点式玻璃幕墙支承体系及其应用

摘要：点式玻璃幕墙以其外观整洁、明丽、具有现代感而得到了广泛的应用，支承体系为点式玻璃幕墙的重要组成部分。文章对点式玻璃幕墙支承体系及其应用进行了探讨。

关键词：点式玻璃幕墙；支承体系；桁架；索桁架；预应力

中图分类号：TU311文献标识码：A文章编号：1009-2374（2009）02-0047-02

一、前言

玻璃幕墙通过金属构件和玻璃板组成建筑物外维护结构，使建筑物外观整洁、明丽、具有现代感，早在100多年前已经开始在建筑中得到应用。但受限于幕墙材料和加工工艺的束缚，在本世纪中期以前，玻璃幕墙的发展十分缓慢。随着一些新材料、新技术和新工艺的出现，自20世纪30年代以来，玻璃幕墙得以迅速发展，在建筑中得到了广泛的应用，我国从20世纪80年代开始在一些大中城市的建筑中采用玻璃幕墙。

点式玻璃幕墙采用金属连接件和紧固件将建筑玻璃与金属（或玻璃等）支承结构连接成整体的新型组合式建筑结构形式，由于点式玻璃的高透明性，使玻璃幕墙如同一道无形的帷幕，分割开室内和室外，又将室外的景色引进室内，让室内外融为一体。同时由于点式玻璃技术的精细性和设计的灵活性，大大丰富了建筑立面和造型。

二、点式玻璃幕墙体系组成部分

（一）玻璃

点式玻璃体系中，每块玻璃与点式构件有4点、6点或8点等连接方式。点式玻璃通过孔洞与连接件连接，由于钻孔而导致孔边应力集中使玻璃承载力降低，故点式玻璃建筑必须采用强度较高且使用安全的钢化玻璃。气候寒冷地区的建筑物宜采用钢化中空玻璃，它是在两片钢化玻璃之间夹有干燥的空气层或惰性气体层。在人流比较大或采光顶等对安全性能要求较高的玻璃建筑，往往选用钢化夹胶玻璃，即在两层玻璃之间夹入PVC胶片。玻璃破碎时碎片仍会与PVC胶片粘在一起，避免玻璃掉落造成伤人或财产损失。另外，PVC胶片具有对声波的阻尼功能，具有良好的隔音效果。由于钢化夹胶玻璃能有效减弱阳光的投射，防止眩光，不致造成色彩失真。同时，它对紫外线有阻挡作用，保护陈列品和商品免受紫外线光辐射而褪变颜色，但对植物花卉的生长不利，因此在暖房和温室就不宜选用。玻璃的基本物理特性主要表征为：抗压强度大，抗拉性较差，易脆易断裂。所以在设计中要扬长避短，尽量避免将玻璃作为纯粹的抗拉构件使用。

（二）金属连接件

金属连接件是点式玻璃技术的关键，通常由钢或铝合金构件组成。它包括支承件和紧固件，又称爪件和扣件。紧固件与玻璃相连，或沉入玻璃表面之内，或突出在玻璃之上。支承件与紧固件连接，像爪子一样将玻璃紧紧抓住，将紧固件和支承玻璃的结构体系紧密相连，将荷载传递给结构。它的形式有I型爪件、H型爪件、X型爪件和圆盘滑动固定件等。

（三）支承体系

支承体系是将玻璃所承受的各种荷载直接传递到建筑物主体结构上，一般可以根据建筑的造型和荷载的大小来选择合适的结构形式。应用于点式玻璃的支承体系主要有全玻璃支承结构、柱支承结构、桁架支承结构、索桁架支承结构和索网支承体系等。每种结构形式都有各自不同的变化形式，以适应不同情况下幕墙、屋顶和其他不同类型的建筑及其局部设计的要求。

（四）密封材料

点式玻璃技术中玻璃与玻璃之间采用耐候硅酮密封胶，而玻璃与金属则采用硅酮结构胶粘结。胶主要起密封作用，因此不必进行强度验算。但在使用之前必须对胶与接触材料进行相容性试验，性能检测必须合格，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、点式玻璃幕墙支承体系

点式玻璃幕墙按照支承结构的不同将其分成5种主要体系，它们是：全玻璃结构点式玻璃幕墙、柱支承体系、桁架支承体系、索桁架支承体系及索网支承体系。

（一）全玻璃结构点式玻璃幕墙

全玻璃结构点式玻璃幕墙亦称为玻璃肋式幕墙，该体系由幕墙面玻璃和玻璃肋组成。其中，抵抗横向荷载，尤其是风荷载的结构主要由平面玻璃肋承担。全玻璃结构点式玻璃幕墙光学效果与美学效果都非常突出。玻璃作为主承重件，金属结构件少，透明度高，日景与夜景中均能营造出通明剔透的晶莹光感，这一特性在同类结构中是出类拔粹的。全玻璃结构点式玻璃幕墙最大的限制在于空间的高度。由于受玻璃本身的结构性能的限制，面玻璃有它的最大尺寸（目前最长为6m）。单体玻璃肋因此也有一定的空间高度限制，无法超越6m空间高度。幕墙高度较大时，设计时应选择适当幕墙玻璃尺寸大小以及增加每块幕墙玻璃的点支承数目。由于全玻璃结构是玻璃主承重结构，在玻璃幕墙尺寸较大，高度较高时，影响立面玻璃划分的不仅有玻璃的特性、构件尺寸和生产工艺，还要考虑风荷载和其他横向荷载的影响。

