点支式玻璃幕墙技术及其构造

杨 扬，李 根

（1.延安大学西安创新学院，西安 710100；2.陕西理工学院土木工程与建筑学院，陕西汉中 723001）

点支式玻璃幕墙技术及其构造

杨 扬1，李 根2

（1.延安大学西安创新学院，西安 710100；2.陕西理工学院土木工程与建筑学院，陕西汉中 723001）

玻璃幕墙以其通透性和结构美展现了建筑空间形态的艺术魅力，点支式玻璃幕墙的关键节点是玻璃接头和支撑结构.其整体由玻璃面板、支承结构、支承装置组成.构造设计应综合考虑建筑物的使用功能、立面造型设计、节能要求等技术经济条件.同时，玻璃幕墙应与建筑物的整体结构和周围环境相互协调与衬托，形成更加综合的室内外视觉效果.另外，为了提高遮阳系数或遮阳效率，在透明玻璃幕墙的基础上添加遮阳系统，使其根据需要收起或放下遮阳装置.

点支式玻璃幕墙；幕墙技术；构造

0 引言

玻璃作为一种古老的建筑材料，从诞生那天起就成为建筑领域重要的构成元素之一.在古代人们只是把玻璃作为采光窗，到了中世纪工匠把彩色玻璃作为采光窗，进行建筑空间的塑造.20世纪现代建筑大师们重新定义了玻璃在建筑中的地位和作用［1］，使玻璃幕墙建筑一度成为现代建筑的代名词.

公共建筑发展的重要趋势是开放与交流、内外环境的交融，点支式玻璃幕墙因为适应了这种趋势而被应用到建筑上.点支式玻璃幕墙利用玻璃通透性与轻盈性的特点，结合现代高新技术与审美艺术，通过强有力的玻璃幕墙外形设计，实现建筑物内外空间环境的相互映衬，使人们透过支承玻璃就可以清晰地看到整个建筑钢结构系统，从而把幕墙骨架体系的支承作用和结构美学的双重属性充分地展现出来（见图1）.因此，玻璃幕墙以其通透性和结构美学魅力，可以展现不同建筑空间形态的独特结构支撑体系，表达了不同的建筑语言.

1 点支玻璃幕墙技术的发展

由于玻璃材料本身的限制，以前建筑也大都采用单元式玻璃幕墙，又称框式玻璃幕墙，就是把玻璃面板通过铝合金框架固定在建筑外墙上.框接也在不断发展，由传统的明框或隐框固定方式转变为金属栓驳接方式，而使玻璃幕墙成为可能.一般根据金属栓的受力能力，将4个点固定在每块玻璃上.对于单层或中空的钢化玻璃必须先钻孔再钢化，然后用不锈钢金属栓固定.其固定方式多种多样，如球状铰接螺栓驳接可使其在±10°范围内转动.玻璃承受风载产生挠度时会降低球铰对玻璃的约束力，以减少连接处的附加弯矩.根据气候变化还可以做成“热断桥”节点，其金属支撑结构体系可根据不同的高度和跨度，建成桁架式或拉索式支撑结构体系.

玻璃、框接金属栓的加工、安装及其组合方式的变换，使其现代工业技术表现力增强，再通过机械加工及其工艺设计和改变可以大大提高建筑工程的精度水平.点支式玻璃幕墙技术在国外已经有比较成熟的材料加工技术和玻璃加工技术基础，国内的应用虽晚，但发展迅速，技术水平也在不断提高.但是，该技术的关键难题应该是设计技术，因为每件产品都需要不同的支撑体系，因而需要对每件产品进行“量体裁衣”式的结构设计，进而达到材料、玻璃及其加工技术的完美结合，并展现出不同的结构美感.

2 点支式玻璃幕墙结构及其构造技术

点支式玻璃幕墙与普通玻璃幕墙的支撑方式区别在于，前者通过玻璃上预留的孔洞，用四点或六点作支撑；后者则通过玻璃板块的四边固定作为支撑.

