玻璃幕墙的主要支承方式与设计原则

顾洪潮 曹勇鹏 赵芝君

摘要:玻璃幕墙是现代建筑较多采用的外围护结构之一,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

中图分类号:TU311文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)10-0062-02

一、玻璃幕墙的涵义

玻璃幕墙是现代建筑较多采用的外围护结构之一,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外围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(外围护)、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。

参考文献

[1]陈海辉.一种新型幕墙的节能原理及设计经验[J].重庆建筑大学学报,2005,(1).

[2]龙文志.真空玻璃幕墙[J].中国建筑装饰,2005,(8).