淺析高層建筑玻璃幕墻設(shè)計

王福強

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正文：

1 高層玻璃幕墻的分類

隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑人才不斷涌現(xiàn)。建筑風(fēng)格不同，玻璃幕墻的類型也不同。一般玻璃幕墻按照立面效果及安裝方式進行分類。按照立面效果分，玻璃幕墻一般分為明框玻璃幕墻、隱框玻璃幕墻及半隱框玻璃幕墻。顧名思義，明框玻璃幕墻就是在外觀上框架外露，視覺上是玻璃鑲嵌在金屬框架之間。隱框玻璃幕墻，是玻璃通過結(jié)構(gòu)膠與金屬框架粘接，外觀上只能看到玻璃縫隙，看不到金屬框架。半隱框玻璃幕墻是以上兩種形式的結(jié)合，分為豎明橫隱玻璃幕墻和橫明豎隱玻璃幕墻。按照安裝方式，玻璃幕墻又分為框架玻璃幕墻和單元玻璃幕墻，框架玻璃幕墻是先在主體結(jié)構(gòu)上安裝金屬框架，然后安裝玻璃，再打膠或通過膠條密封。單元玻璃幕墻，是在工廠預(yù)先將框架和玻璃組裝好，整體運至施工現(xiàn)場，通過吊裝方式直接安裝在主體結(jié)構(gòu)上。單元板塊直接通過插接連接，插接位置設(shè)置膠條密封。高層建筑中，較多的運用單元幕墻的形式，便于縮短工期，交叉施工。

對于建筑設(shè)計來說，最重要的是安全，第二個考慮是美觀。因此，無論是高層住宅還是公共建筑，安全性和可靠性都是我們必須認(rèn)真考慮的因素。幕墻作為建筑物的外圍護構(gòu)建，與外界直接接觸，因此對安全性和可靠性的考慮必須更加嚴(yán)格。因此，對于玻璃幕墻、金屬板幕墻、石材幕墻、門窗等的設(shè)計，應(yīng)充分考慮抗風(fēng)壓、氣密性、水密性、、抗變形、防火和人為作用對幕墻的影響。

2 高層建筑玻璃幕墻具體設(shè)計要求

2.1 高層建筑玻璃幕墻的抗風(fēng)壓設(shè)計

玻璃幕墻的抗風(fēng)壓設(shè)計，直接涉及到玻璃幕墻的安全性，因此，高層建筑的玻璃幕墻抗風(fēng)壓設(shè)計是幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的重中之重。對于風(fēng)荷載，可根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009計算得出。但是，現(xiàn)實中高層建筑的實際風(fēng)荷載，會由于建筑本身的體型，周圍場地條件不同，而出現(xiàn)與計算數(shù)值相比發(fā)生較大的變化的情況。最直接有效的解決辦法，是做風(fēng)洞試驗，模擬實際建筑體型、實際建筑場地，經(jīng)過模擬實驗得出不同位置的最大風(fēng)荷載。

風(fēng)荷載計算時，應(yīng)考慮到不同位置的體型系數(shù)不同，導(dǎo)致同一高度的風(fēng)荷載會不一樣。對于非對稱性的幕墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件，還應(yīng)該考慮到在正負(fù)風(fēng)壓分別作用到幕墻上的情況。

對構(gòu)件進行結(jié)構(gòu)計算時，需要校核強度及變形兩個指標(biāo)，即承載力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)。要注意到不同材料的強度限值和變形限值，要與自重等其他荷載情況分別組合，通過對比，找出最不利工況，精確計算，以實現(xiàn)幕墻的安全性。

2.2 高層建筑玻璃幕墻的氣密性及水密性

高層建筑因為所承受風(fēng)荷載比較大，造成室內(nèi)外壓力差變化大。所以，高層建筑玻璃幕墻的氣密性及水密性，也是設(shè)計中的一個重點。氣密性主要體現(xiàn)幕墻自身的密封性能，玻璃幕墻密封主要依靠膠條及密封膠來實現(xiàn)。在玻璃與框交接處，框與框交接處，開啟扇等，是氣密性容易出現(xiàn)問題的部位。可通過多道密封來保證幕墻的氣密性。一般情況下，以上部位的密封措施不少于三道。水密性一方面是體現(xiàn)幕墻自身的密封性能，另一面還體現(xiàn)幕墻自身的排水性能，幕墻密封條件良好，可以理解為水密性良好，但是幕墻一旦漏水，查找非常困難。幕墻漏水一般是由外部雨水滲入，只能看到其滲出點，而無法查找其滲入點。鑒于幕墻密封防水的可靠性不高，所以幕墻設(shè)計時應(yīng)考慮構(gòu)造排水。一般情況下，是在幕墻框架靠近室外位置，第一道密封之內(nèi)，設(shè)置等壓腔，即此腔體與室外大氣等壓，水可以進入此腔體內(nèi)，但是由于此腔體設(shè)置的構(gòu)造措施（型材設(shè)置排水坡度、擋水邊等），水無法繼續(xù)滲入，只能通過設(shè)置的路徑排出。