点支式玻璃幕墙的关键节点是玻璃接头和支撑结构体系设计，因为这是其安全性、可靠性的保障，更是其钢结构骨架整体美观和艺术表现力的展现.以上海大剧院的幕墙为例，点支式玻璃幕墙高15 m，由500块3 000 mm×1 825 mm×15 mm的透明白色钢化玻璃组成，每块玻璃的四角都有不锈钢支承爪件固定，支承爪件背后又通过11 mm直径的钢索（索杆）纵横绷紧固定，这就使其比普通金属骨架体系或全玻式玻璃幕墙更加纤巧、通透（见图2）.

2.1 结构形式

点支式玻璃幕墙一般是由玻璃面板、支承结构与支承装置（玻璃面板与支承结构之间的连接系统）三部分组成的.按照不同的分类标准，支承结构有两种分类方式：一是从支承结构内容上看，可以分为杆件体系和素杆体系两种方式，前者采用的是钢性构件结构，后者则是通过拉索、拉杆和刚性构件组成的预应力结构；二是从受力方式上看，可以分为单向受力体系和双向受力体系两种方式，前者由单一方向拉索杆结构和重力与稳定杆件组成，后者由相互交叉的张拉索杆结构和重力与稳定杆件组成.点支式玻璃幕墙的支承结构，除承受幕墙系统的使用荷载（风力、自重、地震荷载、温度应力等）外，还要承受拉杆结构和索桁架的拉力.如果在构筑建筑物主体结构时，对支承拉杆或索桁架的支承结构没有考虑桁架的拉应力产生的效应，则张拉结构的幕墙就无法安装使用.

图2 点支式玻璃幕墙支承爪件结构

2.2 爪件构造

按照固定点数和外形可以把点式玻璃幕墙的支承爪件分为五类［2］（见图3）：

（1）四点爪——X型和H型；

（2）三点爪——Y型；

（3）二点爪——U型、V型和K型；

（4）单点爪——I／2型、V／2型；

（5）多点爪.

支承爪件大多采用不锈钢或碳素钢材质，并通过外观设计与表面精细加工增强其美感.支承爪件有可转动和不可转动两种类型，为便于安装施工，爪件应有调节能力（见图4）.

图3 爪件构造

2.3 建筑构造设计要求

点支式玻璃幕墙支承结构的形式灵活多样，幕墙构造类别和结构形式的选择应综合考虑建筑物的使用功能、立面造型设计、节能要求、工程投资等技术经济条件.同时，玻璃幕墙应与建筑物的整体结构和周围环境相互协调与衬托，形成更加综合的室内外视觉效果，如立面与分格设计也应与室内空间布局、楼地面标高位置等相适应.

根据建筑物的使用功能可以采用不同的幕墙玻璃，如单层钢化玻璃、钢化夹层玻璃或钢化中空玻璃等.对于钢化钻孔玻璃，玻璃面板的最大应力往往在支撑点的钻孔处，气孔边产生的引力最危险的部位.因此，根据《点支式玻璃幕墙工程技术规程（CECS 127：2001）》，点支式幕墙玻璃钻孔的孔径、孔维和孔距要求：“孔径不小于5 mm，且不小于玻璃厚度t；孔径不大于玻璃面板短边长度的1／3；孔边缘至玻璃面板边缘的距离不小于2 t，且不小于孔径；位于玻璃面板角部的钻孔，孔边缘至玻璃面板角部顶点的距离不小于4 t；玻璃面板短边长度不小于8 t.［3］”

点支式玻璃幕墙面板间的接缝宽度与玻璃的厚度，应根据结构计算来确定，以确保在发生最大控制位移时面板与面板之间不出现挤压或碰撞，玻璃面板之间的接缝一般应用耐候硅酮密封胶填嵌密实，以防雨水渗漏［4］.另外，支承连接玻璃的不锈钢爪件与玻璃上空置的接口也应密封防水.为了防火安全，在玻璃幕墙与楼板、隔墙等处的缝隙上应使用不燃材料填充，并用防火板托住.在防火板与玻璃之间灌注防火密封胶，并要进行相应的技术处理，还可以用防火玻璃作层间隔断（见图5）.

