高层建筑玻璃幕墙设计与施工技术探究

2022-03-24邬四

散装水泥 2022年5期

邬四

（中信建筑设计研究总院有限公司，湖北武汉 430014）

随着人们审美意识的提高，玻璃幕墙设计能够有效地满足高层建筑的美观要求，但是除了注重美观外，还应注重玻璃幕墙的牢固性，以保证高层建筑整体安全。由于玻璃幕墙具有易碎性特征，因此，在施工过程中应注意原材料的采购和选择，同时，加强设计方案的有效性，从而从根本上提高玻璃幕墙的整体质量。

1 玻璃幕墙概述

1.1 玻璃幕墙的概念与特点

幕墙是建筑物的外墙护围，是现代大型和高层建筑常用的带有装饰效果的轻质墙体。由结构框架和镶嵌板材组成，不承担主体结构荷载与作用的建筑围护结构。幕墙并非只有安装在建筑项目外墙的部分，也包括安装的雨篷、采光顶等。随着科技的不断进步，幕墙的优势越来越多，主要体现在美观和安全性上。幕墙除了美观性外，还具有一定的节能保温效果；对于幕墙的安全性来说，防雨、抗风压、抗震、防雷效果都很好。因此，玻璃幕墙在高层建筑工程中的应用越来越广泛，它不仅可以满足建筑师对各种造型设计的要求，而且可以系统化施工，促进工程顺利进行。

1.2 玻璃幕墙的作用

随着高层建筑工程的不断发展，玻璃幕墙在工程施工中得到了广泛应用，具有一定的装饰作用和良好的防护效果。结合当前现状分析，大多数高层建筑工程中使用的建筑玻璃是中空玻璃或真空玻璃，对玻璃热工性能要求或对中空玻璃表面变形要求较高时，可采用三玻两腔中空玻璃，并采用热反射或低辐射镀膜玻璃。它具有更好的保温隔热效果，还能在夏季减少太阳辐射，降低室内温度，为人们提供更舒适的生活环境。因玻璃幕墙的这些优势，实现了节能减排的目标，对生态环保具有重要作用。由此可知，玻璃幕墙除了具有节能保护功能外，还有很好的装饰功能，不仅满足大众审美需求，而且还能提升城市形象，促进城市的发展。

1.3 玻璃幕墙的类别

按幕墙形式可分为明框玻璃幕墙、隐框玻璃幕墙和半隐框玻璃幕墙；按幕墙安装施工方法可分为单元式玻璃幕墙和构件式玻璃幕墙。明框即幕墙的外框暴露在外面，玻璃嵌在其中，具有稳定效果，其应用率较高；而隐框是指不含金属外框，与明框相比，隐框更美观。玻璃幕墙由玻璃面板和骨架构成，两者通过有效结合形成玻璃幕墙，不仅具有保温隔热功能，而且具有一定的美观性。另外，玻璃幕墙具有较高的稳定性和安全性，同时，具有抗风、抗震等性能。因此，在建筑工程中应根据实际情况选择合适的玻璃幕墙类型，以保证施工的安全和质量。

2 高层建筑玻璃幕墙的发展现状分析

2.1 设计灵活性

玻璃幕墙刚兴起时，大部分建筑企业都是自己承担设计和施工工作，这不仅增加了生产压力，还会引发各种问题。由于缺乏专业人才，不能结合实际情况对玻璃幕墙进行科学设计，导致玻璃功能性得不到发挥，美观度也不高。另外，设计灵活性不足，缺乏玻璃幕墙安装技术，施工材料的质量得不到保障，使用寿命有限，存在较大安全隐患。随着外包行业的不断发展以及优秀设计公司的出现，能够将玻璃幕墙工程承包给专业公司，不仅降低了安全风险，而且能够根据业主的实际需求进行科学设计，大大提高了设计灵活性和施工质量。