（二）柱支承体系

柱支承点式玻璃幕墙以钢柱为支承结构，点式构件由柱子上伸出，从而支承幕墙玻璃。该体系特点是承载力较高，刚度较大，与玻璃的连接处细部构造较为简洁，能悬挂较大面积或较厚的单面玻璃。因此，这种结构形式较适用于大跨度柱距和应用特种玻璃的建筑。这一玻璃幕墙体系由于钢柱不但能承担房屋主体的荷载，也可以承担玻璃幕墙的荷载，因此结构传力路线清晰合理，构造简单，造价较低，施工方便，在国内外应用较多。但是造型也因此相对单一。同时，这种体系由于柱子承担所有的横向和竖向的荷载，截面相对较大，在一定程度上降低了玻璃幕墙的通透性和精细性。另外一方面，柱支承点式玻璃结构中的造型语言也可以来自于此，钢柱的形式设计较为灵活；既可以位于建筑室内，也能在建筑室外；总之，不同形式的柱子，为满足建筑造型的不同需求带来了极大方便。

（三）桁架支承体系

这种支承体系玻璃幕墙使用各种类型的桁架结构作为受力支承体系，从桁架上伸出爪件连接玻璃闭。桁架承受横向和竖向的荷载，玻璃仅仅传递横向的风荷载，因此杆件桁架体系的玻璃幕都是次承重结构。桁架支承体系同柱支承体系有很多相似之处。如：由玻璃背后的主体围护结构来承担横向和竖向的荷载，能悬挂较大较厚的单块平面玻璃，主体围护结构形式可以随建筑设计的要求而灵活改变等。同时它有自己更为突出的优势：首先，桁架设计上多应用杆件的组合体，对视线的遮挡较少，立面显得更为通透。其次，在桁架的方向在设计上也更灵活，可以竖直立于地面也可以横向平行于地面。最后，因为桁架的设计跨度较大，建筑的跨度可以设计得更大。

（四）索桁架支承体系

索桁架支承体系实际上是桁架支承体系的一种变化形式，即用钢索作为桁架体系中的拉杆，与受压杆相结合作为玻璃的支承结构，通过施加预应力产生平面内刚度，构成预应力索杆结构体系。与以上的几种形式相比，索桁架支承体系的杆件（索）直径较细，使整个结构体系轻盈而飘逸。杆件和节点虽然多，但是不觉繁琐，却更显精细，增添与玻璃的对比，体现出结构的精巧性。同时该体系将预应力技术与空间结构技术有机地结合在一起，受力合理、技术先进、结构安全。

（五）索网支承体系

索网支承体系由交叉的水平索和垂直索组成，该体系结构形式简单明了、布置灵活，同时具有其他玻璃幕墙支承体系所难以达到的通透性，而与玻璃肋板式的玻璃幕墙相比，它又具有质感强的特点。该结构与索桁架支承结构相比，在构造上可以省去玻璃幕墙的爪件，直接由杆件上缚一玻璃扣件，玻璃与玻璃之间直接用扣件相连，扣件与杆件之间通过一定的联系件相连，免去了杆件。索网支承体系由于其自身变形大的特点，无法应用于跨度较大的结构中，这在很大程度上限制了它的工程应用。将索网结构与索桁架、鱼腹式柔性支承、钢桁架、钢柱相结合，能够发挥索网支承体系结构形式简单、通透性好的同时，亦能将其应用于跨度相对较大的结构。索网支承体系设计难度较高、安装调试较复杂和造价昂贵，这些因素成为其发展的障碍，在近年来实现的建筑还较少。但由于空间结构和点式玻璃在技术上有着良好的契合点，而且空间结构形式多样，对于建筑设计的适用性很强，因此，索网支承体系点式玻璃幕墙已受到广泛的关注和研究，相信会成为未来玻璃幕墙发展的一种重要趋势。

四、结语

玻璃幕墙以其外观整洁、明丽、具有现代感而得到了广泛的应用，作为玻璃幕墙的重要组成部分一支承体系，具有各自的特点和优势，工程师在方案设计时应了解各支承体系的特点，根据工程的实际情况采用合适的支承体系。

参考文献

[1]王海．建筑幕墙技术的最新发展[J]．建筑技术，1998，Vo1．29(7)．

[2]赵西安，韩平原．点支式玻璃幕墙设计[J]．建筑结构，1999，Vo1．29(9)．

作者简介：郑美华（1978- ），浙江东升铝幕墙装潢有限公司助理工程师，研究方向：土木工程。