浅析建筑幕墙玻璃的选用

2014-12-21叶早明赵金

中国建筑金属结构 2014年10期

文/叶早明赵金

玻璃幕墙具有独特的采光通透性能，在阳光的映照下能呈现出一种前所未有的视觉效果，是当代建筑最为青睐的建筑形式之一。在中国玻璃幕墙经过了三十多年强劲的发展，积累了很多成熟经验，关于玻璃的事故仍然屡屡发生，针对中国玻璃幕墙发展状况，对玻璃幕墙主要材料玻璃的选用进行一些探讨。

建筑师关注的问题不仅是建筑立面的新颖、美观，更加要注意建筑的使用功能、造价、环境、能耗、施工等多种因素。而玻璃幕墙设计及施工的关键是如何优选玻璃，它不但决定着工程是否安全、节能，而且关乎整个工程的外观、总造价、使用性能等。玻璃幕墙的安全性、节能特性无疑是影响建筑幕墙玻璃选用的关键因素。毫无疑问安全是排第一位，但是节能则是影响建筑成本的第一要素。合理地选用玻璃面板至关重要，只有巧妙地、合理地发挥玻璃材料的特性，才能产生最佳的效果。

1.玻璃幕墙的安全性能

玻璃是一种非弹性的高脆性材料，在其表面存在大量微裂纹，其强度分布不均匀，对表层及边缘局部应力敏感。当受到温度应力影响，或者遭受到超强外部冲击时，极易破碎，存在一定的风险。

玻璃品种很多，如钢化玻璃、普通玻璃、夹层玻璃、中空玻璃及其组合产品等，那么哪些属于安全玻璃呢?《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003 规定“框支承玻璃幕墙宜采用安全玻璃；点支承玻璃幕墙的面板应采用钢化玻璃；安全玻璃一般指钢化玻璃和夹层玻璃；夹层玻璃是不飞散玻璃，可对人流起到保护作用，宜优先采用”。

2013 年7 月9 日，上海市杨浦区长阳路大连路口，某大楼的一块玻璃幕墙突然发生爆裂，掉落的玻璃碎渣砸中一名路人，导致其头部受伤。

2013 年7 月4 日，一阵大风吹过，北京中关村e 世界A 座原本就破损的玻璃幕墙掉落下大量碎玻璃碴，这阵“玻璃雨”不仅将停放在楼下的几辆汽车划伤，还险些伤到行人。

2013 年6 月19 日，宜春市一超市进出口上方的观光电梯外墙弧形玻璃突然爆裂，碎玻璃从9 楼落下，无人员伤亡。

这几起玻璃幕墙的事故，其原因是钢化玻璃的自爆。当钢化玻璃达到一定高度后，自爆后的玻璃碎片如同冰雹一般砸向楼底，从而产生人身伤害和财产损失，在高层建筑幕墙上无情的否定了“钢化玻璃是安全”的观点。自爆是钢化玻璃的固有特性，即使经过多次处理，钢化玻璃最低自爆率也达到1‰，这是材料本身的特性。决不能允许让这种“悬顶之剑”高挂在幕墙上。各地对安全玻璃的选用有了进一步的规定和要求：上海市《建筑幕墙工程技术规范》DGJ08-56-2012 规定框支承玻璃幕墙的面板可采用夹层玻璃、钢化玻璃或半钢化玻璃；点支承玻璃幕墙的面板应采用夹层玻璃或钢化玻璃；由玻璃肋支承的全玻璃幕墙，玻璃肋宜采用夹层玻璃或夹层钢化玻璃；索网结构玻璃幕墙可采用夹层玻璃；上海市人民政府令77 号更给出了需要在二层以上安装幕墙玻璃的，应当采用安全夹层玻璃或者其他具有防坠落性能的玻璃的范围。

所以，应合情合理地使用“安全玻璃”，即在使用时对于不同部位应有不同处置，如底层外片可采用钢化玻璃，二层及以上外层采用夹层玻璃，挑空较高的大堂可考虑采用双夹胶玻璃等。同时，应注意到PVB胶片在高温状态下会失去效力，故应具备有效的防脱落措施，以确保使用时的安全。

