浅谈建筑玻璃、石材和金属幕墙的设计与施工

刘德泉 姬鸿飞 姬鸣晓

【摘要】伴着建筑业的蓬勃发展，一个个新生事物的兴盛，幕墙作为建筑装饰行业的后起之秀，它是我国经济发展繁荣和建筑科学进步的产物，设计是施工的前身，施工是设计师的艺术美的体现。本文从建筑幕墙行业的发展，幕墙设计人员的市场化，幕墙现场施工以及竣工验收、监测等进行剖析。

【关键词】建筑幕墙；设计师；玻璃幕墙；石材幕墙；金属幕墙施工；安装；幕墙监测；清洗

随着我国建筑行业的快速发展，越来越多的新兴材料和施工技术得到广泛使用。我国的经济发展繁荣，人们渐渐对于生活、工作环境、质量要求也越来越高，以及国际社会、人文地域环境的影响，促进了我国建筑玻璃、石材和金属幕墙业的发展。许多建筑墙体形成了以玻璃、石材和铝板为主体，以金属结构架和板材为基础支撑的外围护结构。设计师们用艺术美的灵感理念，将建筑美学、建筑功能、建筑节能和建筑结构等因素有机地完美结合起来，使建筑物从不同角度，呈现出不同的色调，随阳光、月光、灯光的变化给人以动态的美。下面就当前建筑玻璃、石材和金属幕墙的设计与施工从几个方面进行探讨与剖析；

一、设计方面

1、我国建筑幕墙行业的发展

建筑幕墙行业从无到有，它是现代科学技术发展的产物，也是现代科技与建筑结合的体现。幕墙设计人员伴随着幕墙行业，同步前行，也经历着从无到有，不断壮大和进步的发展过程。

1.1.起步时期

八十年代初期，我国的幕墙产业效仿国外技术，大多采用构件式明框玻璃幕墙，技术水平、质量水平较低，也没有中国的标准和行业规范。主要从我国几个从事铝型材生产企业开始的，设计师主要是由从事铝型材方面的技术人员转型而来，设计单位主要负责选型提出设计要求，设计与施工相结合的模式。这种一直延续到今的模式是我国幕墙工程的主要管理特点。幕墙设计是幕墙发展的灵魂，是幕墙一切生产活动的依据和先导，设计的文化思维代表着一个民族和现代的思维特征。

1.2.成长时期

九十年代，我国幕墙行业飞速发展，幕墙行业规模迅速增大，除明框玻璃幕墙外发展了半隐框幕墙、隐框幕墙、铝板幕墙和石材幕墙、单元式幕墙、点支承幕墙等。也相继成立幕墙门窗相关协会，引进国外技术的同时结合国情不断创新，有了行业技术标准和规范。一大批知名的军工、建材、机械制造业投入到建筑幕墙行业，还有一批民营企业集团、中外合资企业、外商投资独资企业纷纷加盟到建筑幕墙行业。这些大企业、大集团以其雄厚的资本和较强的技术力量及严格的管理，壮大了我国幕墙行业技术队伍，提高了行业的素质，带动了我国幕墙行业发展。

1.3.循序渐进期

20世纪末至今，建筑幕墙业持续稳步发展，新的产品结构不断改变，各类型材、玻璃、中空LOW-E、纳米板材、铝镁板、石材、金属板等优质材料得到广泛使用，现代幕墙类型也有多种：明框、半隐框、隐框、金属、石材、单元框架、点支承幕墙等，双层幕墙、光电幕墙、遮阳板幕墙、生态幕墙、智能幕墙、膜结构幕墙、动态幕墙也逐渐有所发展和应用，不少企业还拥有更多自己知识产权的新技术，新工艺、幕墙关键性的高科技尖端技术领域也有所突破。

