點(diǎn)支式玻璃幕墻技術(shù)及其構(gòu)造

楊 揚(yáng)，李 根

（1.延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院，西安 710100；2.陜西理工學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院，陜西漢中 723001）

點(diǎn)支式玻璃幕墻技術(shù)及其構(gòu)造

楊 揚(yáng)1，李 根2

（1.延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院，西安 710100；2.陜西理工學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院，陜西漢中 723001）

玻璃幕墻以其通透性和結(jié)構(gòu)美展現(xiàn)了建筑空間形態(tài)的藝術(shù)魅力，點(diǎn)支式玻璃幕墻的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是玻璃接頭和支撐結(jié)構(gòu).其整體由玻璃面板、支承結(jié)構(gòu)、支承裝置組成.構(gòu)造設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮建筑物的使用功能、立面造型設(shè)計(jì)、節(jié)能要求等技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件.同時(shí)，玻璃幕墻應(yīng)與建筑物的整體結(jié)構(gòu)和周?chē)h(huán)境相互協(xié)調(diào)與襯托，形成更加綜合的室內(nèi)外視覺(jué)效果.另外，為了提高遮陽(yáng)系數(shù)或遮陽(yáng)效率，在透明玻璃幕墻的基礎(chǔ)上添加遮陽(yáng)系統(tǒng)，使其根據(jù)需要收起或放下遮陽(yáng)裝置.

點(diǎn)支式玻璃幕墻；幕墻技術(shù)；構(gòu)造

0 引言

玻璃作為一種古老的建筑材料，從誕生那天起就成為建筑領(lǐng)域重要的構(gòu)成元素之一.在古代人們只是把玻璃作為采光窗，到了中世紀(jì)工匠把彩色玻璃作為采光窗，進(jìn)行建筑空間的塑造.20世紀(jì)現(xiàn)代建筑大師們重新定義了玻璃在建筑中的地位和作用［1］，使玻璃幕墻建筑一度成為現(xiàn)代建筑的代名詞.

公共建筑發(fā)展的重要趨勢(shì)是開(kāi)放與交流、內(nèi)外環(huán)境的交融，點(diǎn)支式玻璃幕墻因?yàn)檫m應(yīng)了這種趨勢(shì)而被應(yīng)用到建筑上.點(diǎn)支式玻璃幕墻利用玻璃通透性與輕盈性的特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)代高新技術(shù)與審美藝術(shù)，通過(guò)強(qiáng)有力的玻璃幕墻外形設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)建筑物內(nèi)外空間環(huán)境的相互映襯，使人們透過(guò)支承玻璃就可以清晰地看到整個(gè)建筑鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，從而把幕墻骨架體系的支承作用和結(jié)構(gòu)美學(xué)的雙重屬性充分地展現(xiàn)出來(lái)（見(jiàn)圖1）.因此，玻璃幕墻以其通透性和結(jié)構(gòu)美學(xué)魅力，可以展現(xiàn)不同建筑空間形態(tài)的獨(dú)特結(jié)構(gòu)支撐體系，表達(dá)了不同的建筑語(yǔ)言.

1 點(diǎn)支玻璃幕墻技術(shù)的發(fā)展

由于玻璃材料本身的限制，以前建筑也大都采用單元式玻璃幕墻，又稱(chēng)框式玻璃幕墻，就是把玻璃面板通過(guò)鋁合金框架固定在建筑外墻上.框接也在不斷發(fā)展，由傳統(tǒng)的明框或隱框固定方式轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘偎g接方式，而使玻璃幕墻成為可能.一般根據(jù)金屬栓的受力能力，將4個(gè)點(diǎn)固定在每塊玻璃上.對(duì)于單層或中空的鋼化玻璃必須先鉆孔再鋼化，然后用不銹鋼金屬栓固定.其固定方式多種多樣，如球狀鉸接螺栓駁接可使其在±10°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng).玻璃承受風(fēng)載產(chǎn)生撓度時(shí)會(huì)降低球鉸對(duì)玻璃的約束力，以減少連接處的附加彎矩.根據(jù)氣候變化還可以做成“熱斷橋”節(jié)點(diǎn)，其金屬支撐結(jié)構(gòu)體系可根據(jù)不同的高度和跨度，建成桁架式或拉索式支撐結(jié)構(gòu)體系.

