浅谈玻璃幕墙的设计

浅谈玻璃幕墙的设计:浅析幕墙设计中的点支式玻璃幕墙设计

摘 要：点支式玻璃幕墙是幕墙支承体系中最简单的一个，最大限度的通透性是这个系统最大的特点。本文通过分析，从点支式玻璃幕墙中空及夹层玻璃板的承载特点出发，结合试验与数值计算的结果，给出了点支式中空及夹层玻璃板的垂直荷载作用下的应力、挠度的计算方法。

关键词：幕墙设计 点支式玻璃幕墙设计 特点

一、点式玻璃幕墙技术的特点

由于建筑点式玻璃幕墙技术是由金属连接件和紧固件将玻璃与支承结构连接成一个整体的组合式建筑结构，与有框（ 含隐框、半隐框） 玻璃幕墙相比，点式玻璃幕墙技术的特点：

1. 通透性好： 由于大片玻璃是通过几个点与支承结构相连接，因此视线被遮挡的面积降低到最小，使视野开阔到最大限度。

2. 安全性好： 经过钢化后的玻璃石通过金属件用机械的手段固定到支承结构上，耐候密封胶只起密封作用而不考虑其他受力，即使在外来撞击下，使单片玻璃破坏落下“玻璃雨”，也不可能出现整块玻璃坠落的严重伤人事故。

3. 灵活性好： 由于在金属连接件和紧固的设计中考虑了各种措施，使每个连接点可以自由转动外，还允许有一定的位移，用于调节土建施工中不可避免的误差，因此，玻璃不会产生安装应力，并且可以适应支承结构受荷载后产生的变形，使玻璃受力状态良好，不仅如此，用点式连接方法可以最大程度地体现建筑造型的要求。

4. 工艺感强： 点式结构可以使用许多种形式，变化无穷，有良好的工艺性、艺术性，便于设计师选择使用。

点支式玻璃幕墙建筑体系是用金属连接件和紧固件将建筑玻璃与金属（ 或玻璃） 支撑结构连接成整体的新型组合式建筑结构形式（ 1） 。现行点支式玻璃幕墙下程技术规程规定分别使用下列（ 1） 、（ 2） 式计算点支单层玻璃在垂直荷载作用下，长边边缘应力和板心挠度。

二、中空玻璃板的承载计算

1. 承载特点。中空玻璃一般是在 2 片玻璃之间设有一干燥空气层或惰性气体层，常在对保温隔热有较高要求的建筑物中使用。一般认为中空玻璃承受垂直荷载时内、外片变形不协调，直接承载的外片变形要大些。某研究所完成的点支式中空玻璃承载性能试验，其结果验证了上述观点。该试验测量中空玻璃板承受垂直板面均布荷载时的挠度与应力。试件为2 块1000 mm* 1000 mm 的中空玻璃板（ a、b 试件） ，内外片均厚 6mm，中空层厚 9 mm，孔心边距 100mm。表 1 列出了试件承载时的位移。

注： 绝对位移为内外片绝对位移的平均值。

同时考虑到，气体层并不能阻止内、外片玻璃在面内的相对滑移，即不提供面内抗剪的作用。但是，气体可以向任何方向传递压强，而内、外片玻璃的横向受力面积基本上是相等的，故可认为外来横向荷载被分为两部分。一部分直接由外片承担，另一部分由气体层传递到内片上，如图 1 所示。

2. 试验与计算结果。按（ 5） 式将外荷载分配到双层点支式中空玻璃板的内、外片上后，即可以使用 （ 1） 、（ 2） 式分别计算内、外片的变形与应力。本文将这种计算方法称为刚度分配法。

表 2、表 3 列出了某研究所试验结果与刚度分配法、现有规程所采用的等效厚度法的计算结果。

表 2、表 3 中的计算结果与试验结果都比较接近，等效厚度算法的计算结果要保守一些。但应注意，该试验中内、外片玻璃等厚，为验证以上算法是否适用于内、外片不等厚的情况，可跟相关试验的数据加以验证。

3. 结果分析。从内、外片等厚的试验中可得：

（ 1） 外荷载按刚度分配，d1 = d2，q1 = q2 = 0. 5q，即实际情况相当于以 d1 的抗弯刚度承担 0.5q 的荷载。

（ 2） 如取外片厚度的 1.2 倍为等效厚度进行计算，则将整块玻璃的抗弯刚度估计为 1.23d1 =1. 73d1，以 1. 73d1 的总刚度承担外荷载 q，即相当于以 d1 的刚度承担 0. 58q 的外荷载。后者结果与前者的比为0. 58 /0. 5 = 1. 16 倍，这即是在内、外片等厚的试验中，等效厚度算法的结果稍显保守的原因。

三、夹层玻璃板的承载计算

1. 承载特点。夹层玻璃是在两层玻璃之间夹入聚乙烯缩丁醛（ pvb） 胶片，这样玻璃破碎时仍会与 pvb 胶片粘在一起，可有效的避免玻璃碎落造成的人员伤害及其他损失。与中空玻璃的气体层不同，夹层玻璃的夹胶层能够很大程度的限制内、外片玻璃的面内相对滑移（ 如图 4） ，所以夹

玻璃的抗弯能力要比几何尺寸相同的中空玻璃高。某研究所完成的夹层玻璃抗弯试验中，试件为 1000mm* i000mm方板，孔心边距 100mm，内、外片玻璃厚度均为 6 mm，pvb 胶层为 1.14mm 厚。试验分别测定了试件在刚加载以及持续加载半年后的位移与应力。

