點(diǎn)式玻璃幕墻支承體系及其應(yīng)用

摘要：點(diǎn)式玻璃幕墻以其外觀整潔、明麗、具有現(xiàn)代感而得到了廣泛的應(yīng)用，支承體系為點(diǎn)式玻璃幕墻的重要組成部分。文章對(duì)點(diǎn)式玻璃幕墻支承體系及其應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：點(diǎn)式玻璃幕墻；支承體系；桁架；索桁架；預(yù)應(yīng)力

中圖分類號(hào)：TU311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-2374（2009）02-0047-02

一、前言

玻璃幕墻通過(guò)金屬構(gòu)件和玻璃板組成建筑物外維護(hù)結(jié)構(gòu)，使建筑物外觀整潔、明麗、具有現(xiàn)代感，早在100多年前已經(jīng)開(kāi)始在建筑中得到應(yīng)用。但受限于幕墻材料和加工工藝的束縛，在本世紀(jì)中期以前，玻璃幕墻的發(fā)展十分緩慢。隨著一些新材料、新技術(shù)和新工藝的出現(xiàn)，自20世紀(jì)30年代以來(lái)，玻璃幕墻得以迅速發(fā)展，在建筑中得到了廣泛的應(yīng)用，我國(guó)從20世紀(jì)80年代開(kāi)始在一些大中城市的建筑中采用玻璃幕墻。

點(diǎn)式玻璃幕墻采用金屬連接件和緊固件將建筑玻璃與金屬（或玻璃等）支承結(jié)構(gòu)連接成整體的新型組合式建筑結(jié)構(gòu)形式，由于點(diǎn)式玻璃的高透明性，使玻璃幕墻如同一道無(wú)形的帷幕，分割開(kāi)室內(nèi)和室外，又將室外的景色引進(jìn)室內(nèi)，讓室內(nèi)外融為一體。同時(shí)由于點(diǎn)式玻璃技術(shù)的精細(xì)性和設(shè)計(jì)的靈活性，大大豐富了建筑立面和造型。

二、點(diǎn)式玻璃幕墻體系組成部分

（一）玻璃

點(diǎn)式玻璃體系中，每塊玻璃與點(diǎn)式構(gòu)件有4點(diǎn)、6點(diǎn)或8點(diǎn)等連接方式。點(diǎn)式玻璃通過(guò)孔洞與連接件連接，由于鉆孔而導(dǎo)致孔邊應(yīng)力集中使玻璃承載力降低，故點(diǎn)式玻璃建筑必須采用強(qiáng)度較高且使用安全的鋼化玻璃。氣候寒冷地區(qū)的建筑物宜采用鋼化中空玻璃，它是在兩片鋼化玻璃之間夾有干燥的空氣層或惰性氣體層。在人流比較大或采光頂?shù)葘?duì)安全性能要求較高的玻璃建筑，往往選用鋼化夾膠玻璃，即在兩層玻璃之間夾入PVC膠片。玻璃破碎時(shí)碎片仍會(huì)與PVC膠片粘在一起，避免玻璃掉落造成傷人或財(cái)產(chǎn)損失。另外，PVC膠片具有對(duì)聲波的阻尼功能，具有良好的隔音效果。由于鋼化夾膠玻璃能有效減弱陽(yáng)光的投射，防止眩光，不致造成色彩失真。同時(shí)，它對(duì)紫外線有阻擋作用，保護(hù)陳列品和商品免受紫外線光輻射而褪變顏色，但對(duì)植物花卉的生長(zhǎng)不利，因此在暖房和溫室就不宜選用。玻璃的基本物理特性主要表征為：抗壓強(qiáng)度大，抗拉性較差，易脆易斷裂。所以在設(shè)計(jì)中要揚(yáng)長(zhǎng)避短，盡量避免將玻璃作為純粹的抗拉構(gòu)件使用。

（二）金屬連接件

金屬連接件是點(diǎn)式玻璃技術(shù)的關(guān)鍵，通常由鋼或鋁合金構(gòu)件組成。它包括支承件和緊固件，又稱爪件和扣件。緊固件與玻璃相連，或沉入玻璃表面之內(nèi)，或突出在玻璃之上。支承件與緊固件連接，像爪子一樣將玻璃緊緊抓住，將緊固件和支承玻璃的結(jié)構(gòu)體系緊密相連，將荷載傳遞給結(jié)構(gòu)。它的形式有I型爪件、H型爪件、X型爪件和圓盤滑動(dòng)固定件等。

