玻璃幕墙结构设计若干问题的探讨

张建武

摘 要：随着建筑工艺和结构技术的不断发展，为了取得更好的建筑视觉效果，很多设计者采用了玻璃幕墙结构设计。这种独特的结构方式呈现出了多元化的艺术表现力，同时，还具备实际的使用效果，所以，它被广泛应用于建筑工程中。

关键词：玻璃幕墙；材质；工程施工；结构设计

中图分类号：TU56+4 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）21-0074-02

随着城市现代化建设的发展，城市建筑的视觉效果渐渐成为了衡量现代化都市的标准。而玻璃幕墙结构设计新颖独特，视觉效果突出，在一定层面上体现了经济技术的发展水平。不过，玻璃幕墙是最近几年才在国内被广泛使用的，所以，它的设计制作和安装管理等工作还不完善，存在一些问题。

1 玻璃幕墙概述

1.1 构成

玻璃幕墙结构包括外部的玻璃墙板、金属板材和链接构件，内部作为支撑的铝合金横梁结构，以及作为幕墙结构支撑悬挂于主体上的立柱。这些链接结构在整体结构允许的范围内可以发生相对位移，避免受到水平作用力影响的主体结构发生下位移，对玻璃幕墙产生一定的影响。玻璃幕墙一般是暴露在外部空气中的，由于玻璃的材料特性，当其受到温度、湿度变化的影响时，会出现一定程度的变形。另外，根据铝合金型材的外露方式，玻璃幕墙可以分为明框、隐框和半隐框。

1.2 设计原则

玻璃幕墙结构的设计原则是：①玻璃幕墙的结构方式。在建筑主体结构上悬挂幕墙的构件，由主体结构作为支撑。为了避免玻璃幕墙承受不必要的荷载，它应该设计成围护结构。②为了减少建筑荷载，地震作用，温度、湿度变化侵蚀的影响，玻璃幕墙本身以及本身的链接构件需要具备足够大的承载能力和刚度韧性，同时，要有相对的位移能力。③很多玻璃幕墙架构在主体建筑外部，并没有进行抗震设计。为了避免风力作用导致玻璃幕墙脱落和破碎，需要在设计时考虑其位移能力值，并进行抗震设计。

2 玻璃幕墙结构的问题

2.1 材质易碎

2.1.1 材质元素存在的隐患

玻璃本身就存在易碎隐患，所以，在其生产过程中，会产生一些有害杂质。其中，硫化镍经过玻璃钢化处理工艺后，其形态会发生变化。因此，玻璃幕墙的安装会受到外部温度的影响，导致硫化镍发生形态变化，使玻璃材质出现元素裂缝，当其突破钢化玻璃的张力极限后，玻璃就会破碎。

2.1.2 热应力变化

一些玻璃幕墙结构是裸露在外的，长期受到太阳光的照射，玻璃表面受热膨胀。如果玻璃各个部位受热不均匀，膨胀不均衡，玻璃内部就会出现热应力，导致玻璃破碎。

2.2 防火安全系数低

虽然玻璃幕墙本身不是可燃的材料，但是，玻璃材质受到高温影响会软化、融化，最终导致玻璃幕墙的结构被毁。因此，在设计、安装玻璃幕墙时，需要考虑建筑的防火要求，要注意以下两点：①要确保玻璃幕墙结构的完整性，避免玻璃破碎使火势蔓延；②在高温状态下，不能出现燃烧和爆炸的情况，避免多重灾害发生。

2.3 结构胶失效

结构胶是连接玻璃结构和主体支撑的重要材料。由于玻璃幕墙长期处于外部环境下，受日晒雨淋、风吹热辐射等影响，容易产生热推移老化等问题，强度和黏结力也随之下降。这情况从外部是无法察觉的，很容易引发安全问题。

2.4 结构失效

如果支撑框架结构设计不合理，会受到建筑本身内力的影响，导致结构变形，甚至是玻璃破碎。而幕墙构件的固定装置会受氢脆变的影响，使金属材质的延展性降低，出现玻璃脱落等问题。

2.5 污染问题

城市建筑大量使用玻璃幕墙结构，会出现光污染和热污染等新型污染形式。

3 解决问题的方法

3.1 设计中的问题

3.1.1 材质问题

要严格控制玻璃生产源，严格控制整个生产流程，减少镍元素材料与玻璃的接触。在安装玻璃幕墙结构时，针对硫化镍杂质进行元素检测工作，如果其超出控制范围，就需要更换玻璃。同时，还可以变换玻璃形式，采用夹层玻璃，即使出现玻璃破碎的情况，碎片也不会脱落，会附于胶片上，避免了安全事故的发生。

