点支式玻璃幕墙

王瑜

摘 要： 本文介绍了点支式玻璃的发展过程、艺术表现力、现状及特点，进一步详细叙述了点支式玻璃结构形式、构造形式及其构造设计方面的要求。同时结合建筑的舒适和节能，说明了点支式玻璃幕墙在这方面所采取的技术及构造措施。由此得出任何新的建筑材料及技术的出现有它先进的一面，但同时存在构造上的集体要求和不足，在实际的建筑设计中只有把艺术与技术很好地结合起来才能更好地发展建筑。

关键词： 点支式玻璃幕墙 设计要求 热工性能及措施

玻璃作为一种古老的建筑材料，从诞生那天起就是建筑重要的构成元素之一。在古代，人们只是把玻璃作为采光窗，到了中世纪，工匠们通过彩色玻璃作为采光窗，进行建筑空间和里面的塑造。20世纪，现代建筑大师们重新定义了玻璃在建筑中的地位和作用，使玻璃幕墙建筑几乎一度成为现代建筑的代名词。

开放与交流、内外环境的交融已成为公共建筑的发展趋势，点支式玻璃幕墙的特点顺应了这一趋势，越来越多地应用到建筑上。为了能充分地表现玻璃的通透性和轻盈效果，反映建筑物内外空间的相互渗透，点支式玻璃幕墙以独特的富有现代高新技术与艺术表现力的支承方式，将玻璃幕墙的外形设计推到了极点。人们透过玻璃可以清晰地看到支承玻璃的整个钢结构系统，使幕墙骨架体系由单纯的支承作用改变为支承和表现结构美学的双重作用。

这一体系的最大特点是最大限度地表现了玻璃的通透性，最充分地显示出金属材料的结构魅力。它可以按照不同的建筑空间形态，设计出独特的结构支撑体系，这种体系适应不同建筑的需要，用不同的方式表达建筑语言。

一、点支玻璃幕墙的发展过程

由于玻璃材料本身的限制，20世纪80年代以前建筑大都采用单元使玻璃幕墙又称框式，是指玻璃面板通过铝合金框架固定在建筑外墙上。随着垫支使玻璃幕墙的出现，其将玻璃的固定方式由传统的框接（明框或隐框）变为采用金属栓驳接。一般每块玻璃只需四个固定点，由不同形式的金属受力支撑体系固定金属栓。玻璃可以是单层或是中空的钢化玻璃，必须先钻孔再钢化；金属栓一般采用不锈钢，与玻璃固定有多种方式，必须考虑到装配的精度，驳接螺栓通常采用球状铰接螺栓，可在±10°范围内转动。当玻璃在承受风载产生挠度时，球铰对玻璃的约束力就会降低，可以大大减少连接处的附加弯矩。根据气候需要还可以做成“热断桥”的节点；金属支撑结构体系是按照建筑师的要求，根据不同的高度和跨度，可以是桁架式的，也可以是拉索式的，千变万化。

由于它的材料加工、安装特点，使得它具有很强的现代工业技术表现力，也使建筑工程的精度达到限机械加工的水平。由于它的高技术特点及制造加工难度，虽然这项技术在国外已很成熟，但在国内的采用还是近几年的事。随着国内建筑业的发展，材料加工、玻璃加工技术已经有所提高。对于点支式玻璃来说，最难的问题还是设计技术，因为这种体系是一种“量体裁衣”的结构方式，每件产品都可能有不同的支撑体系，这才是点式玻璃幕墙能否达到完美的“工业技术”表现力的真谛所在，也是点支式玻璃能否产生无穷魅力的关键。

二、点支玻璃简介

普通的玻璃幕墙，其玻璃板块的固定均为四边支撑，而点支式玻璃幕墙的玻璃一般通过在玻璃上留洞，采用四点或六点支撑方式。玻璃接头和支撑结构体系的设计显得尤为重要，这不仅关系到点支式玻璃幕墙的安全性、可靠性，同时涉及钢结构骨架的整体美观和艺术的表现力。如上海大剧院的点支式玻璃幕墙，点支式玻璃幕墙高15M，由500块3000mm×1825mm×15mm的透明白片钢化玻璃所组成，每块玻璃的四个角上分别由不锈钢支承爪件作四点固定。在支承爪件的背后设有直径11mm的钢索系统纵横绷紧固定，这种钢索（也称索杆）体系比普通的金属骨架体系或全玻式玻璃幕墙体系更纤巧、通透。（图1）

1.结构形式

点支式玻璃幕墙的结构由玻璃面板、支承结构、连接玻璃面板与支承结构的支承装置等组成。其支承结构体系有杆件体系和素杆体系两种。杆件体系一般采用钢性构件（即钢结构框架）组成的结构体系。索杆体系是由拉索、拉杆和刚性构件等组成的预应力结构体系。此外，点支式玻璃幕墙的支承结构布置又可分为单向受力体系和双向受力体系两种方式。点支式玻璃幕墙的支承结构，除承受幕墙系统的使用荷载（风力、自重、地震荷载、温度应力等）外，还要承受拉杆结构和索桁架的拉力，而且这些拉力相当大。如果在积极筑物主体结构时，对支承拉杆或索桁架的支承结构没有考虑桁架的拉应力产生的效应，则张拉结构的幕墙就无法安装使用。