（三）支承體系

支承體系是將玻璃所承受的各種荷載直接傳遞到建筑物主體結(jié)構(gòu)上，一般可以根據(jù)建筑的造型和荷載的大小來(lái)選擇合適的結(jié)構(gòu)形式。應(yīng)用于點(diǎn)式玻璃的支承體系主要有全玻璃支承結(jié)構(gòu)、柱支承結(jié)構(gòu)、桁架支承結(jié)構(gòu)、索桁架支承結(jié)構(gòu)和索網(wǎng)支承體系等。每種結(jié)構(gòu)形式都有各自不同的變化形式，以適應(yīng)不同情況下幕墻、屋頂和其他不同類型的建筑及其局部設(shè)計(jì)的要求。

（四）密封材料

點(diǎn)式玻璃技術(shù)中玻璃與玻璃之間采用耐候硅酮密封膠，而玻璃與金屬則采用硅酮結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)。膠主要起密封作用，因此不必進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算。但在使用之前必須對(duì)膠與接觸材料進(jìn)行相容性試驗(yàn)，性能檢測(cè)必須合格，并且在有效期內(nèi)使用，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程，以確保施工質(zhì)量。

三、點(diǎn)式玻璃幕墻支承體系

點(diǎn)式玻璃幕墻按照支承結(jié)構(gòu)的不同將其分成5種主要體系，它們是：全玻璃結(jié)構(gòu)點(diǎn)式玻璃幕墻、柱支承體系、桁架支承體系、索桁架支承體系及索網(wǎng)支承體系。

（一）全玻璃結(jié)構(gòu)點(diǎn)式玻璃幕墻

全玻璃結(jié)構(gòu)點(diǎn)式玻璃幕墻亦稱為玻璃肋式幕墻，該體系由幕墻面玻璃和玻璃肋組成。其中，抵抗橫向荷載，尤其是風(fēng)荷載的結(jié)構(gòu)主要由平面玻璃肋承擔(dān)。全玻璃結(jié)構(gòu)點(diǎn)式玻璃幕墻光學(xué)效果與美學(xué)效果都非常突出。玻璃作為主承重件，金屬結(jié)構(gòu)件少，透明度高，日景與夜景中均能營(yíng)造出通明剔透的晶瑩光感，這一特性在同類結(jié)構(gòu)中是出類拔粹的。全玻璃結(jié)構(gòu)點(diǎn)式玻璃幕墻最大的限制在于空間的高度。由于受玻璃本身的結(jié)構(gòu)性能的限制，面玻璃有它的最大尺寸（目前最長(zhǎng)為6m）。單體玻璃肋因此也有一定的空間高度限制，無(wú)法超越6m空間高度。幕墻高度較大時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇適當(dāng)幕墻玻璃尺寸大小以及增加每塊幕墻玻璃的點(diǎn)支承數(shù)目。由于全玻璃結(jié)構(gòu)是玻璃主承重結(jié)構(gòu)，在玻璃幕墻尺寸較大，高度較高時(shí)，影響立面玻璃劃分的不僅有玻璃的特性、構(gòu)件尺寸和生產(chǎn)工藝，還要考慮風(fēng)荷載和其他橫向荷載的影響。

（二）柱支承體系

柱支承點(diǎn)式玻璃幕墻以鋼柱為支承結(jié)構(gòu)，點(diǎn)式構(gòu)件由柱子上伸出，從而支承幕墻玻璃。該體系特點(diǎn)是承載力較高，剛度較大，與玻璃的連接處細(xì)部構(gòu)造較為簡(jiǎn)潔，能懸掛較大面積或較厚的單面玻璃。因此，這種結(jié)構(gòu)形式較適用于大跨度柱距和應(yīng)用特種玻璃的建筑。這一玻璃幕墻體系由于鋼柱不但能承擔(dān)房屋主體的荷載，也可以承擔(dān)玻璃幕墻的荷載，因此結(jié)構(gòu)傳力路線清晰合理，構(gòu)造簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，施工方便，在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多。但是造型也因此相對(duì)單一。同時(shí)，這種體系由于柱子承擔(dān)所有的橫向和豎向的荷載，截面相對(duì)較大，在一定程度上降低了玻璃幕墻的通透性和精細(xì)性。另外一方面，柱支承點(diǎn)式玻璃結(jié)構(gòu)中的造型語(yǔ)言也可以來(lái)自于此，鋼柱的形式設(shè)計(jì)較為靈活；既可以位于建筑室內(nèi)，也能在建筑室外；總之，不同形式的柱子，為滿足建筑造型的不同需求帶來(lái)了極大方便。