2.2 环保性材料

随着人们环保意识的提高，企业使用环保型材料来减少环境污染。在幕墙设计中，通过与自然环境的结合来降低资源能耗。例如，在隔热设计时，可采用热反射玻璃或低辐射镀膜玻璃将具有加热作用的远红外光直接反射到户外，提高透光率，增强建筑保温效果，节约能源。另外，真空玻璃具有良好的隔热性和环保性能，随着科技的不断进步，新型化学物质可以有效替代原玻璃类材料，不仅可以减少生产过程的污染，而且可以达到环保的目的。

3 高层建筑玻璃幕墙设计

3.1 结构设计

支撑结构的设计是玻璃幕墙设计中的关键环节。由于玻璃幕墙抗风压、抗震性等都需要通过支撑结构来实现，因此，必须保证支撑结构设计符合规范要求，便于后续维护，提高其耐久性和安全性。一是重视预埋件设计，通常可选用平板或槽形的锚板，并做好镀锌操作，避免腐蚀。锚板与钢筋焊接完成后，应在设计位置预埋。二是支撑结构设计的关键是立柱设计，要确保其满足荷载要求，并从根本上提高其强度和稳定性。另外，做好上下立柱连接设计非常重要，必须保证其符合规范要求。三是后置埋件设计，当施工现场不具备预埋条件时，应设计后置埋件，利用锚栓将埋件固定在建筑主体混凝土结构上，达到承载力要求。

3.2 合理选择材料

在材料的选择上，以明框玻璃幕墙为例，包括玻璃、铝型材、埋件、胶条、密封胶等，选用时应确保材料具有耐久性、抗腐蚀性等，使用这些材料制作的玻璃幕墙稳定性好，且不会出现变形等问题。

3.3 防火设计

在玻璃幕墙设计时，应加强防火设计，选用的填料是不可燃材料，并做好防火处理。对于没有窗槛墙的玻璃幕墙，每一层的外沿部分都要进行防火设计。另外，玻璃幕墙与楼层之间的空间应采用厚度不小于1.5mm的镀锌钢板支撑，便于承托填充的防火岩棉，钢板与主体结构、玻璃幕墙之间的间隙宜打防火密封胶。

3.4 安全设计

在玻璃幕墙设计中，也要注意安全设计，首先要对玻璃幕墙的气密性、水密性等进行明确规定，同时，严格检查其承载力，检查数值是否符合标准要求。另外，在接地防雷设计中，预埋件应与主体防雷钢筋焊接，遇雷击时可通过钢筋传至地面，并与接地部分进行有效连接，保证高层建筑玻璃幕墙设计的安全。

3.5 抗风压设计

在高层建筑工程的玻璃幕墙设计中，抗风压设计可以有效提高幕墙的安全性。因此，幕墙的抗风压设计应予以重视。由于风荷载受周围场地和工程自身条件的影响，存在计算误差，此时可采用风洞试验处理，以获取不同位置所能承载的最大风荷载。在计算风荷载时，不同位置的结构不同，即使同一高度，其风荷载也有一定差异。施工人员在计算构件结构时，应校核好变形和强度两个指标，但需注意的是，不同材料的强度和变形值也会不同，分析时应结合其他荷载组合计算，以提高玻璃幕墙的安全性，满足工程建设的实际需求。

3.6 防雷设计

玻璃幕墙的防雷设计应符合现行国家标准，幕墙的立柱应与主体结构的防雷体系可靠连接，连接部位应清除非导电保护层。通常情况下，玻璃幕墙的铝合金立柱在不大于10m的范围内宜有一根柱采用柔性导线上下连通，铜质导线截面积不宜小于25mm2，铝质导线截面积不宜小于30mm2。对应导电通路立柱的预埋件应采用圆钢或扁钢与主体建筑的水平准压环焊接连通，形成防雷通路。幕墙防雷设计有助于提高整个项目的安全。