2、從事幕墙设计人员的分布

现存幕墙行业的设计主体有幕墙设计公司、建筑设计院、个体从事幕墙设计者、顾问咨询公司以及幕墙公司的幕墙设计院。一般幕墙类企业有设计资质和施工资质，此类公司有丰富的项目资源和成功的施工经验，系统多样，性能成熟，可以轻松完成对施工图的设计，并且水平极高。建筑设计院设有幕墙分院或与幕墙施工企业合作，接受幕墙设计从业人员进驻，开展幕墙设计，由设计院盖章出图。个体从事幕墙设计者没有设计资质，原则上不能承揽幕墙设计业务，但现实进程中随着市场的发达，这些个体从业者利用灵活的商业头脑，可以廉价拿到设计业务，再找一个有幕墙设计资质的企业挂靠，以缴管理费的方式换取盖章的设计图纸。此工程施工图或多或少的存在“风险”。顾问咨询公司一般没有幕墙施工和设计资质，其设计人员不少来自幕墙及装饰企业的设计机构，因所承担的项目种类少，仅对外立面效果、结构选型、材料上进行控制，完成的图纸也不能加盖设计出图章，仅适合在招标阶段设计。幕墙公司的幕墙设计院在国家实行工程量清单报价的招标时，是以详细的达到施工深度的设计图才能招标，促生了一些大的幕墙公司成立了幕墙设计所或设计院，他们不一定去参加施工招投标，仅给业主做纯设计业务。

3、幕墙设计人员的现状和未来

幕墙设计人员是幕墙行业发展的中坚力量，年少轻狂，从业平均年限3-6年，平均年龄不足30岁。由于幕墙行业的特殊性和时限性，经常熬夜加班，长期出差等都属于正常，设计人员由于身体和家庭方面的原因很难适应，造成大多数幕墙设计人员的幕墙设计职业寿命较短的问题。由于入行的早晚、不同梯队、不同资历、不同薪资的设计人员，其个人发展的方向和考虑也不尽相同，一般设计新手其年薪约为3万以下，2-5年的设计人员年薪大概在10万以内，6-10年的设计人员年薪收入约在一二十万。10年以上的资深设计人员，大多进入幕墙公司是核心技术层面或总工、副总工级别，其个人技术能力和管理协调能力都有一定高度，年薪收入约在二三十万。

在较大的企业集团或中外合资企业工作的资深设计人员有着良好的自身素质，又有良好的工作和研发环境，最终大多会成为各方面技术创新者或专家，推动和引导幕墙技术的发展。也有一部分资深设计人员继续提高和积累自身的技术素质成为公司的高级管理者或者自立门户，自己成立公司当老板。

4、幕墙设计人员及幕墙设计行业存在的问题

幕墙设计人员从无到有，是随着幕墙行业的发展而产生的，由于个人经历、学历的不同，造成设计人员的水平高低不等，差别较大。幕墙发展起步时期，没有专业院校开展幕墙专业的教学，大多是引进国外的幕墙设计，加以吸收进行设计与研发。幕墙类型做法等相对比较简单，建筑造型也不复杂，对设计人员的基本素质要求不是太高。随着社会的发展，更多更新的幕墙，包括单索幕墙、单元幕墙、双层幕墙、光电幕墙、智能幕墙、动态幕墙等的出现和使用，设计人员的结构计算、热工计算、流体计算、光电物理知识的要求越来越高，设计人员基本素质和知识的匮乏就凸显出来。

许多设计公司考虑工作的效率及公司的运作，整体设计分工，造成许多设计人员不能全面的锻炼和提高，没有一个整体的思路，加上没有材料下单，材料加工，现场安装等各个环节进行考虑及实践，设计的系统、节点、施工可行性、加工工艺可行性和时间要求等，没有足够的时间去细想和挖掘。许多系统都欠考虑和完善，施工可行性差等问题。幕墙设计的优劣，关键在设计人员对幕墙的认识问题，说简单也简单，说复杂也复杂。关键是幕墙设计的方案是不是最适合这个工程，还有没有更好的方案，不去思考这些问题，是达不到其真正的幕墙设计要求。幕墙设计人员的频繁跳槽，也是阻碍幕墙行业迅速发展的因素，也是幕墙行业发展市场化的结果。逐步提高设计人员的水平，不仅靠老的设计人员作为老师，传、帮、带及公司的培养，还受组织专家讲课培训，专业设计院校深造。逐步提高幕墙设计人员的地位，也能促进幕墙行业的良性发展。幕墙设计是为工程施工出效益服务的，首先保证按设计规范、安全隐患系统抗震出发，再去考虑该该工程的投资成本和效益。