幕墻的氣密性和水密性是影響幕墻使用功能的重要指標(biāo)，因此，設(shè)計時需要對不同材料的配合、密封措施、型材模具等著重考慮。

2.3 高層建筑玻璃幕墻的防變形設(shè)計

高層建筑玻璃幕墻的防變形，實際上是玻璃幕墻適應(yīng)變形的一種能力。玻璃幕墻需要適應(yīng)的變形有兩種。一是適應(yīng)自身變形，由于風(fēng)、地震、溫度變化等荷載直接作用到幕墻上，導(dǎo)致玻璃、型材發(fā)生形變。二是適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)變形，由于風(fēng)、地震、不均勻沉降導(dǎo)致的主體結(jié)構(gòu)變形，會間接作用在幕墻上。為適應(yīng)自身變形，幕墻一般會采用柔性連接。玻璃與框架連接時，留有間隙，玻璃板塊之間也留有間隙?？蚣芘c框架連接，采用螺栓連接，且一般設(shè)置柔性墊片，適應(yīng)變形，還能防噪音。上下立柱連接，通過插芯插接，插接部位留有間隙。適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)的變形，主要是幕墻框架與主體結(jié)構(gòu)連接要考慮適應(yīng)變形的能力，幕墻框架與主體結(jié)構(gòu)通過轉(zhuǎn)接件連接，轉(zhuǎn)接件和框架，通過螺栓固定，具備適應(yīng)變形的能力，整個框架栓接，不僅僅能適應(yīng)幕墻自身變形，同樣也能吸收主體結(jié)構(gòu)的變形。幕墻的平面內(nèi)變形性能，可根據(jù)主體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式來確定，主體為框架結(jié)構(gòu)的，變形量最大，核心筒結(jié)構(gòu)的，變形量最小。

2.4 高層建筑玻璃幕墻的防火設(shè)計

高層建筑發(fā)生火災(zāi)，撲救困難。玻璃幕墻在設(shè)計時應(yīng)該考慮防火隔離帶。一是水平向防火隔離帶，即層間防火。二是豎向防火隔離帶，即配合建筑平面防火分區(qū)設(shè)置。防火隔離帶的作用是阻止火焰和高溫?zé)熿F的傳播。層間防火:在上下樓層之間，設(shè)置高度不小于800mm的防火隔離帶，使用厚度不小于100mm的防火巖棉，采用1.5mm厚的鍍鋅鋼板承托，縫隙使用防火密封膠密封；豎向防火隔離帶:在一個隔間和另一個隔間之間，防火分區(qū)之間的防火墻到達(dá)樓板邊緣，左右兩側(cè)必須是寬度1.0m以上的不可燃墻。外側(cè)使用防火幕墻。同一幕墻板塊不應(yīng)跨越兩個防火區(qū)和層間防火密封。因此，防火分區(qū)位置的防火幕墻不少于兩個分格，并且兩個分格中間的幕墻立柱必須位于防火分區(qū)分界線上。防火幕墻的框架一般采用鋼框架。

2.5 高層建筑玻璃幕墻的遮陽設(shè)計

高層建筑的視野及采光較好，同時，遮陽也是大問題。一般控制玻璃幕墻的遮陽有兩種，一是采用遮陽系數(shù)較低的玻璃，好處是玻璃幕墻立面整潔，較容易體現(xiàn)幕墻的效果，壞處是降低了玻璃的通透性。二是在玻璃幕墻外側(cè)設(shè)置外遮陽裝置。一般有遮陽百葉、遮陽造型等。許多建筑中，已經(jīng)采用了可控制的電動外遮陽裝置，可根據(jù)季節(jié)及陽光的變化不斷調(diào)節(jié)，有人工控制或根據(jù)設(shè)定的程序自動控制。，對于外立面效果來說，設(shè)計巧妙的電動遮陽裝置不僅僅是功能性設(shè)施，更是一種科技手段，一種為外立面增添色彩的元素。

2.6 高層建筑玻璃幕墻的防雷設(shè)計

高層建筑高聳于建筑群中，如不精心設(shè)計防雷，遭受雷擊的可能性大大增加。建筑防雷一般為防側(cè)擊雷和防頂擊雷。防頂擊雷通過設(shè)置避雷針、接閃器等頂部避雷裝置，經(jīng)過下引線接地。幕墻主要是防側(cè)擊雷，根據(jù)避雷等級不同，防側(cè)擊雷需要考慮的高度分別為一級30米、二級45米和三級60米。幕墻防雷設(shè)置，可根據(jù)建筑物的防雷等級和滾球原理判斷，以二級防雷為例，要求45米以上立面形成防雷區(qū)格，區(qū)格不大于10米*10米，或12米*8米。防雷區(qū)格10米*10米的意思是說，高度方向上，不大于10米要設(shè)置一道水平均壓環(huán)，一般采用直徑不小于10mm圓鋼或40*4mm扁鋼，水平方向上，小于10米間距要將立柱連通，可通過截面積不小于25mm2的編織銅導(dǎo)線連接。同時，均壓環(huán)與連通立柱也要進行可靠連接。形成避雷區(qū)格后，要與主體結(jié)構(gòu)預(yù)留的避雷等勢點進行連接，一般焊接連接，搭接長度不小于100mm。

3 結(jié)束語

目前，高層建筑越來越多的出現(xiàn)的各個城市當(dāng)中。近年來，由于中國的科學(xué)進步和社會發(fā)展，建筑理念不斷更新。對高層建筑安全性能、節(jié)能、資源利用和外觀提出了更高的要求，使得玻璃幕墻在高層建筑中得到廣泛應(yīng)用。玻璃幕墻是高層建筑的外衣。其性能與幕墻設(shè)計密切相關(guān)。因此，在今后的研究和應(yīng)用中，我們必須采用科學(xué)合理的方法來促進高層建筑玻璃幕墻技術(shù)的發(fā)展。