2.玻璃幕墙的节能性能

现代建筑为了达到更为通透的外立面效果，往往大面积的面板选用玻璃，平均玻墙比为0.68，有的建筑更高达0.80。玻璃幕墙作为一种外围护结构，其热工性能直接决定了建筑能源。许多现代建筑为了提供更易于人交流的场所及追求向室外敞开效果，主体结构往往设计有超大空间的边庭。这种空间结构热气流一旦处理排放不当，室内热环境会相当恶劣，建筑能耗将会很大。

热传递有三种方式：传递、对流、热辐射。当热能到达玻璃面板上时，一部分被反射出去，一部分会产生透射，还有一种以二次热辐射的方式通向室内。中国大多数地区地处夏热冬冷地区，以上海为例，夏季太阳辐射热强烈，日照度高达3916W/m2，夏天室外温度最高38.9℃，平均达36.6℃。根据《民用建筑热工设计规范》GB50176-93 非通风围护结构内表面结构内表面最高温度的计算，玻璃内表面温度估算达35.7℃。普通透明中空玻璃投射比高，不仅大量可见光能通过，而且太阳光中的红外线也随之而来，无法有效的阻挡热量的传播。热反射中空玻璃，对可见光的反射性高，对远红外线的作用不大。中空LOW-E 玻璃可以有效的降低遮阳系数，改善玻璃的节能效果，但对远、近红外的反射效果，尚有疑惑，且其耐久性尚缺数据支撑。

建筑外围护系统的节能，应保证“以人为本”，即人体在室内应有的热舒适性，这主要取决于人体与外界热交换是否平衡。控制好室内外墙面的温度，减少该温度与室内舒适性所规定的温度差、与人体表皮温度差、与节能指标所规定的室内平均气温差，才是建筑节能、幕墙节能的实际意义所在。

3.玻璃幕墙的隔声性能

现代玻璃幕墙旨在为人们的工作及生活创建一个安静和谐的环境，即要求具备隔声降噪的作用。

玻璃是一种刚性材料，当声波投射在玻璃幕墙上时，除发生部分反射现象外，将使玻璃产生受迫振动，同时又引起内侧空气做出同样的振动，这样部分声音就穿透了进去。薄而轻的幕墙比厚而重的幕墙在声波的作用下，更容易产生振动而且振幅更大。即可以说随着玻璃厚度的增加，隔声性能将加强，也就是说能更有效的减少声波的传递。但是实验结果表明，玻璃越厚，其强度越低，所以不能片面的追求玻璃的厚度。中空玻璃声波入射到第一层玻璃上的时候，玻璃就产生“薄膜”振动，这个振动作用在空气层上，被封闭的空气层是有弹性的，由于空气层的弹性作用将使振动衰减，然后再传递给第二层玻璃，于是总的隔声量就提高了。即中空玻璃隔声性能强于在同等厚度单片玻璃。

4.玻璃幕墙的视觉性能

钢化玻璃由于受热表面不均匀，在某些特殊的自然光线下，能够看见玻璃表面存在明暗相间的条纹，称为应力斑。这会使幕墙产生影像扭曲变形，使外观视觉效果大打折扣。而半钢化玻璃依然保持平滑性，没有畸变，不产生光学变形，从而使幕墙玻璃平滑如镜。

5.玻璃幕墙的经济性能

玻璃幕墙的类型直接确定玻璃幕墙的造价，明框、隐框、半隐、框玻璃幕墙使用的主要材料有铝合金型材、玻璃、结构胶、耐候胶、五金件等，其中影响造价较大的是前四种。玻璃的品种规格对造价的影响最大，因为玻璃费用一般占幕墙单价的20～50%。幕墙玻璃的大小分格，会直接影响使用玻璃的厚度。当选用合理的幕墙系统后，应合理的分格玻璃大小。玻璃幕墙的立面分格宜与室内空间组合相适应，不宜妨碍室内功能和视觉。过大的面板分格不一定能满足强度及刚度的要求，同样也会增加工程的造价。应尽量减小其厚度，可降低幕墙重量，减少工程造价。在满足建筑效果的基础上，同时也要兼顾玻璃面板的承压能力。在确定玻璃板块尺寸时，应有效提高玻璃原片的利用率，同时适应钢化、镀膜、夹层等生产设备的加工能力。

玻璃的选择不应简单为品种的选择，而应列出样品的性能指标做出数据矩阵，根据设计目标优先顺序来选择。不应仅根据经验，而应根据计算得出结果；也不应仅针对某一个指标而应是综合多个指标而定；按照设计目标选择的优先顺序，且设计目标是可以调整变动的。