高层建筑玻璃幕墙设计与施工分析

周海地

摘 要：在高层建筑中，因为玻璃幕墙本身具有通透大方、施工简便、密封性好等优点而得到广泛的应用。文章从玻璃幕墙的类别出发，对高层建筑中玻璃幕墙的结构、防火、安全可靠性等方面的设计进行阐述，并对玻璃幕墙施工技术进行总结，提高设计与施工技术的能力，进一步促进玻璃幕墙的可持续发展。

关键词：高层建筑；玻璃幕墙；设计与施工

中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）24-0156-02

1 玻璃幕墙的类别

随着建筑技术的发展，玻璃幕墙的类别很多，在高层建筑中应用最多的是框支撑玻璃幕墙，其主要包括明框玻璃幕墙和隐框玻璃幕墙。其中明框玻璃幕墙是最传统的玻璃幕墙，金属框架直接显露在外立面，玻璃是嵌固在型材的凹槽里，结构稳定可靠，工作性能良好，是高层建筑最佳的选择；隐框玻璃幕墙是金属框架设计在室内，玻璃面板安装在框架外侧，再利用硅酮密封胶把玻璃面板与框架进行有效的粘结，形成现代化的建筑外观效果。

2 玻璃幕墙的结构

一般来说，玻璃幕墙的结构主要是由结构骨架及玻璃组成的，两者有机地整体连接才能构成玻璃幕墙的方式。骨架是由不同的型材材料构成的，利用连接件来固定装饰玻璃，通过骨架把玻璃的重量和幕墙所受到的荷载全部传递给支撑体系，再由支撑体系传递给主体结构。玻璃幕墙不仅具有墙体维护的功能，还有美化建筑外立面的视觉冲击效果，也可以巧妙地配合建筑造型来表达建筑师的思维空间。由于玻璃幕墙的安全可靠性包括抗风压性、抗气密性、抗震性、防火性、抗变形性等内容，再加上其安装施工的专业性较强，对建筑物的正常使用性能影响很大，所以应根据工程需求来选择合理的结构形式，从而保证玻璃幕墙的安全性及稳定性。

3 高层建筑玻璃幕墙的设计

3.1 玻璃幕墙的结构设计

幕墙的支撑结构体系是十分重要的，玻璃幕墙的自重、动荷载效应、风荷载效应、抗震性能等都是在主体结构与幕墙的支撑结构体系之间展开传递的，所以这对建筑幕墙的支撑结构就要求应具备一定的刚度和强度，还应对其后期的维护工作提供一定的便利条件，对其耐久性要满足25 a的设计使用年限。

①在幕墙的所有支撑结构中，立柱的结构设计是最重要的，应注意立柱的强度及刚度满足设计荷载的要求，并具有相应的稳定性，其上下衔接设计也是很重要的，应满足现行的设计规范要求。

②预埋件的设计也是不可忽视的，预埋件一般为锚板或者锚筋，形状大多数采用平板形和槽形两类。锚板钢材一般采用Q235B，并应在其表面进行镀锌处理，镀锌厚度一般>40 um，并应具有防腐蚀的功效，并把锚板与钢筋焊接后预埋在设计的相应部位，一般锚板或者锚筋的焊接方式采取坡口塞焊的形式，如果锚筋直径>Φ20 mm的话，那么应采取穿孔塞焊的焊接方式。

③玻璃幕墙采用后置埋件处理时，一般采取锚栓的形式，最常用的主要有金属膨胀锚栓和化学锚栓两种，金属膨胀锚栓是通过膨胀片与混凝土结构之间的挤压力和摩擦力而产生一定的承载力，对其连接件进行受力；而采用化学锚栓时，锚固栓的直径应≥12 mm，其锚固深度应≥6倍的锚固栓直径，钻孔后应用空压机把孔洞内的粉尘清理干净，并用螺母把锚板固定在混凝土结构上，再把转接件焊接在锚板上，应对锚固栓进行抗拔试验。

3.2 玻璃幕墙的防火设计

①应对以下部位进行防火封堵设计：玻璃幕墙与楼板之间的缝隙、与外墙洞口部分之间的缝隙、与其他防火隔离构件之间的缝隙等。防火封堵系统应具有良好密封性、耐久性和较强的变形性，在规定的火灾时间内不应发生变形过大、脱落等现象，应由一定的稳定性。封堵的填充料应采用难燃或者不燃材料，对相应的保护面层材料应采用防火涂料等材料加以处理。

②对于没有窗槛墙的建筑幕墙，应在每个楼层的外沿部位设置高度≥0.8 m的实体墙或者防火玻璃幕墙，要求其耐火极限≥1 h，并要求同一玻璃单位不得跨越两个防火区，应单独设立。

③玻璃幕墙和楼层、隔墙的外面部分之间的缝隙应用厚度≥100 mm的矿棉或者岩棉进行封堵，并应挤压密实；应采用厚度≥1.5 mm钢板来承托住矿棉或者岩棉，其用于封堵各个楼层之间的水平防烟带，注意钢板应镀锌；而承托板和幕墙结构、建筑主体结构之间的缝隙宜采用防火密封材料进行填充；如果设计通透隔断来分隔防火区时，可以采用满足设计耐火极限要求的防火玻璃来分隔。