3.1.2 热应力问题

解决这一问题需要对玻璃结构表面进行精加工，处理玻璃结构的边部，采用抛光细磨等工艺减少微小裂纹。将普通玻璃全部更换成钢化玻璃，用来加强其抗温、抗湿的能力。在运输玻璃时，要采取适当的保护措施，减少碰撞，确保没有隐疾存在；安装玻璃时，要注意玻璃与框架的匹配度，不能裁剪玻璃，只能矫正框架，确保其与玻璃严丝合缝。

3.1.3 火灾安全隐患

在设计时，根据不同建筑的防火要求，规划设计玻璃材质和结构形式。在材质方面，一般使用夹层玻璃、防火中空玻璃、复合防火玻璃和单片防火玻璃等，被广泛使用的是复合防火玻璃。在火灾发生时，如果这种玻璃出现爆裂，碎片会黏附在胶片上，而胶片本身也有防火作用。

3.1.4 结构设计问题

采用明框和半隐框的结构设计，降低因结构胶失效而导致玻璃坠落的概率。同时，还可以在其周边加设围栏和绿化带等。在设计时，需要对结构框架进行抗疲劳试验，根据试验结果设计适合的幕墙玻璃，减少框架的超负荷运转。

3.1.5 链接构件

采用特殊的锁扣螺母作为链接构件，防止出现螺栓失效的情况。

3.1.6 污染问题

针对由此造成的污染问题，要建设一定的绿化带，尽量减少污染面积。

3.1.7 施工规范问题

很多安装玻璃幕墙的企业都是由以前的门窗行业转型而来的，缺乏专业技术支持和对玻璃幕墙的认识，导致施工中存在很多风险。而且在施工过程中，有些企业并不按照标准化流程施工，致使安装过程存在不少安全隐患。

3.2 安装时的注意事项

在安装玻璃幕墙时，要注意以下三点：①需要强化检验整个玻璃幕墙，确保每个环节的质量。对材料、构件、附件等进行性能测试，及时更换存在问题的部件；检测铸造的疵点和形位公差；检查玻璃的尺寸和精度等。②检测焊接支点的承载力，不得缺焊和漏焊，更不能出现裂纹和气孔等焊接缺陷。对一些埋件、转接件和驳接爪等进行不同的焊接处理，减少安全隐患。③在安装玻璃幕墙时，需要对相关的工作人员进行培训，要求他们按图施工，标准化作业，不允许违反施工流程，确保工程优质、高效。

4 玻璃幕墙未来的发展

由于玻璃幕墙的建筑形式越来越多，所以，需要创新相关设计，通过巧妙的构思降低样式结构的雷同率和复制率。另外，还需要充分展示玻璃本身的艺术造诣、结构特点和创意风格。现如今，建筑业朝着高速度、高节奏的方向发展，施工时间往往比较短，对施工的要求也越来越高。所以，需要对全部构件进行精加工，确保使用的材料符合质量要求和设计定位，要将玻璃幕墙的设计、加工、现场施工等各个环节紧密结合在一起。而每个环节都需要专业的技术人才作支撑，因此，需要培养大量的专业人员，提高玻璃幕墙的整体竞争力。

5 结束语

虽然玻璃幕墙存在很多不足和安全隐患，但是，不能否认其结构优点。因此，需要设计方、生产方、使用方深入了解其性能，扬长避短。

参考文献

[1]吴朋.玻璃建筑柔性支承结构体系性能研究[D].杭州：浙江大学，2003.

[2]庞世红.夹层玻璃等效厚度研究[D].北京：中国建筑材料科学研究院，2009.

[3]耿翠珍，严慧，刘中华.玻璃采光顶支撑结构体系的理论与应用分析[J].工业建筑，2005（08）.

[4]宋介平.点式玻璃幕墙玻璃面材性能研究与工程应用[D].重庆：重庆大学，2006.

〔编辑：白洁〕

Glass Curtain Wall Structural Design of Several Issues Discussed

Zhang Jianwu

Abstract： With the continuous development of the construction process and construction techniques， in order to achieve better building visual effects， many designers adopted the glass curtain wall structural design. This unique way of showing the structure of a wide range of artistic expression， also with the actual results， therefore， it is widely used in construction projects.

Key words： glass curtain wall； material； construction； structural design