图4 支承爪件连接件的形式

图5 点支式玻璃幕墙施工工艺

3 点支式玻璃幕墙的热工性能及防护措施

点支式玻璃幕墙体系一般采用的是透明玻璃，而透明玻璃的光线穿透率最大，很容易吸收室外热量，这就需要有相应的热工性能防护措施.玻璃幕墙的保温热工性能有很多影响因素，其中的最大影响因素是传热系数和遮阳系数.传热系数能够通过结构构造和材料厚度得到有效控制；而遮阳系数则主要受玻璃特性控制，如丝网印刷图案玻璃、着色玻璃、镀膜玻璃、固定遮阳构件、百叶、室内窗帘、室外遮阳等都会对其热工性能产生影响或改变.但是，印刷图案、着色玻璃、镀膜玻璃等遮阳方法，在遮挡太阳辐射和室外光线的同时，也会不分春夏秋冬地把室外的一切能量拒之窗外.这就使人们在冬季、早晚和阴天得不到足够的阳光热量，因此，人们就在研究一种既能透过自然光又能避免热损失的理想玻璃材料.

解决日光能源利用效率的有效途径就是在透明玻璃幕墙的基础上添加遮阳系统，使其根据需要收起或放下遮阳装置，以提高遮阳系数或遮阳效率（见图6）.法国Electric de France的研究表明：一座有32%直接受光面的建筑物，所获得的太阳热量占其吸收的所有热量总和的28%左右.遮阳装置对于缓解太阳热量负荷十分有效，内遮阳系统可减少太阳热负荷的50%左右，外遮阳系统可减少太阳热负荷的75%左右［5］，这是因为外遮阳装置减少了太阳热量在室内的积聚.因此，人们通过设计独立的外遮阳系统而形成玻璃幕墙的双层立面形式：建筑物体本身的立面和动态遮阳装置立面，这是现代建筑技术对建筑物的时尚要求、节能环保和享受自然需求的有机整合，体现了现代建筑业发展的新态势.

点支式玻璃幕墙作为一种新的建筑技术使我们在欣赏建筑通透与轻盈的同时，又向我们展现了结构之美和精细的施工、构件工艺之美.但也提出了新的问题，就是在利用新的建筑材料来创造新建筑形式的同时我们也需要利用一定的构造技术来达到建筑节能和舒适.这两方面相辅相成，在生态建筑大方向下，作为建筑师只有把二者很好地结合起来才能更好地推动建筑的发展.

图6 玻璃幕墙遮阳装置

［1］王元清，石永久，李少甫，等.点支式玻璃建筑结构体系及其应用技术研究［J］.土木工程学报，2001，（4）：1-9.

［2］同济大学，汕头经济特区金刚玻璃幕墙有限公司.CECS 127：2001，点支式玻璃幕墙工程技术规程［S］.2001.

［3］中华人民共和国建设部.JGJ 102-2003，玻璃幕墙工程技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2003.

［4］殷永炜，张其林，黄庆文.点支式中空和夹层玻璃承载性能的试验研究［J］.建筑结构学报，2004，（1）：93-98.

［5］［美］S.铁摩辛柯，S.沃若斯基.板壳理论［M］.《板壳理论》翻译组，译.北京：科学出版社，1977.

【责任编辑 牛怀岗】

Point Supported Glass Curtain Wall and Its Construction Technology Research

YANG Yang1，LI Gen2
（1.Xi’an Innovation College，Yan’an University，Xi’an 710100，China；2.School of Civil Engineering and Architecture，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723001，China）

The paper introduces the development process，artistic expression，current situation and characteristics of point supported glass，and it further details the requirements of the structure form，the building form and the structure design of the point supported glass.At the same time，based on the construction of comfort and energy saving technology，it illustrates the point supported glass curtain wall which is adopted in the aspects of techniques and structure measures.Thus it is the conclusion that any new building materials and technology has its advantage，but there is also the existence of collective demand structure and the insufficiency.In the actual architectural design，the better development of construction is only the combination of art and technology.

point supported glass curtain wall；curtain wall technology；structural studies

TU227

A

1009-5128（2014）19-0022-04

2014-07-15

杨扬（1991—），男，陕西汉中人，延安大学硕士研究生；李根（1980—），男，河南偃师人，陕西理工学院土木工程与建筑学院讲师，硕士，主要从事景观设计研究.