3.3 玻璃幕墙的安全可靠性设计

首先，应对设计出来的玻璃幕墙结构系统进行可靠性设计，应对玻璃幕墙的四性试验数值进行规定，对相关的预埋件及连接件的结构受力状态进行验算，特别是整个平面内的变形性能及地震等不可抗力外荷载作用下的极限变形进行规定；应对设计的幕墙结构系统的防雷接地进行设计，一般应把土建的防雷钢筋跟预埋件进行焊接处理，使得避雷均压环形成环状，再通过柱子里的钢筋传递到大地，注意底层整个玻璃幕墙立柱应焊接连贯的Φ10 mm圆钢，并和建筑场地外的接地系统进行连接，确保玻璃幕墙工程的安全。

4 高层建筑玻璃幕墙的施工技术

在幕墙施工技术上，由于幕墙种类较多，本文只对高层建筑中主楼应用最多的框架式结构上进行论述，其它如裙楼常用点支式、拉索式、吊挂式以及现在超高层单元式玻璃幕墙在本文中就不再论述。

4.1 预埋件的安装技术

应严格按照设计图纸的尺寸对预埋件进行加工，注意应采用负公差要验收预埋件的尺寸，这在模板进行安装工作提供了便利。预埋件的安装位置应保证准确，预埋钢筋应与建筑主体结构的钢筋进行有效的固定，一般采取点焊的形式，应保证预埋件不发生移位现象。预埋件的位置偏差应控制在20 mm以内，标高应控制在10 mm以内，在混凝土振捣过程中应正确的施工顺序，保证锚板底下混凝土振捣密實。对于采用后锚固处理时，注意锚固栓的尺寸及埋深应满足设计要求，锚板应按照设计要求进行制作和镀锌，安装应牢固可靠。

4.2 连接件的安装技术

连接件的施工质量直接影响到后续的安装施工质量，在安装之前应先检查连接件的质量，看其型号及种类是否符合设计要求，如果预埋件的位置出现偏差，那么应先进行纠偏处理。连接件和预埋件的连接一般采用专用螺栓或者焊接来处理。采用后锚固处理的话，那么应先安装三根竖料，再来进行连接件调平工作，使得竖料的平整度满足规范要求。采用焊接时，应焊接饱满连续，并及时敲掉焊渣，经验收合格后涂刷防锈漆进行防腐处理。

4.3 龙骨的施工技术

应按照设计图纸的位置，把竖骨料安装在两个连接件之间，并在两者的接触面上放上防腐垫片，并用连接螺栓紧固，应注意调平和垂直度的控制。立柱之间连接可以采取焊接形式或者插接件形式。主龙骨安装完成后应进行整体的调平，一般要求水平方向不少于3根，竖向方向不少于2根。应保证相邻两根立柱的高差≤3 mm，同一层的立柱的最大允许高差为5 mm；主梁的垂直度一般采用水平尺或者吊锤的方法进行控制，水平方向就以轴线来控制，前后方向的安装偏差为±2 mm，高差控制在±3 mm以内，左右方向的偏差控制在±3 mm以内。

4.4 玻璃的安装技术

在安装玻璃之前，应对整个幕墙的结构竖龙骨和横梁的标高、垂直度、平整度进行仔细的检查，特别是安装孔位的检查，应保证符合设计要求。并应对钢槽内外的垃圾进行清理，对玻璃上的灰尘进行清洁，对玻璃进行编号，以便和对应的钢槽相吻合。应先把氯丁橡胶垫块安装到玻璃下面的U型槽，并对驳接爪的安装质量和位置进行检查，确保准确无误；应把垫块放置在玻璃支承边缘，一般为面宽度1/4位置，当这些准备工作完成后，方可进行玻璃的安装。在安装过程中应及时调整玻璃的前后左右位置，使得玻璃的安装偏差在规范的允许范围内。玻璃全部安装完成后，应对整体幕墙的平整度进行检查，确认符合要求及时进行打胶。

5 结 语

综上所述，高层建筑玻璃幕墙的应用使得建筑外立面的整体效果显得现代化，给人以高贵典雅的感觉，带给人们视觉冲击的效果。在进行高层建筑玻璃幕墙的设计过程中，应根据工程特点选择合理的结构形式，确保玻璃幕墙的结构设计满足强度及刚度的设计规范要求，并应对幕墙的防火进行详细的设计，保证玻璃幕墙的安全可靠性。在施工过程中应精心组织施工，对关键工艺进行重点控制，对于预埋件和连接件之间的连接进行严格的检查，对原材料的质量进行严格把关，加大施工技术管理的力度，确保玻璃幕墙的施工质量。

参考文献：

[1] JGJ 102-2003，玻璃幕墙工程技术规范[S].

[2] 戴克任，莫志兵.高层建筑的玻璃幕墙设计与质量要求[J].中华民居，2013，（6）.

[3] 周博，王全鳳.高层建筑转换层结构的研究现状及展望[J].福建建筑，2010，（1）.

[4] 张月猛，刘洪萍.浅析剪力墙连梁在高层建筑中的设计方法[J].民营科技，2010，（5）.

[5] 沈日，温国平.试论高层建筑结构转换层施工技术要素[J].中国新技术新产品，2011，（1.）

[6] 刘万闻.玻璃幕墙设计中应注意的几个问题[J].中国新技术新产品，2010，（8）.

[7] 唐睿.点支承玻璃幕墙的设计和技术要点[J].成都纺织高等专科学校学报，2009，（1）.