从试验结果发现，夹层玻璃试件的中心位移随着加载时间的增加而逐渐增大，但是位移在增大到一定值后，逐渐平稳。而边缘中点的应力随着时间的增加逐渐增大，在增大到一定值后又开始缓慢下降，逐渐又回到原来的应力值左右。

四、结语

1） 现行的点支式玻璃幕墙技术规程沿用了按照外片取用等效厚度的算法，对点支式中空、夹层玻璃进行计算。对于内、外片等厚的玻璃，该方法显得较保守： 对于外片厚度较内片大的情况，该方法可能过高地估计玻璃板的抗弯刚度，从而得到偏小的计算结果。

2） 在工程计算中，中空玻璃承受垂直荷载时的内、外片位移差可以忽略。中空玻璃的气体层不能限制内、外片在面内的相对滑移，但能够传递压强，达到把外荷载按照刚度分配到内、外片上的效果。本文刚度分配法得到的结果与试验的结果十分接近。

3） 夹层玻璃的承载特点很大程度上取决于夹胶层的性质。同济大学的相关试验表明，在长期荷载作用下，试件的位移与应力都有一定程度的发展，位移、应力的长期测值已经接近于刚度分配法的计算结果。

4） 经过分析、计算和比较，本文提出了在玻璃幕墙的点支式中空、夹层玻璃的承载力和变形计算方法，该法简便易行，且与现行规程中对于单层玻璃的计算方法保持一体。

浅谈玻璃幕墙的设计:玻璃幕墙工程设计和施工问题

摘要：随着社会经济的发展，建筑形式越来越丰富，其中玻璃幕墙的应用是重要的一项内容。玻璃幕墙是建筑物的一种构件，一般是通过连接悬挂的方式和主体进行连接的，所以连接的牢固性可靠性显得至关重要。玻璃幕墙的面板，有部分是通过结构胶粘结的方式和幕墙金属龙骨进行连接的。在设计和施工中，要注意玻璃幕墙的牢固性和安全性。文章就玻璃幕墙工程设计和施工中存在的问题和解决措施进行探讨。

关键词：玻璃幕墙；设计；施工；问题；措施

我国玻璃幕墙的设计和应用处于初步阶段，在设计和工艺质量方面存在着一定的问题。有些幕墙工程在设计和施工方面出现问题以至于在整个工程的质量和进度方面都面临困境，使得幕墙工程的建筑目标无法达到。

1玻璃幕墙设计和施工中存在的问题

1.1玻璃幕墙工程设计中存在的问题

在玻璃幕墙的设计方面，计算不够精确，设计的深度方面不足。对于大多数的幕墙工程，计算书往往通过现有的软件自动生成，设计师往往对计算的过程缺乏足够的了解，只知其“果”，不懂其“因”，这种知识的不足直接影响到设计师对整体幕墙安全的把控。另外有些幕墙工程设计的图纸不够全面，对于连接件的承载能力和焊接缝的计算不够准确和全面。玻璃幕墙的技术要求就很高，设计上的缺陷就很容易造成幕墙连接件安全处理不到位。另外对于立柱的承受强度和横梁的强度考虑不到位，对于玻璃抗压能力的测算不足都会为玻璃幕墙工程的施工质量留下安全隐患。

1.2玻璃幕墙施工的材料存在的问题

由于玻璃幕墙建筑结构的特殊性，在玻璃幕墙材料的选择方面很容易出现问题。在对玻璃幕墙所用材料进行选择时，材料的规格和型号都应该严格符合设计要求，有些幕墙工程为了节省成本并没有严格按照设计要求进行材料选购，既影响了幕墙的整体美观，又留下了安全隐患。比如，玻璃的配置，立柱和横梁的型材截面、厚度等如果不满足设计要求，那玻璃幕墙的隔热性能和强度都会受到明显的影响；另外铝型材的材质牌号等，也会严重影响其强度。

1.3玻璃幕墙施工过程中存在的问题

在玻璃幕墙的施工方面存在的问题一般表现在施工工序的安排以及和周围环节的协调方面。对于施工工序的安排，施工管理人员只有充分了解幕墙各个结构的特性，并安排好施工工序才能够更好地控制施工进度并保证施工质量，有的幕墙工程在工序方面出现问题，还可能会面临拆除的隐患。在与周围环境的协调方面，在利用玻璃幕墙体现城市特点，美化城市的同时，如果不注意与周围环境的协调而盲目的建设，那一定是达不到预期效果的。

2解决措施

2.1做好质量控制

做好对玻璃幕墙的施工设计可以从两个方面入手。首先，保证幕墙施工单位的业务能力。对于施工单位的从业资格和技术经验要进行严格的筛选和控制。杜绝没有生产许可证的企业参与施工，在设计时要做好相关材料的质量要求；其次，在玻璃幕墙的设计交底和图纸审核方面，要做好严格的会审，以便对设计理念、设计功能以及设计的其它要求有充分的了解。特别是幕墙的连接部分，要注意对连接预埋件的材料和性能要求做出详细的设计要求。所以在设计交底和对材料的说明中，一定要充分了解应用材料的技术指标及其它一些图纸中易忽略的事项，以保证玻璃幕墙工程的整体质量。

