浅谈建筑外墙装饰中玻璃幕墙的设计要点
时间：2020-03-30 05:24:56 来源：千叶帆 本文已影响人
摘要：随着玻璃幕墙工艺发展迅速，对建筑工程的造型及装饰效果、市容美化、经济发展都起到了很好的作用。本文通过分析玻璃幕墙设计的基本要求，就玻璃幕墙的设计要点进行了论述，以供同仁参考。
关键词：建筑外墙装饰；玻璃幕墙；设计要点
一、前言
玻璃幕墙作为现代建筑中的一个独特设计，它不仅体现建筑学、美学结构设计的最佳结合，而且把玻璃的多种功能也完美体现出来。诸如玻璃幕墙的通透性，透过玻璃视线达到最佳。玻璃幕墙工艺性能好，玻璃幕墙支撑构件加工细致，表面光滑有良好的工艺感及艺术感，可以适应任何几何形状，在建筑体型上产生丰富的变化，能够充分体现设计师的想象力和创造力。本文通过分析玻璃幕墙设计的基本要求，就玻璃幕墙的设计要点进行了论述，以供同仁参考。
二、玻璃幕墙设计的基本要求
玻璃幕墙是由玻璃板块和杆件组成的结构体系。这个体系要承受风荷载、
自重、地震作用、温度变化等作用产生的各种效应。
（1）强度与刚度。玻璃幕墙主要考虑风荷载、地震荷载、自重荷载。根据地理位置、幕墙的形式考虑荷载的取值，玻璃幕墙的型材、面材、及连接的强度和刚度，必须符合有关的标准和规范的具体要求。
（2）温度变形和结构变形。地域不同、室内外的温度的变化都会引起玻璃幕墙的框架和玻璃本身的变形，从而产生温度应力。由于结构本身存在不均匀沉降、地震、温度变化、风力等作用下也会产生结构的变形。因此幕墙与主体结构之间的连接应考虑以上的因素而采用“柔性连接”，幕墙的长度超过一定要求限度时，应按要求设置变形缝。
（3）玻璃幕墙的建筑功能。玻璃幕墙作为外维护结构应具有相应的建筑功能，玻璃幕墙的建筑设计应根据建筑物的使用功能、美学要求，经济和技术经济比较，选择玻璃幕墙的立面形式、机构形式和材料。玻璃幕墙的性能应根据建筑物所在地的地理、气候、建筑物的高度。体形及环境条件进行设计。建筑节能是一个重要的问题，根据统计建筑方面消耗的能源已达到能源消耗的30%左右，因此必须采取各项有效措施，提高建筑物的保温、隔热水平與适度的减少空气渗透量，以降低能耗。
（4）玻璃幕墙的防火、防雷要求。幕墙的燃烧性能和耐火极限必须满足防火规范要求，特别是高层建筑及多层空间的玻璃幕墙、幕墙和楼板、内墙间隙之间均需设放火填充。由于建筑物多为钢筋混凝土结构或钢结构，应充分利用其金属物作为防雷装置的一部分，将其金属物尽可能的连成一个整体。所以，预埋件与主体结构之间必须连成电器通路。
三、玻璃幕墙的设计要点
玻璃幕墙的设计应满足“四性”，即水密性、气密性、风压变形性、平面变形。由于玻璃幕墙的板块分格较大，往往需要一些特殊的设计措施才能满足以上基本要求。
（1）玻璃面板设计。一般情况下，玻璃应采用钢化玻璃。钢化玻璃的强度可以通过调整玻璃的厚度来增强，通常是比较容易解决，但超大玻璃的挠度往往很大，不易控制，所以需要根据边界支承条件，进行比较准确的计算。除了按照规范采用手算以外，我们还可以使用专门的计算机软件如ANSYS、SAP2000 等通过有限元分析，比较精确地进行玻璃面板应力、挠度的控制，以达到最合理的面板配置。
（2）支撑龙骨设计。目前幕墙常常采用铝型材龙骨作为支撑体系，支撑体系主要由与主体连接的竖向立柱和水平连接的横梁构成。竖向立柱尺寸较大，往往容易满足设计要求。横梁尺寸较小，往往其强度和刚度不易满足超大玻璃的设计要
