玻璃幕墙设计中应注意的几个问题

2010-12-31刘万闻

中国新技术新产品 2010年8期

刘万闻

（洛阳有色金属加工设计研究院，河南洛阳 471039）

1 前言

玻璃幕墙是近代科学技术发展的产物，是现代主义高层建筑时代(1950-1980)的显著特征。最早具有代表性的采用玻璃幕墙的建筑是20 世纪50年代初建成的纽约利华大厦和联合国大厦；在此后的几十年问，玻璃、铝合金和钢材，被认为是现代高技术发展在建筑上的标记。60～70年代，国外高层建筑采用玻璃幕墙迅速增多。

2 玻璃幕墙的特点

玻璃幕墙是由金属构件与玻璃板材组成的或由金属构件、玻璃板材及其它板材组成的建筑物外侧的围护结构，这种围护结构之所以能在很短的时间内在建筑领域内得到广泛的应用和推广，是因为它有其它材料无法比拟的下列独特作用和特点：

①能产生艺术效果。

②体轻 (0.35～0.50kN/m2)，是砖墙(5.24 kN/m2)的 1/10～l/12，是大理石墙面(6～8kN/m2)的l/l5。

③选材简单，构件制作工厂化；安装方便，工期短

④更换性强，施工维护容易。

⑤可改造性强，由于材料单一，质轻，因而旧建筑物改换新立面非常方便，而且既快又易。

⑥运输、仓库保管简单，费用少。

⑦价格便宜等。

但是玻璃幕墙作为一种新型的建筑材料，在应用中出现了不少问题。笔者结合幕墙设计中遇到的一些具体问题，谈-谈玻璃幕墙的设计问题

3 玻璃幕墙建筑设计

3.1 玻璃幕墙的选型

根据建筑物的艺术要求(建筑物的造型)、建筑物的功能、当地的地形和气候条件以及经济技术条件选用明框、半隐框、隐框或全玻璃幕墙类型。

3.2 玻璃幕墙的分格

玻璃幕墙的分格应根据以下几个方面来考虑。

①玻璃幕墙的性能(幕墙的风压变形、空气渗透、雨水渗透、保温性能等)。

②玻璃的尺寸大小。目前国内生产的浮法玻璃最大尺寸一般为:

2400 x3300 mm。玻璃的利用率以在80%以上为最佳。

③结构的合理性，幕墙玻璃分格尺寸与所需的玻璃厚度、金属骨架材料截面大小等关系很大，过太的尺寸将导致不经济。

④施工难易程度。目前玻璃的安装方法-般是几个人在吊篮上手工操作的，如果玻璃尺寸较大，玻璃就比较厚，自重也就较大，就要求采取其它方法，如采用玻璃安装吸盘机等。

⑤室内空间要求。幕墙分格的水平缝要和楼层平齐，竖直缝要和主体结构的柱、墙对齐。这主要是要求满足一块玻璃不应跨越两个防火分区。从室内看幕墙骨架应尽量少，美观性较好。

⑥美观的要求。玻璃高和宽之比要适中，既不能过小，也不能过大，一般为 1.1～1.2。

3.3 提出幕墙性能等级要求

玻璃幕墙的性能，主要有风压变形、空气渗透.雨水渗漏和保温隔声等。设计时应根据建筑物所在的地理位置，气候条件，建筑物的高度，体型和环境，建筑物的功能和重要性等，对玻璃幕墙的各项性能提出等级要求。

3.4 提供的图纸

提供图纸的内容包括：

①各层玻璃幕墙的平面位置图—表示玻璃幕墙划分、开启部位。

②玻璃幕墙的立面图—表示玻璃幕墙分格尺寸、标高。活动窗扇、门的位置等。

③各楼层玻璃幕墙予埋件平面位置图—表示予埋件类型，位置、标高。

④玻璃幕墙安装详图。

4 幕墙的构造设计要求

幕墙的构造设计，直接关系到幕墙的使用功能，设计时应对以下问题予以注意：

4.1 幕墙构件的面板与边框所形成的空腔应采用等压设计，使空腔内气压与室外气压相同，防止室外空气压力将雨水压人腔内，以提高幕墙抗雨水渗透的功能。

4.2 应在可能产生渗水的部位或可能产渗水的部位可能产生结露的部位预留泄水孔道，集水后由管道排出。

4.3 板材与边框连结处必须用硅酮密封胶进行处理，密封材料应能在长期压力下保持良好的弹性。

4.4 伸缩缝、温度缝、沉降缝处必须进行较好的处理，使其既能保持立面美观，又能满足缝两侧结构变形的要求。目前有两种设计方法：一是采用活动盖板，避免连接部位损坏；二是允许缝上的玻璃板局部损坏，只要及时修补既可。后者表面不露痕迹，较为美观。

4.5 隐框玻璃幕墙构件之间的拼缝宽度不宜过大，过大影响美观；也不宜过小，过小则容易因温度变化而挤压玻璃。一般为l5～20mm，设有擦窗机轨道时则不宜小于40mm。明框幕墙构件中。玻璃与铝边框之间的空隙要满足温度变形的要求，通常不小于8～l0mm。

4.6 由于幕墙位移和温度变化，幕墙各部位会因磨擦产生噪音，影响建筑物的使用质量，所以应在磨擦部位设置垫片以减少磨擦噪音。

4.7 各种五金件、连接件设计要防止不同金属相接触产生电化学腐蚀。

4.8 建筑设计时必须考虑擦窗机的轨道布置、连接件和相应的荷载值，并及时向结构专业提出。

4.9 幕墙墙面活动部分面积不宜大于墙面面积15%，宜采用上悬窗，开启角度不宜大于，开启后的宽度不宜大于300mm。

5 幕墙的结构设计原则

玻璃幕墙是建筑物的外围护构件，主要承受自重、直接作用于其上的风荷载、地震作用以及温度作用，其支承条件须有一定的变形能力，以适应主体结构的位移。当主体结构在外力作用下产生位移时，不应使幕墙产生过大的内力。对于竖直的玻璃幕墙，风荷载是主要的作用，其数值可达2.0～3.0KN/m2。玻璃产生很大的弯曲应力。因此对幕墙构件本身而言，抗风是主要的考虑因素。但是，地震力的作用对连接节点会产生较大的影响，使连接节点发生震害，进而使建筑物幕墙脱落、倒坍，所以在抗震构造上还必须予以注意。结构设计的一般原则如下：

5.1 幕墙的主要构件应悬挂或支承在主体结构上，幕墙应按围护结构设计.不承受主体结构的荷载和地震作用。

5.2 幕墙及其连接件应有足够的承载力，刚度和相对于主体结构的位移能力，避免在荷载、地震和温度的作用下产生过大的变形及破坏。

5.3 非抗震设计的幕墙，在风力作用下，其玻璃不应破碎且连件应有足够的位移能力使幕墙不破损，不脱落。

5.4 抗震设计的幕墙，在常遇地震作用下玻璃不应破损，在设防烈度地震作用下经修理后幕墙仍可使用，在罕遇地震作用下幕墙骨架不应脱落。

5.5 幕墙构件设计时，应考虑在重力荷载、风荷载、地震作用、温度作用和主体结构位移影响下的安全性。