2.2玻璃幕墙工程原材料的质量控制

在玻璃幕墙的材料控制方面，可以从三个方面入手。首先，要对结构型材用料进行严格的选购和控制。在一般的幕墙工程中，结构材料的选用一般包括铝合金和钢材。对于这些材料的选购，一定要确保每一样都要有齐全的质量证明，质检报告，合格证明和相关的性能检测数据。比如在选择碳钢和不锈钢时，要注意其表面是否平整，是否存在裂痕等。另外对于选材的截面性质，如尺寸，颜色等要进行验收和记录，要选择满足要求的构件；其次，要严格控制玻璃的选购质量。玻璃是幕墙工程中极其重要的一部分。在注意玻璃的出厂质量和合格证的同时，还要注意玻璃的隔热等性能、安全性能等指标；最后，要注意结构胶和密封胶等材料的选购与质量控制。对于施工的密封胶，要定期进行抽样检测以及时了解密封胶的使用效能。一般情况下，检验周期可定为3个月。在选择结构胶时，要对购进胶的质检报告，生产批号等进行必要的审查。另外大部分胶类属于易燃品，为保证幕墙的安全性能，要尽量选择防火抗热的密封胶材料。

2.3做好玻璃幕墙工程施工工序的控制

做好玻璃幕墙工程施工工序的控制可以从两个方面进行。首先，做好玻璃幕墙各个连结点的安装施工工作。由于幕墙的连接主要是通过预埋件进行连接的，所以做好预埋件的安装施工对于整个工程有着十分重要的意义。预埋件的位置要做好精确测算，预埋时要认真核对预埋件的规格和数量是否正确，以便满足设计要求。立柱安装过程中，要注意把立柱间的间距偏差减到最小，一般不大于2mm。另外，在进行主体和预埋件的连接时，一定要注意安装的牢固性，特别是芯柱和立柱要能够进行紧密接触，并注意防腐蚀处理；其次，做好玻璃幕墙板材的安装固定工作。施工时不仅要关注工程内部进行的状况，还要注意天气变化，因为部分施工所用的材料会在一定程度上受到气候的影响，比如密封胶的使用，就要在合适的气候条件下进行，以便更好地进行密封胶的嵌缝处理。在保证整齐美观的同时，保证密封胶的厚度控制，做到无气泡无凹坑。

2.4做好玻璃幕墙的验收工作

玻璃幕墙的验收工作是整个工程完成的最后一步，验收合格才能投入使用，这一步是确保玻璃幕墙施工质量的重要保证。验收时，要对与施工有关的各项材料和证明进行检查，要做到材料的完备，尤其要对各种质检报告进行严格检查。另外，要做好实地考察，对幕墙玻璃的美观度和连接处质量要进行检查；还有各种沉降缝、密封缝都不能漏掉，要及时找到存在的缺陷，进行工程的完善。验收环节是不容忽视的一项工作，需要认真对待，只有这样才能够实现对幕墙工程的保障。

3结束语

总而言之，我国的玻璃幕墙工程处于发展阶段，玻璃幕墙固然美观先进，但是不能因为表面效应忽视了设计和施工中的问题，各个参与设计施工的企业，要充分认识到幕墙工程目前存在的各种不足，在设计、材料的选购、施工过程以及验收方面注意对工程质量的控制，不断地完善我国玻璃幕墙的建设。相关研究部门要积极探索并完善先进的施工材料和施工工艺，推动我国玻璃幕墙工程的繁荣发展。

作者:代春义 单位:浙江中南建设集团有限公司

浅谈玻璃幕墙的设计:玻璃幕墙建筑设计论文

摘要：本文在节能环保为当今国际上建筑发展的总趋势的环境下，论述建筑节能的重要途径就是对护结构进行隔热保温，提出在我国尤其是南方地区以玻璃幕墙为护结构的建筑。

关键词：幕墙节能

我国建筑能耗已占全社会总能耗的25%，建筑节能已引起政府和社会的普遍关注。依据国家《节约能源法》，1999年10月建设已颁发了《民用建筑节能管理暂行规定》，“十五”我国建筑节能的第三阶段再节能30%的工作目标已开始实施。建筑节能是指节约采暖供热、空调制冷、建筑照明的能源消耗。因此，不但我国北方采暖供热建筑要节约能源，长江流域及以南的冬暖夏热地区也要节约能源。

建筑门窗与建筑幕墙虽围护结构中，热交换和热传导最活跃、最敏感的部位，传热和失热损失是墙体的5~6倍，门窗和幕墙的节能效果，占建筑节能的40%.因此，各级建设主管部门十分重视节能型建筑门窗及幕墙的推广应用。

节能型门窗，是指达到建筑物所在地区建筑节能设计标准的门窗产品。是以其技术性能和节能效果来确定的，不是以其加工材料的种类来区分的。我国建筑节能对门窗性能采取两项控制指标：即门窗的传热系数k值（或其倒数，热阻值r）及门窗的空气渗透系数（即气密性）a值。例如：北京地区要求：k≤3w/m2&#8226；k（或r≤0.33m2&#8226；k/w），a≤0.5m3&#8226；h；只要达到这两项技术要求即可称为节能门窗。

建筑玻璃幕墙自上世纪80年代在我国面世以来，20多年来呈现了大规模、高速度的发展态势，从东部沿海的大型城市，到西部边远的山区小镇，几乎都可以看到玻璃幕墙的建筑。特别是在城市的超高层建筑上，玻璃幕墙占据了绝对优势：北京国贸中心、深圳地王大厦、上海金茂大厦、恒隆广场……，无不采用了玻璃幕墙，正在建设中的世界最高楼——上海寰球金融广场，也拟采用玻璃幕墙。我国的建筑玻璃幕墙，在它短短20多年的发展时间里，已经占据了极大的市场份额，目前我国每年玻璃幕墙的建筑面积达到500万平方米左右，市场前景依然看好。