5、幕墙设计师市场化的可行性

幕墙行业的发展逐渐成熟，受大环境及各种竞争因素的制约，幕墙利润进入低利润的平稳时代。幕墙设计师是否适应这种市场化的发展，是否走得规范值得探索和思考。

幕墙工程的全程从设计开始到施工结束，从前期的业务配合开始，到工程施工图设计施工指导，竣工及验收，全过程参与。幕墙行业发展初期，拥有设计与施工一体化资质的企业，往往设计成为施工的附庸，成为公司创收的一块。但这种行业的发展现状对幕墙设计师的发展极为不利，设计岗位更多的变成了谋生的手段，影响了行业设计的发展和设计师个人的进步。

在低利润时代，幕墙企业提高能力非常重要，包括管理、施工、企业信用、资产、企业文化和技术水平及设计能力。建筑设计院和土建施工单位这种设计与施工完全分离的模式，对幕墙设计师的市场化起到了促进作用。建筑设计院按照业主提出的使用要求和宏观指导方案进行设计，对效果，安全使用功能负责，土建施工单位负责施工，分工明确责任清晰，没有金刚鉆不揽瓷器活，要达到幕墙设计师市场化的需求。幕墙设计人员的自身技术水平，仍需全面和大幅提高，不仅能做幕墙施工图，而且是按规范要求的，安全适用，技术先进，经济合理。有很强的加工工艺和施工工艺可行性，施工现场方便快捷。充分把握相关的建筑结构设计条文，掌握结构计算、热工计算原理及计算思路，掌握三维，四维设计，能够完成复杂工程的三维规模，指导施工现场放线及三维点控制，有较强的总结及技术积累，提炼能力。不断学习和掌握学科知识，善于把科技发展的新成果应用到幕墙设计中。幕墙设计师市场化的发展，任重道远，尝试幕墙设计师职业资格的认定和执业资格的规范，效仿建筑师执业注册规范。倡导幕墙行业的设计师，建造师继续教育，终身学习。加强本行业内幕墙设计交流活动，不断提升幕墙设计师的社会地位和对工程的影响力，在此基础上开展国际设计交流活动。

二、施工方面

幕墙多以玻璃，石材、金属板相结合的外围护结构或装饰结构，在安装工程中必须加强安全措施，提高整个建筑物的质量和使用功能。

1、玻璃幕墙是一种以玻璃材料为主体，金属构架和板材为基础支撑的外围护结构，是建筑物的一种新型墙体和装饰工艺。用于满足建筑物的风压变形，雨水冲击，空气渗漏，隔热隔音等要求。

玻璃板材制作是玻璃幕墙的重要关键工序，其规范合理对于后期施工的顺利进行和质量保证具有重要作用。对关键性的制作工艺和技术制作车间的的环境条件有严格要求。玻璃的尺寸、规格、厚度、宽度、结构胶打胶质量是否满足规范和设计要求。

幕墙节点的安装，是整个玻璃幕墙施工安装质量的重要控制环节。在玻璃幕墙施工过程中，为了确保幕墙的正确安装，先按照设计尺寸对幕墙安装进行测量，按照规范要求，利用水准仪，经纬仪等测量仪器测量幕墙安装的控制点、轴和标高等。有效的保证切割出来的玻璃偏差能顺利嵌入。埋件的埋设位置、质量、连接角码与预埋件的焊接，连接角码与立柱的连接质量，也是重点检查的项目。横梁立柱安装是玻璃幕墙的注重点，对立柱的固定与垂直度，横梁的水平度，横梁与立柱的连接质量的检查，调整和控制，两根相邻的两根横梁水平偏差不应大于1mm。玻璃板材安装过程主要有四个步骤，有边框的下框嵌入内胶条，装置玻璃 嵌入外胶条及使用密封胶，进行密封处理。玻璃板材的固定连接，玻璃平整度及密封胶的有效嵌缝关系到整个玻璃的安装质量，必须着重检查玻璃的垂直度，平整度，注重选择强度高，粘连性好的密封胶，注胶前地玻璃支架进行清理，防止气泡产生，并将胶缝的厚度控制在一定范围内，以保证幕墙玻璃的拼接整齐和美观。玻璃属于易碎品，所以在运输到吊装都需要注意成品、半成品保护在运输过程中在玻璃与车之间，垫好毛毯之类的减震缓冲材料，到场材料及时安装就位，避免另存对玻璃的二次损害。

