玻璃幕墻的主要支承方式與設(shè)計(jì)原則

顧洪潮 曹勇鵬 趙芝君

摘要:玻璃幕墻是現(xiàn)代建筑較多采用的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)之一,文章介紹了玻璃幕墻的涵義及其主要支承方式,并對(duì)玻璃幕墻的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞:玻璃幕墻;支承方式;設(shè)計(jì)原則

中圖分類號(hào):TU311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1009-2374(2009)10-0062-02

一、玻璃幕墻的涵義

玻璃幕墻是現(xiàn)代建筑較多采用的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)之一,把建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的使用功能與裝飾功能巧妙地融為一體,使建筑更具現(xiàn)代感和裝飾藝術(shù)性。玻璃幕墻不僅實(shí)現(xiàn)了建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中墻體與門窗的合二為一,而且把建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的使用功能與裝飾功能巧妙地融為一體,使建筑更具現(xiàn)代感和裝飾藝術(shù)性。玻璃節(jié)能評(píng)價(jià)的主要參數(shù)自然界中熱量的傳遞通常有三種形式:對(duì)流、輻射和傳導(dǎo)。由于玻璃是透明材料,通過(guò)玻璃的傳熱除上述三種形式外還有太陽(yáng)能量以光輻射形式的直接透過(guò)。衡量通過(guò)玻璃進(jìn)行能量傳播的參數(shù)有玻璃的傳熱系數(shù)K值、太陽(yáng)能透過(guò)率、遮蔽系數(shù)、相對(duì)熱增益等。我國(guó)從上世紀(jì)80年代初開(kāi)始引入玻璃幕墻,經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展,玻璃幕墻在全國(guó)各地的建筑,特別是在一些地區(qū)的標(biāo)志性公共建筑中已經(jīng)使用的相當(dāng)多了。

二、玻璃幕墻的主要支承方式

(一)明框玻璃幕墻

明框玻璃幕墻是金屬框架構(gòu)件顯露在外表面的玻璃幕墻。它以特殊斷面的鋁合金型材為框架,玻璃面板全嵌入型材的凹槽內(nèi)。其特點(diǎn)在于鋁合金型材本身兼有骨架結(jié)構(gòu)和固定玻璃的雙重作用。

(二)隱框玻璃幕墻

隱框玻璃幕墻的金屬框隱蔽在玻璃的背面,室外看不見(jiàn)金屬框。隱框玻璃幕墻又可分為全隱框玻璃幕墻和半隱框玻璃幕墻兩種,半隱框玻璃幕墻可以是橫明豎隱,也可以是豎明橫隱。隱框玻璃幕墻的構(gòu)造特點(diǎn)是:玻璃在鋁框外側(cè),用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠把玻璃與鋁框粘結(jié)。幕墻的荷載主要靠密封膠承受。目前在西安的玻璃幕墻建筑中用的較多。

(三)點(diǎn)支式玻璃幕墻

1.建筑點(diǎn)支式玻璃幕墻的分類。按照支承結(jié)構(gòu)的不同方式,點(diǎn)式玻璃幕墻在形式上可分為以下幾種:(1)金屬支承結(jié)構(gòu)點(diǎn)式玻璃幕墻,這是目前采用最多的一種形式,它是用金屬材料做支承結(jié)構(gòu)體系,通過(guò)金屬連接件和緊固件將面玻璃牢固地固定在它上面,十分安全可靠。充分利用金屬結(jié)構(gòu)的靈活多變以滿足建筑造型的需要,人們可以透過(guò)玻璃清楚地看到支承玻璃的整個(gè)結(jié)構(gòu)體系。玻璃的晶瑩剔透和金屬結(jié)構(gòu)的堅(jiān)固結(jié)實(shí),增強(qiáng)了“虛”、“實(shí)”對(duì)比的效果。(2)全玻璃結(jié)構(gòu)點(diǎn)式玻璃幕墻,通過(guò)金屬連接件及緊固件將玻璃支承結(jié)構(gòu)(玻璃肋)與面玻璃連成整體,成為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。施工簡(jiǎn)便造價(jià)低,玻璃面和玻璃肋構(gòu)成開(kāi)闊的視野,使人賞心悅目,建筑物室內(nèi)、外空間達(dá)到最大程度的視覺(jué)交融。(3)拉桿(索)結(jié)構(gòu)點(diǎn)式玻璃幕墻采用不銹鋼拉桿或用與玻璃分縫相對(duì)應(yīng)的鋼拉索做成幕墻的支承結(jié)構(gòu)。玻璃通過(guò)金屬連接件與其固定。在建筑中充分運(yùn)用機(jī)械加工的精度,使構(gòu)件均為受拉桿件,因此,施工時(shí)要加以預(yù)應(yīng)力,這種柔性連接可降低震動(dòng)時(shí)玻璃的破損率。