一、科技进步的巨大贡献

一个新生事物的兴盛，自有它的历史背景和社会动因，玻璃幕墙的兴起也不例外，它是我国经济发展繁荣和建筑科学进步的产物。随着我国国力的强盛、城市大规模建设的需要，一批批高层建筑、超高层建筑拔地而起，对这些建筑来说，维护结构采用传统的砖墙显然不能适应，混凝土墙体则因其过于笨重而日显劣势，唯有轻钢结构配以玻璃幕墙成为最佳选择。玻璃幕墙以其晶莹剔透、轻巧美观、耐候性好、密封性佳、安装方便、维护简便等诸多优点而在高层建筑上迅速崛起，独领风骚。

建筑科技的进步也使大规模使用玻璃幕墙成为可能。首先，建筑科技的发展解决了高层建筑的诸多技术难题，使高楼大厦可以在现有基础上成倍地拔高，而高层建筑的大量涌现，为玻璃幕墙的应用提供了巨大的市场需求。其次，随着建筑材料研发的进步，已能生产出建筑上需要的各种金属结构件，门类齐全的钢材、铝合金型材、幕墙接驳件等等，满足了玻璃幕墙的安装要求；先进的镀膜玻璃、钢化玻璃、中空玻璃、夹胶玻璃、热弯玻璃，给不同场合玻璃幕墙的使用提供了多种多样的选择。第三，建筑施工技术的进步和完善，各种先进工艺的推广成熟，使玻璃幕墙在高层、超高层建筑上的运用举重若轻，玻璃幕墙的施工已没有任何的技术障碍。随着高层、大跨度、大空间、异型建筑的不断增加，钢结构支撑玻璃幕墙的应用将越来越广泛。

二、在不断发展中日臻完善

近20年来，我国玻璃幕墙在发展过程中日臻完善，如今已与世界先进水平同步。在这个不断完善的过程中，中国建筑装饰协会铝制品委员会发挥的积极作用功不可没。

这些年来，中国建筑装饰协会铝制品委员会一直走在行业前列，积极引导行业健康有序地发展。对幕墙行业存在的问题及时发表文章，引起社会重视，并为国家制定幕墙政策规范作前导。如1990年代初期，隐框玻璃幕墙在无国家标准、规范的情况下，国内出现不少假隐框幕墙，用玻璃胶代替结构胶，用铁、木材料代替铝材。这些假幕墙有的甚至高达百米，严重影响了人民群众的生命财产安全。针对这些严重的问题，协会理事长发出了“带隐患的隐框玻璃幕墙犹如城市上空定时炸弹”的呼吁，引起国家行政管理部门的重视，对隐框玻璃幕墙下达了一连串加强管理的文件。

1990年代中期，隐框玻璃幕墙发展过快过，个别高反射率的镀膜玻璃使附近往户的阴面经阳光反射变成阳面，对居民有不小的影响。为此协会发表了《重视隐框玻璃幕墙的光污染》文章，在国内第一次提出光污染问题，并提出用反射率低的镀膜玻璃、或用铝板和镀膜玻璃间隔使用以减少光反射的建议。在协会的奔走呼号下，如今国内一些大中城市对幕墙玻璃的反射率纷纷作出了限制规定。

三、20年的应用实践检验

位于上海延安路外滩的联谊大厦，是我国最早的一幢玻璃幕墙建筑，从其将近20年的使用实践来看，用户反映良好，体现了玻璃幕墙建筑的诸多优越性。

1985年5月正式启用的联谊大厦，是一幢高档涉外写字楼，大楼外墙全部采用明框玻璃幕墙。该大楼的物业管理单位是沪上著名的上海市锦江物业管理公司，据大厦管理处介绍，这座玻璃幕墙建筑的管理和维护与传统外墙相比有较多的优越性，不存在其它建筑物外墙容易发生的面砖脱落、涂料剥落、难以清洗等问题。使用18年来只进行了一次全面的重新打一遍硅胶（这是玻璃幕墙技术要求的规定），平时只是定期用擦窗机对幕墙玻璃进行清洗就可以了。偶尔有个别用户室内装修时不慎打碎了幕墙玻璃，因为采用的是钢化玻璃不会散落，所以也不会对人员造成伤害，拆卸下来重换一块亦很方便。大厦玻璃幕墙的设计理念比较超前，在每一块大玻璃的下方，都有一扇可开启的窗户，通风条件相当好，即使是前一阵子\"非典\"流行时期，客户对这里的通风条件也是感到十分的满意。讲到采光问题时，大厦管理人员介绍说，由于外墙全部是玻璃，采光面积很大，室内的光线也是很不错的，相当亮堂。至于有些人担心的所谓“光污染”问题，由于联谊大厦采用的是低反射率的幕墙玻璃，锦江物业管理的这些年来，从没碰到过与左邻右舍在这方面的纠纷。

实践证明，玻璃幕墙确实具有其它墙体所无法比拟的优越性能。

随着幕墙的应用越来越广，幕墙的种类也越来越多。

四、单元组合式建筑幕墙

单元组合幕墙是一种新型建筑幕墙结构体系，它是建立在现代高层以框剪、框筒、筒筒为代表的结构体系基础上的新型围护结构理论与施工工艺的重大变革。国外新单元组合建筑幕墙也只有20多年的历史。

