探讨玻璃幕墙设计技术

王业中

摘 要：幕墙技术以其实用性和美观性在建筑工程中得到广泛的使用,本文首先分析了高层建筑玻璃幕墙设计时应该考虑的问题,接着重点分析了高层建筑玻璃幕墙设计,最后总结了在幕墙专项设计中易出现的一些疏漏,希望能够为高层建筑幕墙设计提供的借鉴。

关键词：玻璃幕墙；节点；防火设计；防雷设计

中图分类号：TU2文献标识码： A

1 概述

随着城市化进程的不断加快,人们生活的物质水平不断提高,从而更加注重精神上的享受,建筑作为人们使用较为频繁的一种商品,其美观性逐渐被重视起来建筑玻璃幕墙的使用能够使简单的建筑外围结构变得更加丰富多彩,从而在建筑设计中得到越来越广泛的使用但是玻璃幕墙也有其局限性,比如,玻璃作为一种易碎材料使用在建筑外围结构中很容易发生安全事故,不同的建筑对外围结构的要求也不同,因此,需要使用不同材质或者不同规格的玻璃幕墙,一定要根据建筑物的实际情况和要求进行设计,避免安全事故的发生

2 玻璃幕墙的主要类型及设计

幕墙结构设计在幕墙设计中是一个重要的环节。玻璃幕墙属于建筑物外维护结构或装饰结构，应参照围护结构设计的标准来进行设计。其结构构成主要有支承结构体系与玻璃两大部分。相对主体结构而言，其可以有一定的位移，但不分担主体结构所受重力。设计时，应考虑幕墙自身重力荷载、直接承受迎面而来的风荷载以及地震时地震荷载。

玻璃幕墙结构主要分以下三类：

2.1 框支承玻璃幕墙（按结构构造形成又分明框、隐框、半隐框玻璃幕墙三类）框支承玻璃幕墙，即玻璃面板周边由金属框架支承的玻璃幕墙，其力学计算模型为：面板按四边支承板，横梁按双向受弯构件，立柱按铰接多跨梁且宜按偏心受拉构件设计，并按有关结构设计手册或专门的计算软件计算。

2.2 全玻幕墙：

全玻幕墙，由玻璃肋和玻璃面板构成，面板为对边简支和多点简支形式，玻璃肋类似简支梁。

2.3 点支承玻璃幕墙：

点支承玻璃幕墙，由玻璃面板、点支承装置和支承结构构成。

3 幕墙设计中易疏忽的设计环节

3.1 连接件的设计：

3.1.1 连接件往往未进行设计计算。

幕墙的传力路径为：面板的自重和所承受的风荷载、地震作用等通过连接件传给横梁→立柱→通过锚接点以点传递方式传至建筑物主框架。所以，连接件与主体结构的锚固承载力设计值应大于连接件本身的承载力设计值。

幕墙本身变形能力较小，在水平地震或风荷载作用下，主体结构梁容易产生侧移。由于幕墙构件不能承受过大的位移，只能通过弹性连接件来避免主体结构过大侧移的影响。幕墙构件与立柱、横梁的连接要尽可靠地传递风荷、地震作用、自重作用及主体结构水平位移产生的影响，所以连接件须具有一定的适应位移的能力。

幕墙的破坏，往往最先体现在连接点上，连接点出现问题，则造成整个结构体系出现安全隐患，故连接件的作用不可忽视，必须通过精密计算来确定。

3.1.2 设计图中未交代或不重视连接件的构造设计和措施。

风荷载作用下，幕墙与主体结构之间的连接件发生拔出、折断等严重破坏的情况比较少见，只要保证其足够的活动能力，使幕墙结构避免受主体结构过大位移的影响，一般不会出现这样的问题。但在地震作用下，幕墙和连接件会受到强烈的动力作用，相对而言更容易发生破坏。防止或减轻震害的主要途径是加强构造措施、精心设计、从严掌握。

幕墙结构与主体砼结构应通过预埋件来进行连接，预埋件应在主体结构砼施工时埋入，且位置应准确。但在实际中，很多建筑幕墙因各种原因在主体结构施工完毕后再进行设计和施工，因此造成幕墙结构与主体结构连接的预埋件无法事先预埋。

当无条件采用预埋件时，应采用其他可靠的连接措施，并通过试验确定其承载力。通常可采用后加化学植筋螺栓连接，而在后置埋件上的焊接施工，影响普通化学锚栓的锚固性能，在使用中根据幕墙工程实际的情况，需优先考虑采用定型化学锚栓或后扩底锚栓；所采用的螺栓直径、长度和数量应通过承载力计算确定，且应进行承载力现场试验，必要时应进行极限拉、拔试验。施工操作时，应避开主体结构的受力钢筋及防止截断其受力筋。