2、石材板材的幕墙，是减少色彩单一、玻璃自爆，光污染和结构胶失效等安全隐患的另外两种类型的外围护结构，是面板与支撑结构体系组成，通常采用立柱与角码螺栓连接，并通过角码与预埋件连接，且螺栓直径不应小于10mm，横梁通过角码，螺钉或螺柱与立柱连接，角码能有效承受横梁的剪力。螺钉直径不得小于4mm，每处连接螺钉数量不应少于3个，螺栓不应少于2个，横梁与立柱间有一定的相对位移能力。

石材幕墙宜选用花岗石，此类面板材料耐酸，耐碱，耐腐蚀性好，抗拉抗压抗剪切强，耐久性好。使用年限为75年以上，表面还可以多种处理方式，光面，亚光面，火烧面，荔枝面，蘑菇面，自然面，机切面等。其连接方式有短槽式，（适用于多层以下建筑的石材幕墙中），短槽式安装的石板，短槽应在板上下边各开短平槽，槽长不应小于100m。在有效长度内槽深度不宜小于15mm，宽度宜为6或7mm，两短槽边距离石板两端的距离不小于板厚的3倍，且应小于85mm，也不应大于180mm。元件式、背栓式、R型组合挂件、SE型组合挂件，（适用于高层和超高层建筑的石材幕墙中），有效地解决了自由拆卸、自由安装的弊端。普通的挂件无法与石材面板进行可靠连接，背栓式干挂体系的应用有力的保障了干挂石材的安全性，在石材面板吊挂或者斜挂安装时，应在石材面板背面粘接玻璃纤维布以保障安全。为避免石材板碎裂造成碎石高空坠落的危害，石材面板尽可能不选择粘接的方式，确因挂件位置安装有困难不得已才选择粘接。应采用环氧粘接剂粘接，且两粘接石材面板之间嵌入不小于3mm的钢板加固连接。在窗、天棚部位采用鹰嘴构造，设置滴水线，在阳台，窗台板女儿墙等部位，根据实际情况设置排水坡度，排水方向。石材幕墙材料应选用耐气候性的材料。金属材料和零配件除不锈钢外，钢材应进行表面热镀锌处理，铝合金应进行表面阳极氧化处理。

3、金属板材（铝单板）的幕墙，根据幕墙分格大样图和土建单位绘出的标高点，进出位线及轴线位置、采用重锤、钢丝线测量器具及水平仪等工具在主体上定出幕墙平面、立柱分格及转角等基准线，并用经纬仪进行调整，复测；幕墙分隔轴线的测量放线应与主体结构测量放线相配合，水平标高要逐层从地面向上引，以免误差累积。主体结构施工时预设埋件，若漏置或位置偏移时需要后补埋件的制作安装，后置埋件应与土建主体结构梁相连接。如埋件位置无结构梁，需采用穿心螺杆穿透墙体的做法，双头螺栓穿墙，室内墙面后置铁板与螺栓焊接，螺杆距混凝土边缘≥250mm，螺母应点焊防止松脱，点焊后做防腐处理。后埋件采用化学铆栓与主体结构相连接。

将主龙骨与连接支座固连，再与先行已焊主体预埋件的角钢支座连接，并进行调整和固定，先点焊，后满焊。安装横龙骨，横龙骨安装要严格控制水平度。因水平度直接影响铝单板横缝的质量，水平公差应控制在±1mm内，调整好后满焊，钢框焊接后，均涂防銹漆三遍。