（三）桁架支承體系

這種支承體系玻璃幕墻使用各種類型的桁架結(jié)構(gòu)作為受力支承體系，從桁架上伸出爪件連接玻璃閉。桁架承受橫向和豎向的荷載，玻璃僅僅傳遞橫向的風(fēng)荷載，因此桿件桁架體系的玻璃幕都是次承重結(jié)構(gòu)。桁架支承體系同柱支承體系有很多相似之處。如：由玻璃背后的主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)承擔(dān)橫向和豎向的荷載，能懸掛較大較厚的單塊平面玻璃，主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式可以隨建筑設(shè)計(jì)的要求而靈活改變等。同時(shí)它有自己更為突出的優(yōu)勢(shì)：首先，桁架設(shè)計(jì)上多應(yīng)用桿件的組合體，對(duì)視線的遮擋較少，立面顯得更為通透。其次，在桁架的方向在設(shè)計(jì)上也更靈活，可以豎直立于地面也可以橫向平行于地面。最后，因?yàn)殍旒艿脑O(shè)計(jì)跨度較大，建筑的跨度可以設(shè)計(jì)得更大。

（四）索桁架支承體系

索桁架支承體系實(shí)際上是桁架支承體系的一種變化形式，即用鋼索作為桁架體系中的拉桿，與受壓桿相結(jié)合作為玻璃的支承結(jié)構(gòu)，通過(guò)施加預(yù)應(yīng)力產(chǎn)生平面內(nèi)剛度，構(gòu)成預(yù)應(yīng)力索桿結(jié)構(gòu)體系。與以上的幾種形式相比，索桁架支承體系的桿件（索）直徑較細(xì)，使整個(gè)結(jié)構(gòu)體系輕盈而飄逸。桿件和節(jié)點(diǎn)雖然多，但是不覺(jué)繁瑣，卻更顯精細(xì)，增添與玻璃的對(duì)比，體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)的精巧性。同時(shí)該體系將預(yù)應(yīng)力技術(shù)與空間結(jié)構(gòu)技術(shù)有機(jī)地結(jié)合在一起，受力合理、技術(shù)先進(jìn)、結(jié)構(gòu)安全。

（五）索網(wǎng)支承體系

索網(wǎng)支承體系由交叉的水平索和垂直索組成，該體系結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單明了、布置靈活，同時(shí)具有其他玻璃幕墻支承體系所難以達(dá)到的通透性，而與玻璃肋板式的玻璃幕墻相比，它又具有質(zhì)感強(qiáng)的特點(diǎn)。該結(jié)構(gòu)與索桁架支承結(jié)構(gòu)相比，在構(gòu)造上可以省去玻璃幕墻的爪件，直接由桿件上縛一玻璃扣件，玻璃與玻璃之間直接用扣件相連，扣件與桿件之間通過(guò)一定的聯(lián)系件相連，免去了桿件。索網(wǎng)支承體系由于其自身變形大的特點(diǎn)，無(wú)法應(yīng)用于跨度較大的結(jié)構(gòu)中，這在很大程度上限制了它的工程應(yīng)用。將索網(wǎng)結(jié)構(gòu)與索桁架、魚(yú)腹式柔性支承、鋼桁架、鋼柱相結(jié)合，能夠發(fā)揮索網(wǎng)支承體系結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單、通透性好的同時(shí)，亦能將其應(yīng)用于跨度相對(duì)較大的結(jié)構(gòu)。索網(wǎng)支承體系設(shè)計(jì)難度較高、安裝調(diào)試較復(fù)雜和造價(jià)昂貴，這些因素成為其發(fā)展的障礙，在近年來(lái)實(shí)現(xiàn)的建筑還較少。但由于空間結(jié)構(gòu)和點(diǎn)式玻璃在技術(shù)上有著良好的契合點(diǎn)，而且空間結(jié)構(gòu)形式多樣，對(duì)于建筑設(shè)計(jì)的適用性很強(qiáng)，因此，索網(wǎng)支承體系點(diǎn)式玻璃幕墻已受到廣泛的關(guān)注和研究，相信會(huì)成為未來(lái)玻璃幕墻發(fā)展的一種重要趨勢(shì)。

四、結(jié)語(yǔ)

玻璃幕墻以其外觀整潔、明麗、具有現(xiàn)代感而得到了廣泛的應(yīng)用，作為玻璃幕墻的重要組成部分一支承體系，具有各自的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，工程師在方案設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)了解各支承體系的特點(diǎn)，根據(jù)工程的實(shí)際情況采用合適的支承體系。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：鄭美華（1978- ），浙江東升鋁幕墻裝潢有限公司助理工程師，研究方向：土木工程。