单元组合式幕墙完全不同于固定网格梁式传统式的普通玻璃幕墙，它是以各个单元板块组件为基本构件单元，直接支撑在主体结构上，把这些单元板块组合起来构成面积的幕墙结构体系；相邻基本单元组件的竖框（立柱）相互插接，相邻横框（横梁）也相互插接，相互插接的立柱和横梁形成组合式网格梁系；组合式梁柱插接部位用弹性密封元件封闭并可相对位移形成补偿效应；基本板块单元尺寸远远大于普通固定网格梁式幕墙的分格尺寸，它是以建筑主体结构特点来确定板块单元尺寸；基本单元组件的饰面材料（包括采光玻璃、金属板、石材板、人造化学板材等）及板块结构全部在工厂加工预制，施工现场只进行板块单元的组合安装。

单元组合式幕墙提高了建筑幕墙的工厂化程度，大大缩短了围护结构施工工期；由于基本单元周边实现了弹性插接组合，提高了幕墙结构温度补偿、震动补偿效应和抗冲击强度，特别是消除了因温差而引起的幕墙结构位移噪音；幕墙基本单元组件全部在工厂内加工组装，提高了制品加工精度，改进了表面质量保护；施工现场高空作业工作减少，保证了安全生产。

单元组合式幕墙的开发和推广应用，把我国建筑幕墙设计水平、施工技术推进到一个新台阶。这种产品技术的开发，带动了大截面重型建筑铝型材生产水平的提高，促进了建筑幕墙生产企业技术改造和设备更新，一批大型骨干企业在“九五”期间从德国、意大利、美国引进了一批适应单元组合式幕墙加工制造的专用重型设备和幕墙加工中心，缩小了我国幕墙建造业与国际先进水平的差距。

单元组合式幕墙在北京、上海、广州、深圳等大中城市已取得了可贵的经验。我国单元组合式幕墙的防水渗透性能、现场安装施工技术得到外企和同行业的广泛称誉。结合工程特点、我国同时开发了半单元组合式幕墙（固定立柱、横梁单元组合）、小单元组合式幕墙（单元板块与网格梁系组合）等派生体系，也都取得了良好的工程效果。

五、点支式全玻幕墙

点支式全玻幕墙也称点驳接全玻幕墙。它是全玻璃幕墙的一个新的发展分支，一改玻璃肋胶接全玻璃幕墙和悬吊式全玻幕呆板的平面造型，特出点连接结构旋律美和玻璃支撑结构体系的现代感，建立围护结构体系新理念：它是全景式幕墙，形成建筑物内外空间的通透和融合，达到人、环境、空间和谐统一的美感；它充分发挥玻璃、点驳接、支撑系统的空间造型艺术魅力，形成轻捷、新颖的景观效果；它是现代建筑艺术的标志之一，倍受青睐。公务员之家

点支式全玻幕墙由玻璃、点驳接件、支撑结构体系三部分组成。玻璃可用单片、中空、钢化中空玻璃点驳接件根据玻璃结构造型有多种形式，多为铸钢件并经电镀或氟碳喷涂表面防腐处理；支撑结构可用玻璃肋、钢结构（钢管单杆式纵横粱、空腹式钢桁架、拉杆式桁架、拉索式桁架等）支撑体系。主要材料的国产化率已达到80%左右。我国采用国内技术，自行设计、制造、安装，成功的建成了一批应用国际机场候机楼、大型展览中心、会议文化中心，大型植物园馆等大面积点支式全玻幕墙工程，受到社会各界的好评和认可。

点支式全玻幕墙是我国深圳、珠海、汕头等地全玻幕墙专业生产企业和幕墙业大型骨干企业借鉴国外先进技术创新的成果，这项技术的开发和推广应用，为建筑幕墙工程提供了新的发展机遇和市场空间，填补了国内幕墙设计和施工技术的一项空白。

为进一步促进玻璃幕墙行业的健康发展，国家有关行政管理部门组织专家对1996年底的《玻璃幕墙工程技术规范》进行了修订，目前新的行业标准已修订完毕。在这份将于今年底出台的技术规范中，取消了原来对玻璃幕墙适用高度的限制，此举彻底放开了以往的束缚，为玻璃幕墙的进一步发展创造了一片广阔的天地。

浅谈玻璃幕墙的设计:玻璃幕墙的主要支承方式与设计原则

摘要:玻璃幕墙是现代建筑较多采用的护结构之一,文章介绍了玻璃幕墙的涵义及其主要支承方式,并对玻璃幕墙的设计原则进行了探讨。

关键词:玻璃幕墙;支承方式;设计原则

一、玻璃幕墙的涵义

玻璃幕墙是现代建筑较多采用的护结构之一,把建筑围护结构的使用功能与装饰功能巧妙地融为一体,使建筑更具现代感和装饰艺术性。玻璃幕墙不仅实现了建筑护结构中墙体与门窗的合二为一,而且把建筑围护结构的使用功能与装饰功能巧妙地融为一体,使建筑更具现代感和装饰艺术性。玻璃节能评价的主要参数自然界中热量的传递通常有三种形式:对流、辐射和传导。由于玻璃是透明材料,通过玻璃的传热除上述三种形式外还有太阳能量以光辐射形式的直接透过。衡量通过玻璃进行能量传播的参数有玻璃的传热系数K值、太阳能透过率、遮蔽系数、相对热增益等。我国从上世纪80年代初开始引入玻璃幕墙,经过20多年的发展,玻璃幕墙在全国各地的建筑,特别是在一些地区的标志性公共建筑中已经使用的相当多了。