4、幕墙防火、防雷施工

在幕墙设计中必须考虑防火的措施，防火除了安装防火隔断板外，还要在板内填塞防火岩棉，防火棉需根据设计图纸要求的厚度及现场实测的宽度尺寸进行切割后安装于防火钢板内，安装需在晴天进行，并可即时封闭，以免被雨淋湿，可在板块安装完后安装，以保护防火岩棉，安装完后应在表面用钢丝网封闭。防雷要求所有主梁均通过连接钢角码与土建结构避雷均压环可靠连接，幕墙设置自身的防雷均压环（ф10钢筋），每隔三层设置一道，同时幕墙也设置自身的避雷引下线，与均压环牢靠连接，钢角码与铝合金主梁连接采用不锈钢避雷接触片，土建预留均压环钢接头与钢角码连接采用ф10镀锌钢搭接连接，搭接长度不小于100mm，安全有效的利于雷电的传导。

5、性能检测

建筑幕墙工程施工过程中，不可忽视的一项工作。作为幕墙工程验收的归档资料，其四性物理检测（幕墙的抗风性能，空气渗透性能，雨水渗漏性能及平面变形性能检测）都适合那种工程，如何拿去送检。不同类型的幕墙根据设计要求，将独立的版块组合成一个大的板块，这样既减小检测成本，也可以缩短工期。具体实施应严格按照《建筑幕墙》（GB/T20186-2007）、《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ102-2003）、《金属与石材幕墙工程技术规范》（JGJ133-2001）、《建筑幕墙工程技术规范》DGJ08-56-2012、《建筑幕墙用氟碳铝单板制品》JG331-2011、《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》 GB/T15227-2007执行，石材含有放射物质时，应符合现行行业标准《天然石材产品放射性防护分类控制标准》（JC518）的规定。

5.1检验、检测方法主要有：抗风压试验、空气渗透试验、雨水渗漏试验、平面内变形性能试验。检测对象只限于幕墙本身，不涉及幕墙和其他结构之间的接缝部位。检测试件在风荷载作用下，主要受力杆件的面法线挠度的变化规律，以主要受力杆件的相对面法线挠度达到L/180（或±20mm）时所对应的压力值进行评价。检测试件在最大瞬时风荷载作用下，能否避免发生损坏的能力，以是否发生使用功能障碍、残余变形或损坏进行评价。先正压，后负压检测。检测压力分级升降。每级升、降压力不超过250Pa，每级压力作用时间不少于10S，压力升、降直到任一受力杆件挠度值达到L/180为止，记录每级压力差作用下的面法线位移量和达到L/180时之压力值P1。空气渗透试验试件安装完毕后须经核查，待符合设计要求后方可开始进行检测，以250Pa的压力对试件进行预备加压，持续时间为5min，然后使压力降为0。在试件挠度消除后开始进行检测。

5.2检测装置

检测装置与试验加载设备应满足试件设计受力条件和支承方式的要求。其传力装置应具有足够的强度、刚度和整体稳定性。检测装置应具备安装试件所需的横梁和使幕墙在其平面内沿水平方向作低周反复移动并检测其位移的能力。其提供反力部位的刚度宜比试件大10倍。加载装置的加载能力和行程应为试件的最大受力和极限变形的1.5倍。位移计的精度不得低于0.5%FS。目前有使试件呈连续平行四边形方式和使试件对称变形方式两种。

5.3试件要求

试件应与所提供的图纸一致，是合格产品。试件的安装、镶嵌应符合设计要求，不得加设任何特殊附件或采取其他特殊措施。试件所用的杆件、镶嵌板和密封材料应与工程使用的相同。幕墙应为足尺试件，应按实际连接方法安装在刚性足够的模拟楼层的横梁上。试件的高度至少包括一个层高，宽度至少包括三根垂直承力杆件。其中至少有一根承受设计负荷。单元式幕墙试件应包括单元间的垂直缝和水平接缝，至少包括两根承受设计负荷的垂直承力杆件，其模拟楼层的横梁宜安装在专门加载用框架上。试件必须包括开启部分和典型的垂直接缝和水平接缝。