2.建筑點(diǎn)式玻璃幕墻的主要組成部分。(1)支承體系,支承體系是將面玻璃所受的各種荷載直接傳遞到建筑主體結(jié)構(gòu)上。因此,它是主要受力構(gòu)件,一般是根據(jù)承受的荷載大小和建筑造型來(lái)選擇結(jié)構(gòu)形式和材料,如玻璃肋、不銹鋼立柱、鋁型材柱或加上適當(dāng)?shù)姆栏?、防火表面處理的鋼析架、鋼立柱及不銹鋼拉桿(索)等。(2)金屬連接件。1)金屬連接件包括固定件(俗稱爪座和爪子)和扣件。固定件通常用不銹鋼或普通鋼鑄造而成,而扣件則是不銹鋼機(jī)加工件。考慮到金屬相容性,爪座必須采用與支承體系相同的材質(zhì),或使用機(jī)械固定;2)金屬連接件是建筑點(diǎn)式技術(shù)的精華所在。它把面玻璃固定在支承結(jié)構(gòu)上不僅產(chǎn)生玻璃孔邊緣附加應(yīng)力,而且能夠允許少量的位移來(lái)調(diào)節(jié)由于建筑安裝帶來(lái)的施工誤差,同時(shí)還有減震措施以提高抗震能力,因此設(shè)計(jì)時(shí)考慮的因素是多方面的;3)金屬連接件還產(chǎn)生顯著的裝飾效果,因此它除滿足功能上的要求之外,還要有優(yōu)美的造型設(shè)計(jì)和精細(xì)的加工制造,起“畫(huà)龍點(diǎn)睛”的作用。(3)密封材料。玻璃與玻璃之間采用耐候硅酮膠密封,玻璃與金屬結(jié)構(gòu)之間采用結(jié)構(gòu)硅酮膠粘結(jié)。建筑點(diǎn)式玻璃技術(shù)中密封膠只起密封作用,不必進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。在使用前必須進(jìn)行膠與接觸材料的相容性試驗(yàn),性能檢測(cè)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、節(jié)能型玻璃幕墻的設(shè)計(jì)原則

節(jié)能型玻璃幕墻是指其性能指標(biāo),主要是保溫隔熱性能和氣密性兩項(xiàng)物理性能,達(dá)到或高于現(xiàn)行的建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求的建筑幕墻。由于我國(guó)幅員廣闊,南北方、東西部地理氣候環(huán)境差異很大,不同的環(huán)境條件下對(duì)建筑玻璃幕墻的節(jié)能要求也不盡相同。北方地區(qū)的節(jié)能幕墻對(duì)于南方地區(qū)來(lái)講并不一定能達(dá)到節(jié)能的基本要求。因此,節(jié)能型建筑幕墻的含義中除了性能指標(biāo)外還有其對(duì)應(yīng)的環(huán)境指標(biāo)。建筑玻璃幕墻的節(jié)能是在對(duì)建筑周邊的自然環(huán)境,如光線、溫度、風(fēng)壓、氣候狀況等充分分析和了解的基礎(chǔ)上,針對(duì)建筑本身的朝向、高度、室內(nèi)功能等特點(diǎn),通過(guò)有效地系統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)品對(duì)室內(nèi)環(huán)境起到適應(yīng)和調(diào)整的過(guò)程。這個(gè)過(guò)程需要綜合多種因素考慮,需要處理多種關(guān)系,如隔熱和得熱、采光和遮陽(yáng)、通風(fēng)和熱交換的關(guān)系,氣密性、水密性和傳熱、隔聲的關(guān)系等等。這個(gè)過(guò)程不應(yīng)僅僅依據(jù)于單一的狀態(tài)指標(biāo),如傳統(tǒng)的傳熱系數(shù)K值就能夠說(shuō)明和解決的。因此,節(jié)能玻璃幕墻的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循如下原則:(l)科學(xué)性:需綜合、全面權(quán)衡各因素,充分考慮其功能、性能等諸多方面,合理選型(幕墻的型式和窗墻面積比)、選材和構(gòu)造。幕墻的傳熱系數(shù)由建筑物的外形和所處地區(qū)的氣候條件、型材的傳熱系數(shù)和玻璃的傳熱系數(shù)等綜合確定。(2)適用性:結(jié)合環(huán)境因素與項(xiàng)目的具體情況,參照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定與地方要求,認(rèn)真落實(shí)國(guó)家有關(guān)節(jié)能政策,同時(shí)要處理好建筑低能耗與高舒適度的關(guān)系。(3)經(jīng)濟(jì)性:建筑玻璃幕墻只是建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分,只是建筑節(jié)能的一個(gè)方面,節(jié)能的考慮需全盤考慮,只有達(dá)到節(jié)能與經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一才能體現(xiàn)節(jié)能的作用與價(jià)值。(4)進(jìn)行幕墻熱工設(shè)計(jì)時(shí),必須對(duì)其復(fù)雜的傳熱過(guò)程和傳熱方式進(jìn)行分析和研究。

川幕墻的傳熱過(guò)程大致有3種途徑:(1)幕墻外表面與周圍空氣和外界環(huán)境間的換熱:外表面與周圍空氣間的對(duì)流換熱,外表面與外界環(huán)境間的輻射換熱,外表面與空間的各種長(zhǎng)波(如電磁波、紅外線等產(chǎn)生的長(zhǎng)波)輻射換熱。(2)幕墻內(nèi)表面與室內(nèi)空氣和室內(nèi)環(huán)境間的換熱:內(nèi)表面與室內(nèi)空氣間的對(duì)流換熱,內(nèi)表面與室內(nèi)環(huán)境間的輻射換熱。(3)幕墻和金屬框格的傳熱:通過(guò)單層玻璃的熱流傳熱,通過(guò)金屬框格傳熱。原則上講,建筑幕墻節(jié)能設(shè)計(jì)需要建筑師與幕墻設(shè)計(jì)師(外圍護(hù))、暖通工程師(空調(diào)采暖)、室內(nèi)設(shè)計(jì)師(采光)等充分協(xié)商,盡量達(dá)到各方面的統(tǒng)一。

參考文獻(xiàn)

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