二、玻璃幕墙的主要支承方式

(一)明框玻璃幕墙

明框玻璃幕墙是金属框架构件显露在外表面的玻璃幕墙。它以特殊断面的铝合金型材为框架,玻璃面板全嵌入型材的凹槽内。其特点在于铝合金型材本身兼有骨架结构和固定玻璃的双重作用。

(二)隐框玻璃幕墙

隐框玻璃幕墙的金属框隐蔽在玻璃的背面,室外看不见金属框。隐框玻璃幕墙又可分为全隐框玻璃幕墙和半隐框玻璃幕墙两种,半隐框玻璃幕墙可以是横明竖隐,也可以是竖明横隐。隐框玻璃幕墙的构造特点是:玻璃在铝框外侧,用硅酮结构密封胶把玻璃与铝框粘结。幕墙的荷载主要靠密封胶承受。目前在西安的玻璃幕墙建筑中用的较多。

(三)点支式玻璃幕墙

1.建筑点支式玻璃幕墙的分类。按照支承结构的不同方式,点式玻璃幕墙在形式上可分为以下几种:(1)金属支承结构点式玻璃幕墙,这是目前采用最多的一种形式,它是用金属材料做支承结构体系,通过金属连接件和紧固件将面玻璃牢固地固定在它上面,十分安全可靠。充分利用金属结构的灵活多变以满足建筑造型的需要,人们可以透过玻璃清楚地看到支承玻璃的整个结构体系。玻璃的晶莹剔透和金属结构的坚固结实,增强了“虚”、“实”对比的效果。(2)全玻璃结构点式玻璃幕墙,通过金属连接件及紧固件将玻璃支承结构(玻璃肋)与面玻璃连成整体,成为建筑围护结构。施工简便造价低,玻璃面和玻璃肋构成开阔的视野,使人赏心悦目,建筑物室内、外空间达到最大程度的视觉交融。(3)拉杆(索)结构点式玻璃幕墙采用不锈钢拉杆或用与玻璃分缝相对应的钢拉索做成幕墙的支承结构。玻璃通过金属连接件与其固定。在建筑中充分运用机械加工的精度,使构件均为受拉杆件,因此,施工时要加以预应力,这种柔性连接可降低震动时玻璃的破损率。

2.建筑点式玻璃幕墙的主要组成部分。(1)支承体系,支承体系是将面玻璃所受的各种荷载直接传递到建筑主体结构上。因此,它是主要受力构件,一般是根据承受的荷载大小和建筑造型来选择结构形式和材料,如玻璃肋、不锈钢立柱、铝型材柱或加上适当的防腐、防火表面处理的钢析架、钢立柱及不锈钢拉杆(索)等。(2)金属连接件。1)金属连接件包括固定件(俗称爪座和爪子)和扣件。固定件通常用不锈钢或普通钢铸造而成,而扣件则是不锈钢机加工件。考虑到金属相容性,爪座必须采用与支承体系相同的材质,或使用机械固定;2)金属连接件是建筑点式技术的精华所在。它把面玻璃固定在支承结构上不仅产生玻璃孔边缘附加应力,而且能够允许少量的位移来调节由于建筑安装带来的施工误差,同时还有减震措施以提高抗震能力,因此设计时考虑的因素是多方面的;3)金属连接件还产生显著的装饰效果,因此它除满足功能上的要求之外,还要有优美的造型设计和精细的加工制造,起“画龙点睛”的作用。(3)密封材料。玻璃与玻璃之间采用耐候硅酮胶密封,玻璃与金属结构之间采用结构硅酮胶粘结。建筑点式玻璃技术中密封胶只起密封作用,不必进行强度计算。在使用前必须进行胶与接触材料的相容性试验,性能检测合格,并且在有效期内使用,严格遵守操作规程,以确保施工质量。

三、节能型玻璃幕墙的设计原则

节能型玻璃幕墙是指其性能指标,主要是保温隔热性能和气密性两项物理性能,达到或高于现行的建筑节能设计标准要求的建筑幕墙。由于我国幅员广阔,南北方、东西部地理气候环境差异很大,不同的环境条件下对建筑玻璃幕墙的节能要求也不尽相同。北方地区的节能幕墙对于南方地区来讲并不一定能达到节能的基本要求。因此,节能型建筑幕墙的含义中除了性能指标外还有其对应的环境指标。建筑玻璃幕墙的节能是在对建筑周边的自然环境,如光线、温度、风压、气候状况等充分分析和了解的基础上,针对建筑本身的朝向、高度、室内功能等特点,通过有效地系统技术和产品对室内环境起到适应和调整的过程。这个过程需要综合多种因素考虑,需要处理多种关系,如隔热和得热、采光和遮阳、通风和热交换的关系,气密性、水密性和传热、隔声的关系等等。这个过程不应仅仅依据于单一的状态指标,如传统的传热系数K值就能够说明和解决的。因此,节能玻璃幕墙的设计应遵循如下原则:(l)科学性:需综合、全面权衡各因素,充分考虑其功能、性能等诸多方面,合理选型(幕墙的型式和窗墙面积比)、选材和构造。幕墙的传热系数由建筑物的外形和所处地区的气候条件、型材的传热系数和玻璃的传热系数等综合确定。(2)适用性:结合环境因素与项目的具体情况,参照标准规定与地方要求,认真落实国家有关节能政策,同时要处理好建筑低能耗与高舒适度的关系。(3)经济性:建筑玻璃幕墙只是建筑围护结构的一部分,只是建筑节能的一个方面,节能的考虑需全盘考虑,只有达到节能与经济的统一才能体现节能的作用与价值。(4)进行幕墙热工设计时,必须对其复杂的传热过程和传热方式进行分析和研究。

