運(yùn)營(yíng)使用產(chǎn)生不小的影響。

某工程采用由高10 m、寬1.8 m的超大玻璃單元板塊組成的全玻璃幕墻系統(tǒng)，玻璃單元板超高，安裝難度極大，經(jīng)多種安裝方案分析、論證，最終采用托架法進(jìn)行安裝。為此定向設(shè)計(jì)并使用了與玻璃等高的鋁合金龍骨工裝托架，并通過(guò)7道橫向的綁帶將玻璃與托架綁扎固定，然后采用汽車(chē)吊通過(guò)工裝托架上預(yù)留的吊裝孔進(jìn)行吊裝。起吊時(shí)玻璃自重能夠通過(guò)7道綁帶均衡地傳遞至托架上，確保超大玻璃變形控制在允許范圍之內(nèi)。待玻璃吊裝至安裝位置后，將超大玻璃上方的不銹鋼夾具與結(jié)構(gòu)進(jìn)行固定連接，即可拆除玻璃托架，流水安裝后續(xù)玻璃單元板，安裝過(guò)程安全高效。

值得注意的是，大尺寸玻璃在使用托架法吊裝時(shí)，其翻身轉(zhuǎn)換工況較為關(guān)鍵和復(fù)雜。由于玻璃高10 m，在安裝托架時(shí)玻璃水平放置在地面，但是安裝完成面是豎直狀態(tài)，因此在翻身過(guò)程中，需要采用2臺(tái)汽車(chē)吊，一臺(tái)作為主吊，另一臺(tái)作為輔吊，通過(guò)“設(shè)備先同步抬升、主吊繼續(xù)抬升、輔吊同步下降”的雙機(jī)協(xié)同技術(shù)，完成大尺寸玻璃單元板塊“平至立”的轉(zhuǎn)換，極大地降低了玻璃尾部區(qū)域起扳時(shí)產(chǎn)生的集中應(yīng)力風(fēng)險(xiǎn)。

3.2 吸盤(pán)法安裝

吸盤(pán)法是目前安裝大尺寸玻璃最安全、通用性相對(duì)最強(qiáng)的方法。當(dāng)然，有別于安裝小型玻璃的常規(guī)吸盤(pán)，大尺寸玻璃板塊往往采用帶電動(dòng)吸盤(pán)和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的定制支承框架系統(tǒng)，在玻璃支承結(jié)構(gòu)框架上，沿長(zhǎng)度方向均勻布置匹配玻璃自重的電動(dòng)吸盤(pán)，在框架背后設(shè)置可轉(zhuǎn)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，不僅解決了玻璃翻身困難的難題，也可實(shí)現(xiàn)不同角度大尺寸玻璃的可靠安裝。

值得注意的是，電動(dòng)吸盤(pán)實(shí)用性很強(qiáng)，但是一旦玻璃因?yàn)橐馔獍l(fā)生破碎很有可能造成真空吸盤(pán)失效而導(dǎo)致玻璃滑落，因此采用吸盤(pán)法吊裝時(shí)，也應(yīng)采用綁帶將玻璃與吸盤(pán)支架進(jìn)行綁扎，增加一道保險(xiǎn)措施，防止玻璃的高空的滑落。

4 全玻璃幕墻玻璃肋更換工藝

對(duì)于玻璃肋全玻璃幕墻而言，在前期施工及安裝過(guò)程中，通常都是先安裝內(nèi)側(cè)的玻璃肋，再安裝外側(cè)的玻璃面板，這已經(jīng)是一套非常成熟的施工工藝。然而如果玻璃肋破碎了，玻璃肋的更換就會(huì)變得十分困難。常規(guī)做法是根據(jù)安裝流程倒序施工，拆除與玻璃肋連接的2塊玻璃面板，再拆除并更換破碎的玻璃肋，最后恢復(fù)安裝2塊玻璃面板。這種做法的更換周期長(zhǎng)，還需要拆除面板玻璃，施工風(fēng)險(xiǎn)大，可能會(huì)導(dǎo)致完好的面板玻璃破碎。

本文主要介紹某項(xiàng)目采用的室內(nèi)玻璃肋更換工藝，在不拆除面板玻璃的情況下，完成室內(nèi)玻璃肋拆除及安裝。

某項(xiàng)目玻璃肋破碎后采用的了一種軌道式玻璃肋入槽安裝拆除工藝，通過(guò)在玻璃肋兩側(cè)架設(shè)軌道，安裝滑輪的方式將玻璃肋“抽”出完成面。

1）先在主體結(jié)構(gòu)上焊接1根橫向轉(zhuǎn)換梁用于電動(dòng)葫蘆的生根以及右側(cè)安裝玻璃肋的入槽軌道安裝。電動(dòng)葫蘆需要設(shè)置2個(gè)吊點(diǎn)（圖2）。第1個(gè)吊點(diǎn)用于將玻璃肋從室內(nèi)平躺的位置轉(zhuǎn)至豎直方向，由于吸盤(pán)法本身吸盤(pán)的自重很大，電動(dòng)葫蘆的起重性能有限，所以在室內(nèi)更換玻璃時(shí)均采用的是托架法安裝工藝；第2個(gè)吊點(diǎn)則是配合操作人員將需要更換的玻璃肋入槽至軌道處，進(jìn)行后續(xù)的玻璃肋滑移安裝作業(yè)。

圖2 入槽滑移法

2）在玻璃肋頂部不銹鋼掛件的兩側(cè)焊接U形滑輪組，在結(jié)構(gòu)上采用2根方管作為滑移軌道，待玻璃肋進(jìn)入軌道后，即可通過(guò)軌道準(zhǔn)確地將玻璃肋推移至安裝位置，達(dá)到不用拆除玻璃面板的情況下，完成對(duì)玻璃肋的更換（圖3）。

圖3 玻璃肋滑輪節(jié)點(diǎn)示意

入槽滑移法除了可以用在室內(nèi)更換破碎的玻璃肋，同樣也適用于一些狹小空間內(nèi)無(wú)法使用汽車(chē)吊等大型設(shè)備的工況下，通過(guò)電動(dòng)葫蘆及滑輪配合入槽將大尺寸玻璃面板及玻璃肋安裝到位。

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了大尺寸玻璃肋全玻璃幕墻從節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的發(fā)展和不斷優(yōu)化、加工廠的加工制作難度到現(xiàn)場(chǎng)安裝的施工工藝及風(fēng)險(xiǎn)控制，并通過(guò)工程實(shí)踐分析總結(jié)了2種不同的安裝技術(shù)方法和施工工藝，為類(lèi)似超大面積全玻璃幕墻工程的建造提供了借鑒，也希望對(duì)玻璃肋全玻璃幕墻的應(yīng)用發(fā)展起到拋磚引玉的作用。