6、检测步骤

6.1检查安装完毕后的试件，必须与设计条件相符。其安装允许偏差如：（1）主要杆件垂直度：杆件高度为5m以下时，允许偏差为2mm；杆件高度为5m以上时，允许偏差为3mm。（2）横向构件水平度：杆件长度≤2000mm 时，允许偏差为±2mm；杆件长度>2000mm时，允许偏差为±3mm。（3）分格对角线差：对角线长度≤2000mm时，允许偏差为3mm；对角线长度>2000mm时，允许偏差为3.5mm。6.2安装位移计，并调零和检查接触良好。6.3预加载，位移角为分级表中最低级的50%。6.4按国标规定中的分级值从最低级开始加载检测。每级使模拟相邻楼层在幕墙平面内沿水平方向作左右相对往复移动三个周期。从零开始到正位移，回零后到负位移再回零为一个周期（周期为3s～10s）。检测中应保持反复加载的连续性和均匀性，加载和卸载的速度宜一致。6.5详细记载各级位移复位后，幕墙试件的破坏情况。6.6对于定级检测应进行到幕墙或其连接部位出现危及人身安全的破损（指面板破裂或脱落、连接件损坏或脱落、金属框或金属面板产生明显不可恢复的变形）时停止加载。以前一级位移角值为幕墙平面内变形性能的定级值。6.7对于判定是否达到设计要求的检测，应逐级检测到幕墙设计层间位移角为止。要求在设计层间位移角下，幕墙不出现危及人身安全的破损。

7、检测报告

检测报告应包括以下内容：

7.1试件名称、类型、系列及规格尺寸。7.2生产厂家、委托单位及检测类别。7.3试件有关图示（包括外立面，纵、横剖面和节点）必须表示出试件的支承体系和可开启部位的开启方式。7.4型材、镶嵌材料的品种、材质、牌号、尺寸和镶嵌方法、密封材料和附件的品种材质和牌号。7.5层高和最大分格尺寸。7.6检测依据的标准和使用的仪器。7.7检测结果：给出试件开始损坏时的变形值以及保持不损坏的最大层间位移角。7.8检测结论：定级检测时给出等级，工程检测时判定是否合格。7.9检测日期、主检人、审核人和负责人的签名。

8、幕墙清洗、交验

整体外装工程施工完毕后，拟安排一次室外全面的清洗工作，以保证工程达到竣工验收优良等级。本工程按每个立面进行，安装面层完成后，及时清洗干净外饰面，并在脚手架安全允许的前题下，申请责任方拆出该部分的脚手架拉杆，完成受其影响部位的安装，向业主等相关方提交报验申请验收。

（1）清洗顺序：按照由较大立面（按同一方向进行）、先室内且室外的顺序清洗；（2）清洗用料：清洗时，用中性清洗剂。清洗前先做相关试验，确认无腐蚀的作用后方可使用。（3）清洗工具清洗主要采用蜘蛛擦窗机。（4）精洗安全注意事项；a清洗前做好工人安全技术交底；b注意做好操作工人的安全防护工作；c对清洗的辅助器械要做到安全可靠无故障，确保操作工人安全；d遇大风（4级以上）天、雨天不得进行外墙清洗工作；e外墙清洗时，建筑物周围设有警界线，防止闲杂人等进入清洗范围；

经过多年的发展，建筑幕墙从最初的安全性到现在的公益性，美观性，发展已日趋完善，越来越多的幕墙设计师施工安装者，为此付出了大量的心血与智慧。随着新材料、新工艺、新技术、新设备的普及，建筑幕墙系统将越来越完善、完美。

作者简介

刘德泉，男（1977-10），河南省睢县，本科，研究方向：装饰设计，国家双专业注册建造师，建筑安装工程造价员、城建工程师，电气智能高级工程师，鲁班奖优秀项目经理，全国建筑幕墙优秀项目经理、全国建筑装饰优秀项目经理、河南省建筑装饰“中州杯”项目经理、河南省装饰装修行业优秀项目经理，优秀室内高级建筑师，幕墙高级设计师。