川幕墙的传热过程大致有3种途径:(1)幕墙外表面与周围空气和外界环境间的换热:外表面与周围空气间的对流换热,外表面与外界环境间的辐射换热,外表面与空间的各种长波(如电磁波、红外线等产生的长波)辐射换热。(2)幕墙内表面与室内空气和室内环境间的换热:内表面与室内空气间的对流换热,内表面与室内环境间的辐射换热。(3)幕墙和金属框格的传热:通过单层玻璃的热流传热,通过金属框格传热。原则上讲,建筑幕墙节能设计需要建筑师与幕墙设计师(护)、暖通工程师(空调采暖)、室内设计师(采光)等充分协商,尽量达到各方面的统一。

浅谈玻璃幕墙的设计:玻璃幕墙与系统门窗结构可靠度设计问题探讨

摘要:本文概述了玻璃幕墙与门窗可靠度设计的必要性，然后探讨了幕墙与门窗所受的荷载与作用，最后对幕墙与门窗的结构特点与可靠度分析要点进行了分析。

关键词:玻璃幕墙；系统门窗；可靠度设计

一、前言

玻璃幕墙与门窗产业的不断壮大，其发展过程依然存在一些问题和不足需要改进，在科技不断进步的新时期，加强对玻璃幕墙与系统门窗结构可靠度设计问题探讨，对确保人们生活的有序进行有着重要意义。

二、玻璃幕墙与门窗可靠度设计的必要性

玻璃幕墙有着许多其他装饰方法无法取代的优点，在建筑领域中有着十分重要的地位。鉴于这一点，在实际的建筑设计施工中应该适宜地采用玻璃幕墙结构，同时要不断地改善其缺点，完善其中的不足之处，使其能够更好地为建筑行业的发展推波助澜。由于许多玻璃幕墙结构都是应用在高层建筑中，而高层建筑又受自然环境的影响比较大，所以要保证玻璃幕墙与门窗设计施工的可靠性。提高玻璃幕墙与门窗设计的可靠度，完善设计理念，对于建筑物的风格表现有十分重要的促进作用，能够凸显出玻璃幕墙结构在我国建筑行业发展中的重要地位，具有十分显著的时代特征，对于美化城市环境，改善人们的生活环境都具有十分重要的作用。

三、幕墙与门窗所受的荷载与作用

1、直接作用(施加在结构上的一组集中力或分布力)

（1）自重荷载：由地球引力产生的组成幕墙与门窗结构的构件材料重力，其标准值按设计尺寸与材料重力密度标准值计算。它是一种在设计基准期内量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可忽略不计的永久作用。工程设计时是将自重转化为按面积分布的平均面积恒载(N/m2)标准值。

（2）风荷载：是垂直作用于建筑幕墙、门窗表面的水平方向风的速度压力，在设计基准期内量值随时间变化，或其变化与平均值相比不可忽略不计的可变作用。幕墙与门窗的风荷载代表值有二种：1)标准值按《建筑荷载规范》(GB50009)计算的围护结构风荷载标准值，它是幕墙、门窗在其设计使用期间内可能出现的最大风荷载，其按设计基准期50a一遇出现的概率为2％，即风荷载不超过该最大值的概率(保证率)为98％。2)频遇值Wd：是幕墙、门窗在其设计使用期间内时而出现的较大风荷载值Wd=0．4Wk，风荷载超越频遇值的总持续时间T1与设计基准期的比值为T1/T≤O．1，即概率为10％，相当于10a一遇。

2、间接作用(引起结构外加变形或约束变形的原因)

（1）地震作用：是由地震动引起的结构动态作用，根据《建筑抗震设计规范》(GB5001卜2001)规定，非结构构件的地震作用只考虑由其自身重力产生的水平方向地震作用和支座间相对位移产生的附加作用(a)常遇地震：属于可变作用，其地震烈度50a内超越概率约为63％，重现期为50a。(b)设防烈度地震：其地震烈度50a内超越概率约为10％，重现期为475a。(c)罕遇地震：属于偶然作用，其地震烈度50a内超越概率2~3％，重现期约2000a。

（2）温度作用：环境温度的变化使构件产生热胀冷缩的长度变化，当这种变化受到约束时会产生应力。对这种可变作用，工程中根据经验采用构造方法处理时应按其最大值考虑。《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99―98)对幕墙构件的温度作用按其最大作用计入，即组合值系数和分项系数均取1．0，温度作用效应的标准值按当地一年内的最大温差计算。

图1为单面幕墙建筑窗墙比对人体热舒适温度影响曲线，该图反映了北京、上海、广州3个地区Re=0．30，0．50，0．65，0．854种情况。图1表明，在相同条件下，随着窗墙比的增大，满足人体舒适的温度下降约1-3℃。