3.7 遮阳设计

良好的采光能给人们提供舒适的居住环境，因此，遮阳设计必须引起人们的重视。在玻璃幕墙的遮阳设计中，一般可以从以下两个方面来研究。第一，遮阳系数较低玻璃的应用。在高层建筑的遮阳设计中，采用遮阳系数较低的玻璃可以有效提高玻璃幕墙的隔热效果。但在实际应用中，由于玻璃通透性较弱，会影响采光。第二，遮阳装置的应用。玻璃幕墙外侧安装遮阳装置，常见的类型是百叶型等。目前，高层建筑大多采用电动方式对遮阳装置进行控制，根据季节变化和光照的变化情况进行调节，通过程序的设置或人工形式对其进行有效控制。电动遮阳装置的应用不仅具有一定的遮阳功能，而且作为一种先进的技术设备，能有效提高高层建筑的外观效果。

4 高层建筑玻璃幕墙施工技术要点

4.1 准备工作

为了提高玻璃幕墙的安装质量，在主体结构施工中同步进行预埋，检查预埋件的变形和位移情况，如果不能完成预埋操作，施工人员就要安装后置埋板，用锚栓固定，保证安装的准确性，锚栓必须经过现场拉拔试验，达到设计要求的承载力。在施工过程中，施工单位还可以应用先进的BIM技术优化玻璃幕墙方案，提高施工水平。

4.2 测量放线

测量放线在玻璃幕墙施工中起着重要作用。施工人员深入现场进行测量，确保测量数据符合设计要求。保证测量数据的准确性，为后续施工打下基础。测量完数据后，施工人员选择玻璃幕墙基准轴，确定重要位置点，施工人员可根据基准轴线选择，也可根据楼层选择，但不得超过两个，以保证施工质量。完成测量和选点工作后，再进行放线操作。实际测量要结合工程实际，全面分析影响因素，确保施工质量。

4.3 预埋件安装

在高层建筑工程施工中，应结合设计内容做好玻璃幕墙预埋件的加工，严格验收，为施工打下坚实的基础。为了保证安装位置的准确性，可采用点焊方式完成安装，并固定好预埋件，以保证安装位置不发生位移。但需要注意的是，预埋件安装时应确保偏差在20mm以内，后期龙骨安装时，发现预埋件位置偏差过大或未设置预埋件时应采取补救措施，确保施工顺利。

4.4 主龙骨安装

主龙骨的安装作为高层建筑工程施工中的一项重要内容，必须严格按照图纸施工，立柱由钢转件与埋件固定，立柱与钢转件之间用螺栓连接，上下立柱通过插芯方式连接。龙骨安装完成后，还要检查龙骨是否有问题，立柱安装轴线偏差不应大于2mm，相邻两根立柱安装标高偏差不应大于3mm，立柱安装就位、调整后应及时紧固。一旦发现问题及时整改，避免龙骨安装过程中出现的问题影响到整个工程的进度。

4.5 次龙骨安装

高层建筑施工中，次龙骨安装操作相对简单，安装前应注意横梁是否处于水平位置。从安全和质量分析的角度出发，在骨架安装过程中，应注意防腐和防雷处理，可采用喷涂等方式对横梁进行氟碳喷涂或粉末喷涂，以保证喷涂厚度达到规范要求。为了提高施工质量，必须做好检验记录，发现问题及时整改，内部检查合格后上报，确保验收质量。

4.6 玻璃安装

玻璃属于易碎性材料，应注意玻璃的搬运和运输，使用缓冲材料防止玻璃损坏。为避免玻璃的二次损坏，玻璃到达施工现场后应立即检查并安装，避免长时间放置。另外，安装玻璃时应注意以下几点：一是玻璃安装前应进行表面清洁。二是要按照设计图纸编号选择正确的玻璃，采用玻璃吸盘安装。三是玻璃打胶，胶缝要饱满美观。安装完成后，还要严格检查玻璃是否平整，确保施工质量。