玻璃、框接金屬栓的加工、安裝及其組合方式的變換，使其現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)表現(xiàn)力增強(qiáng)，再通過(guò)機(jī)械加工及其工藝設(shè)計(jì)和改變可以大大提高建筑工程的精度水平.點(diǎn)支式玻璃幕墻技術(shù)在國(guó)外已經(jīng)有比較成熟的材料加工技術(shù)和玻璃加工技術(shù)基礎(chǔ)，國(guó)內(nèi)的應(yīng)用雖晚，但發(fā)展迅速，技術(shù)水平也在不斷提高.但是，該技術(shù)的關(guān)鍵難題應(yīng)該是設(shè)計(jì)技術(shù)，因?yàn)槊考a(chǎn)品都需要不同的支撐體系，因而需要對(duì)每件產(chǎn)品進(jìn)行“量體裁衣”式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)而達(dá)到材料、玻璃及其加工技術(shù)的完美結(jié)合，并展現(xiàn)出不同的結(jié)構(gòu)美感.

2 點(diǎn)支式玻璃幕墻結(jié)構(gòu)及其構(gòu)造技術(shù)

點(diǎn)支式玻璃幕墻與普通玻璃幕墻的支撐方式區(qū)別在于，前者通過(guò)玻璃上預(yù)留的孔洞，用四點(diǎn)或六點(diǎn)作支撐；后者則通過(guò)玻璃板塊的四邊固定作為支撐.

點(diǎn)支式玻璃幕墻的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)是玻璃接頭和支撐結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@是其安全性、可靠性的保障，更是其鋼結(jié)構(gòu)骨架整體美觀和藝術(shù)表現(xiàn)力的展現(xiàn).以上海大劇院的幕墻為例，點(diǎn)支式玻璃幕墻高15 m，由500塊3 000 mm×1 825 mm×15 mm的透明白色鋼化玻璃組成，每塊玻璃的四角都有不銹鋼支承爪件固定，支承爪件背后又通過(guò)11 mm直徑的鋼索（索桿）縱橫繃緊固定，這就使其比普通金屬骨架體系或全玻式玻璃幕墻更加纖巧、通透（見(jiàn)圖2）.

2.1 結(jié)構(gòu)形式

點(diǎn)支式玻璃幕墻一般是由玻璃面板、支承結(jié)構(gòu)與支承裝置（玻璃面板與支承結(jié)構(gòu)之間的連接系統(tǒng)）三部分組成的.按照不同的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，支承結(jié)構(gòu)有兩種分類(lèi)方式：一是從支承結(jié)構(gòu)內(nèi)容上看，可以分為桿件體系和素桿體系兩種方式，前者采用的是鋼性構(gòu)件結(jié)構(gòu)，后者則是通過(guò)拉索、拉桿和剛性構(gòu)件組成的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)；二是從受力方式上看，可以分為單向受力體系和雙向受力體系兩種方式，前者由單一方向拉索桿結(jié)構(gòu)和重力與穩(wěn)定桿件組成，后者由相互交叉的張拉索桿結(jié)構(gòu)和重力與穩(wěn)定桿件組成.點(diǎn)支式玻璃幕墻的支承結(jié)構(gòu)，除承受幕墻系統(tǒng)的使用荷載（風(fēng)力、自重、地震荷載、溫度應(yīng)力等）外，還要承受拉桿結(jié)構(gòu)和索桁架的拉力.如果在構(gòu)筑建筑物主體結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)支承拉桿或索桁架的支承結(jié)構(gòu)沒(méi)有考慮桁架的拉應(yīng)力產(chǎn)生的效應(yīng)，則張拉結(jié)構(gòu)的幕墻就無(wú)法安裝使用.