图1窗墙比对tt的影响

四、幕墙与门窗的结构特点与可靠度分析要点

1、幕墙与门窗的结构特点

幕墙与门窗分别是悬挂和镶嵌在建筑主体结构框架上的连续性的墙体结

构和局部性的启闭部件，都是由脆性的玻璃面板和延性的金属构件组成的完整的非承重结构体系。幕墙与门窗传递自重及外部荷载作用的路径基本是一样的：玻璃面板――横框架――竖框架――主体结构。所不同的是幕墙的荷载作用最终是由竖框架的锚固点以点传递方式传至主体结构，而门窗的荷载作用最终是由四周边框锚固点近似以线传递方式传至洞口结构。

2、幕墙与门窗结构可靠度分析要点

（1）考虑幕墙与门窗结构整体体系的可靠度、构件的可靠度二个层次，

宜按结构体系进行可靠度设计，根据结构破坏特点选定主要破坏模式，控制和调整关键构件的失效概率，提高整个结构可靠度设计的合理性。

（2）脆性构件(玻璃面板)的可靠度应高于延性构件(金属框架)的可靠度。

（3）构件的抗力或承载力由低到高的顺序应是：玻璃：玻璃与框架的连

接；框架；框架构件连接(门窗框与扇的配件连接)；框架与主体结构的锚固连接；支承幕墙的结构构件和门窗洞口结构构件。

（4）非结构构件的设计使用年限、安全等级、重要性及可靠度不应高于结构构件。

五、玻璃幕墙和门窗的结构设计要点

1、幕墙和门窗设计的一般要求

目前建筑幕墙类型繁多，构造形式多变，无法对其连接构造做出十分具体的规定，因此在设计原则上要求建筑幕墙与门窗应有足够的承载力、刚度、稳定性和相对于主体结构的位移能力。其中，相对于主体结构的位移能力通过胶缝、构件间的缝隙、可微动连接(如长圆孔螺栓等)、可动连接(如铰支座、滑动连接、摇臂机构、弹簧机构等)来实现，不一定要求处处连接均为螺栓连接。因此，规定所有连接均采用螺栓是不尽合理的。只要满足幕墙与主体结构间有一定位移能力的要求，部分节点采用焊接是可以的。主要原因是玻璃受力不均匀，例如两个吊夹松紧不一致，拉力不一致；两个吊夹不在一个平面上，玻璃受平面外剪力和弯曲；玻璃下端支承橡胶垫块厚薄高低不同等。要防止玻璃开裂，就要加强施工中的管理，消除上列各种因素。

2、防止玻璃肋失稳的措施。玻璃肋厚度小板面宽，形成的薄腹梁在风吸力作用下，自由边缘受压，易丧失稳定。当肋高超过12m时，宜采取防止失稳的措施，例如设置固定于自由边缘的水平不锈钢拉杆、设置水平玻璃肋等。在风荷载标准值作用下，玻璃肋的挠度不宜大于跨度的1/200。

3、点支承玻璃

（1）面板。在支承点附近，玻璃面板会产生很大的应力，面板应采用钢化玻璃、钢化夹层玻璃或钢化中空玻璃。采用有限元方法精确分析点支承玻璃的应力在理论上是可行的，但在工程中应用有一定的难度：在孔洞或夹片支承处边界条件难以准确给出，若约束条件稍有差异，其应力计算结果因相差很大难以应用，因此在工程设计中仍多采用公式计算。采用弹性小挠度计算公式时，应考虑折减系数。点支承面板的挠度值由风荷载标准值或重力荷载标准值计算得出，其限值取支承点问沿长边距离的1/60。

（2）支承装置。采用带球铰支承头的钢爪支承装置是目前应用最多、最

为成熟的支承方式。由于支承头穿过玻璃，必须注意密封防渗；中空玻璃还要采用多道密封措施防止漏气。采用夹片式支承装置，玻璃可以不用开孔，不存在漏气问题，在广州会展中心、天津泰丰植物园中应用效果很好。夹片中应设置水平托板和柔性垫片支承玻璃自重。背栓式支承在国内已有应用，背部开锥孔，用锥形锚栓固定的方式可以避免出现冷桥，板面美观。背栓式连接对设备、支承装置和施工工艺有较高的技术要求，要总结经验，推广应用。

六、建议与展望

1、建议我国的各种建筑幕墙与门窗技术规范，明确规定各类幕墙与门窗的设计使用年限、设计基准期和结构重要性系数、正常使用极限状态和承载能力(抗力)极限状态的标志和设计限值、各种极限状态设计所对应的荷载和作用效应组合，合理规定各类幕墙与门窗的正常使用极限状态和承载能力(抗力)极限状态的物理性能及力学性能验证检测具体要求。

2、作为一种新型的建筑装饰手段，玻璃幕墙的使用给我国建筑行业的发展注入了新的血液，赋予了新的活力，极大地推动了我国建筑行业的发展，在建筑发展的历史进程中具有划时代的意义。通过对玻璃幕墙与门窗结构可靠度设计过程中所应注意的问题进行探讨和分析，并采取相应的措施进行纠正，可以有效地完善设计工作，减少失误的出现，实现玻璃幕墙与门窗结构设计的合理化，提高其可靠性和建筑的安全系数，提升建筑的艺术价值，为人们的生活提供更为舒适的外界环境，同时对我国社会主义现代化建设事业的发展也具有一定的推动作用。

结束语

随着玻璃幕墙与系统门窗的不断完善，可靠度设计将会得到更多设计者的重视，在建筑业不断发展的时期下，玻璃幕墙与系统门窗结构可靠度将会发挥着越来越重要的作用。