3.2 玻璃幕墙胶的使用

3.2.1、中空玻璃间隔胶的使用要求

玻璃幕墙采用中空玻璃时，玻璃有两道密封，在第二道密封中，隐框、半隐框玻璃需采用硅酮结构密封胶，明框幕墙玻璃可采用聚硫胶或硅酮密封胶，其结构性能相对较弱；但在工程施工中，设计师通常没有关注到这个区别，如在隐框玻璃中采用了聚硫胶，那么将会出现很大的安全隐患，其中明框玻璃幕墙的开启扇位置的玻璃尤其容易出现使用错误的情况；

3.2.2 玻璃与型材连接部位结构胶

在重力荷载设计值作用下，玻璃幕墙的重力传给结构胶，结构胶缝均匀承重长期剪力，其承受荷载和作用产生的应力大小关系到幕墙构件的安全。由此可见，结构胶的重要性，所以对结构胶必须进行承载力验算，保证最小的粘接宽度和厚度。在工程案例中，常见结构胶未进行设计计算，设计图中未标注胶宽度和厚度的情况。

3.3设计计算中，风荷载分项系数取值有些不准确。

主要疏忽：未区分负压区墙角，凹凸部位，取值 1.2 偏小，应取 1.4。在高层建筑幕墙设计中，应进行高度方向分区设计，针对性采用合适的结构受力模型；

对高度＞ 200m 或体型、风荷载环境复杂时，宜进行风洞试验。

3.4 玻璃幕墙的防火设计不到位。

幕墙四周与主体结构之间的缝隙、与每层楼板、隔墙处的缝隙仅用普通装饰材料进行封闭，没有采用防火保温材料进行填塞，未能满足消防要求，如楼层发生火灾时不能有效对火势进行隔断。

一般的做法是，采用防火封堵法，通过在缝隙间填塞不燃或难燃材料或由此形成的系统，以达到防止火焰和高温烟气在建筑内部扩散的目的。但在审图过程中，笔者还是发现了设计中有些封堵不到位，标准做法是：缝隙封堵填塞材料应采用岩棉或矿棉，衬托岩棉用镀锌钢板厚度不得小于 1.5mm，岩棉或矿棉厚度不

得小于 100mm（详见图 1）。

同时，为避免两个防火分区因玻璃破碎而相通，造成火势迅速蔓延，同一玻璃板块不宜跨越两个防火分区。

3.5 玻璃幕墙的防雷设计易疏漏

高层建筑在被玻璃幕墙围护后，原建筑物的防雷装置由于玻璃幕墙的屏蔽效应，不能直接起到接闪和防雷作用，闪电对建筑物的雷击往往变成对玻璃幕墙的雷击。故防雷设计也是保证幕墙安全使用的一个重要环节，不可疏漏。

有些幕墙设计中未作防雷设计，或虽有些做了防雷设计，其设计和技术措施也不到位，防雷未与主体建筑的防雷接地系统可靠连接，形成一个导电通畅的整体系统。

笔者就曾遇到过一个因玻璃幕墙防雷设计的疏漏而遭遇雷击的实例，所以玻璃幕墙设计中的防雷设计必须引起设计师的重视。

通常建筑物的防雷装置有三部分：接闪器、引下线和接地装器。幕墙防雷节点标准做法详见图 2 、图 3、图 4。

目前防止侧击雷的常见做法是在 30m 以上的高层建筑玻璃幕墙部位，每三层设置一圈均压环（ 图3、 图4 ）。将幕墙竖向龙骨、横向龙骨和建筑物防雷网接通连成一个防雷整体，把幕墙获得的巨大雷电能量，通过建筑物的接地系统，迅速地输送到地下。

4 结语

总而言之,建筑物的外围结构是建筑物首先呈现给人们的部分,关系到建筑物的总体形象在高层建筑玻璃幕墙设计中一定要注重结合建筑物的实际情况,建筑外围结构的形式,科学合理地设置幕墙的比例,保证幕墙的安全性和可靠性,同时发挥其美化建筑物外围结构的功能,体现建筑物的不同风格和特点。

参考文献

[1] 中华人民共和国行业标准，玻璃幕墙工程技术规范（JGJ102-2003）.

[2] 田延中.建筑幕墙施工图集，北京：中国建筑建筑工业出版社，2006.