求。这样我们往往需要将横梁结合超大玻璃的受力特点进行专门设计，也就是要进行铝合金横梁截面优化，设计出满足超大玻璃的刚度及强度的要求的型材，也应是我们行业所说的开模设计。一般情况下，铝型材横梁为了安装的方便，均有盖板，根据需要可开设在横梁的后部，也可在下部。不同的开口位置对横梁不同方向的刚度影响很大。这就需要我们对恒载、活荷载、风荷载、地震等进行荷载组合后，比较水平方向和垂直方向大小，并在截面设计时进行优化，以达到同样截面大小的铝型材，受力最为合理。
（3）针对建筑构造的设计要点。玻璃幕墙设计应采取防雨水渗漏性能的措施，在易发生渗漏的部位应设置流向室外的泄水孔，在易产生冷凝水的部位应设置冷凝水排出管道，构件制作时严格按规定要求钻泄水孔，安装时不得使内排水通道和泄水孔受阻，保持内排水系统通畅。尤其是一些设计有百页窗及采光大棚的幕墙工程，应特别重视其与周边联结、压顶等构造复杂部位的施工，发现密封不良、材料性能达不到要求时及时整改或更换，必要时应分层进行抗雨水渗漏性能的淋水试验，杜绝渗漏现象发生。
（4）幕墙用型材的选用要点。幕墙用型材应符合现行国家标准《铝合金建筑型材》GB/T5237中规定的高精极要求，阳极氧化膜厚度不应低于《铝及铝合金阳极氧化·阳极氧化膜的总规范》GB8013中规定的AA15级，结构件型材壁厚不小于3mm。结构胶要有很好的抗拉强度、剥离强度、撕裂强度和弹性模量，它同时也起到避震的作用。结构硅酮密封胶和耐候硅酮密封等多项物理性能指标的测试，单元式幕墙、多跨连续梁幕墙应取有代表性部位2层以上试件进行检测。幕墙所用结构胶、耐候胶等其它材料按规定同步进行使用前检测，在幕墙构件安装之前进行。通过检测可以发现设计和生产制作中的缺陷和安装过程中应注意的问题、确认设计及材料选择的正确性和幕墙设计功能是否符合实际情况。
（5）构件、结构的连接节点的设计及安装要点。有些工程结构施工时没有预埋连接件、一些涉及旧建筑改造采用幕墙装饰的工程要在结构上设置后置件与幕墙铁角码相连。由于部分铁件出现位移和倾斜，其纠偏连接方案没经设计确定，而是用钢筋、钢板、角铁等材料随意同铁件进行焊接，甚至采用对接平焊、点焊，焊缝不饱满且有漏焊，焊缝长度、宽度、强度远远达不到要求。对幕墙与结构的连接设计应提出具体要求，膨胀螺栓不得直接受拉，一般应采用化学胀锚螺栓，并应进行拉拔试验后采用。连接体与立柱安装节点应有三维调节余量，玻璃幕墙不同金属材料接触处应设置绝缘垫片（一般厚度lmm）或采取其它防腐蚀措施，绝缘片的大小不小于接触面积，以保证铝合金立柱与不同钢材连接件直接接触，立柱与横梁接触处应设置柔性垫片。立柱接头应有一定的空隙，一般为10-20mm，并采用套筒连接法。当一根立柱有两个以上连接点时，其上连接节点应采用刚接构造，下连接点采用铰接构造，使立柱始终处于受拉状态，不能成为受压构件，以免造成立柱弯曲变形。活动接头通过芯柱连接上、下立柱，芯柱与上柱密接、滑动配合，与下柱用螺栓固定，芯柱套入上、下柱的长度为200mm。当立柱接连续梁计算时，要求活动接头能承受弯矩，因此芯柱应伸入上、下柱不小于2倍立柱截面高度，且芯柱应通过加大壁厚提高其刚度，使其截面的惯性矩不小于立柱的惯性矩，以保证该处能连续传递弯矩，以免影响幕墙的平面度。
四、结束语
总之，建筑外墙做成玻璃幕墙，利用玻璃的反射功能，充分解释利用光与影转换的机理，使得整个建筑物和周围环境达到情景交融，建筑立面更具有一种溢光流彩得美感。要真正实现这样的效果，必须严格玻璃幕墙工程的设计审核，对材料、构件的加工制作、安装等设置相应的质量控制点，施工过程中严格按《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003等技术标准进行控制，消除质量和安全隐患，才能确保玻璃幕墙工程的结构安全和重要使用功能。
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