2.爪件构造

点式玻璃幕墙的支承爪件按固定点数和外形可分为下列五类：

（1）单点爪—I/2型、V/2型；（图2）

（2）二点爪—U型、V型和K型；（图3）

（3）三点爪—Y型；（图4）

（4）四点爪—X型和H型；（图5）

（5）多点爪。

支承爪件一般使用不锈钢或碳素钢，由于直接暴露在外，外观显得格外重要，因此，构件表面加工精度要求也较高。支承爪件可分为可转动和不转动两种形式，为便于安装施工，爪件应有调节能力（图6）。

3.建筑构造设计要求

点支式玻璃幕墙支承结构的形式灵活多样，应综合建筑物的使用功能、立面造型设计，节能要求和工程投资等技术经济条件来确定幕墙的构造类别和结构形式，并与建筑整体和周围环境相协调。对于立面和分格设计应与室内空间布局、楼地面标高位置相适应；同时，要便于防火构造处理及有效提高玻璃面板的成材率。由于点支式玻璃幕墙一般选用透明白片钢化玻璃，立面设计更应综合考虑室内外视觉效果。

点支式玻璃幕墙的玻璃，一般根据建筑物的使用功能可采用单层钢化玻璃、钢化夹层玻璃和钢化中空玻璃等。对于钢化钻孔玻璃，玻璃面板的最大应力往往在支撑点的钻孔处，气孔边产生的引力最危险的部位。因此，有关点支式幕墙玻璃钻孔的孔径、孔维和孔距有以下规定：

（1）孔径不小于5mm，且不小于玻璃厚度t；

（2）孔径不大于玻璃面板短边长度的1/3；

（3）孔边缘至玻璃面板边缘的距离不小于2t，且不小于孔径；

（4）位于玻璃面板角部的钻孔，孔边缘至玻璃面板角部顶点的距离不小于4t；

（5）玻璃面板短边长度不小于8t。

点支式玻璃幕墙面板间的接缝宽度与玻璃的厚度，应更具结构计算来确定，以满足平面内发生最大控制位移值时面板间不挤压碰撞，面玻璃的接缝则应采用耐候硅酮密封胶填嵌密实，以防雨水渗漏。另外，支承连接玻璃的不锈钢爪件与玻璃空的接口必须密封防水。在防火安全设计方面，要求点支式玻璃幕墙与每层楼板、隔墙交界处的缝隙采用不燃材料填充，并用防火板托住。防火板与玻璃间应灌注防火密封胶，并作技术处理；有条件的也可采用防火玻璃作层间隔断。

三、点支式玻璃幕墙的热工性能及措施

由于点支式玻璃幕墙体系采用的都是透明玻璃，普通透明玻璃的光线穿透率最大，最容易吸收室外热量，也就是说，采用这种体系的建筑必须采用相应的构造技术手段进行节能控制。

玻璃幕墙的保温热工性能受许多因素的影响，其中影响最大的指标就是传导系数和遮挡系数（遮阳系数）。一般来说，传热系数受构造和材料厚度的控制，遮挡系系数则受到玻璃本身特性的控制，比如采用丝网印刷图案的玻璃、着色玻璃、镀膜玻璃、固定遮阳构件、百叶、室内窗帘、室外遮阳，等等。

采用镀膜玻璃、着色玻璃和印刷图案等方法，都能发挥遮挡太阳辐射和室外光线的作用，但这种方法不论春夏秋冬，将室外能量一概拒之窗外。其实在冬季，人们需要阳光的热量，尽可能使室外能量传入室内。在早晨、傍晚或阴天的时候，人们需要室外光线尽可能传入室内。尽管在建筑材料研究者的一再努力下，对于玻璃的选择有所进展，但既能透过自然光又能避免热损失的理想材料还是难以找到。

透明玻璃加遮阳体系是合理解决节能和有效利用日光能源的理想途径。也就是说，由遮阳体系为幕墙提供遮挡系数，在需要阳光的时候收起遮阳装置，使在建筑内部的人能够享受阳光。根据法国ElectricdeFrance对此类建筑的研究，对一座具有32%直接受光面的建筑物，从太阳处所获得的热量，占其所吸收各种热量总和的28%左右。采用遮阳装置对于缓解太阳负荷十分有效。简单地说，内遮阳系统可减少这种热负荷的50%左右，而外遮阳系统可减少这种热负荷的75%左右，可以看出外遮阳比内遮阳有效得多。这是由于内遮阳在玻璃窗内所引起温室效应，不可避免使室内热量积聚，而外遮阳则不受这种效应的制约，因此欧洲建筑界的认识，已经把外遮阳系统作为一种活跃的立面元素，加以利用，甚至称之为双层立面形式。一层是建筑物体本身的立面，另一层则是动态的遮阳状态的立面形式。这种具有“动感”的建筑物形象不是因为建筑立面的时尚需要，而是现代技术解决人类对建筑节能和享受自然需求而产生的一种新的现代建筑形态。

总的来说，点支式玻璃作为一种新的建筑技术，它使我们在欣赏建筑通透与轻盈的同时，又展现了结构之美和精细的施工、构件工艺之美。但也对我们提出了问题，在利用新的建筑材料创造建筑形式的同时，我们也需要利用一定的构造技术达到建筑节能和舒适。这两方面相辅相成，在生态建筑大方向下，建筑师只有把二者很好地结合起来才能更好地推动建筑的发展。