圖2 點(diǎn)支式玻璃幕墻支承爪件結(jié)構(gòu)

2.2 爪件構(gòu)造

按照固定點(diǎn)數(shù)和外形可以把點(diǎn)式玻璃幕墻的支承爪件分為五類(lèi)［2］（見(jiàn)圖3）：

（1）四點(diǎn)爪——X型和H型；

（2）三點(diǎn)爪——Y型；

（3）二點(diǎn)爪——U型、V型和K型；

（4）單點(diǎn)爪——I／2型、V／2型；

（5）多點(diǎn)爪.

支承爪件大多采用不銹鋼或碳素鋼材質(zhì)，并通過(guò)外觀設(shè)計(jì)與表面精細(xì)加工增強(qiáng)其美感.支承爪件有可轉(zhuǎn)動(dòng)和不可轉(zhuǎn)動(dòng)兩種類(lèi)型，為便于安裝施工，爪件應(yīng)有調(diào)節(jié)能力（見(jiàn)圖4）.

圖3 爪件構(gòu)造

2.3 建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)要求

點(diǎn)支式玻璃幕墻支承結(jié)構(gòu)的形式靈活多樣，幕墻構(gòu)造類(lèi)別和結(jié)構(gòu)形式的選擇應(yīng)綜合考慮建筑物的使用功能、立面造型設(shè)計(jì)、節(jié)能要求、工程投資等技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件.同時(shí)，玻璃幕墻應(yīng)與建筑物的整體結(jié)構(gòu)和周?chē)h(huán)境相互協(xié)調(diào)與襯托，形成更加綜合的室內(nèi)外視覺(jué)效果，如立面與分格設(shè)計(jì)也應(yīng)與室內(nèi)空間布局、樓地面標(biāo)高位置等相適應(yīng).

根據(jù)建筑物的使用功能可以采用不同的幕墻玻璃，如單層鋼化玻璃、鋼化夾層玻璃或鋼化中空玻璃等.對(duì)于鋼化鉆孔玻璃，玻璃面板的最大應(yīng)力往往在支撐點(diǎn)的鉆孔處，氣孔邊產(chǎn)生的引力最危險(xiǎn)的部位.因此，根據(jù)《點(diǎn)支式玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)程（CECS 127：2001）》，點(diǎn)支式幕墻玻璃鉆孔的孔徑、孔維和孔距要求：“孔徑不小于5 mm，且不小于玻璃厚度t；孔徑不大于玻璃面板短邊長(zhǎng)度的1／3；孔邊緣至玻璃面板邊緣的距離不小于2 t，且不小于孔徑；位于玻璃面板角部的鉆孔，孔邊緣至玻璃面板角部頂點(diǎn)的距離不小于4 t；玻璃面板短邊長(zhǎng)度不小于8 t.［3］”

點(diǎn)支式玻璃幕墻面板間的接縫寬度與玻璃的厚度，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算來(lái)確定，以確保在發(fā)生最大控制位移時(shí)面板與面板之間不出現(xiàn)擠壓或碰撞，玻璃面板之間的接縫一般應(yīng)用耐候硅酮密封膠填嵌密實(shí)，以防雨水滲漏［4］.另外，支承連接玻璃的不銹鋼爪件與玻璃上空置的接口也應(yīng)密封防水.為了防火安全，在玻璃幕墻與樓板、隔墻等處的縫隙上應(yīng)使用不燃材料填充，并用防火板托住.在防火板與玻璃之間灌注防火密封膠，并要進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)處理，還可以用防火玻璃作層間隔斷（見(jiàn)圖5）.

圖4 支承爪件連接件的形式

圖5 點(diǎn)支式玻璃幕墻施工工藝

3 點(diǎn)支式玻璃幕墻的熱工性能及防護(hù)措施

點(diǎn)支式玻璃幕墻體系一般采用的是透明玻璃，而透明玻璃的光線(xiàn)穿透率最大，很容易吸收室外熱量，這就需要有相應(yīng)的熱工性能防護(hù)措施.玻璃幕墻的保溫?zé)峁ば阅苡泻芏嘤绊懸蛩?，其中的最大影響因素是傳熱系?shù)和遮陽(yáng)系數(shù).傳熱系數(shù)能夠通過(guò)結(jié)構(gòu)構(gòu)造和材料厚度得到有效控制；而遮陽(yáng)系數(shù)則主要受玻璃特性控制，如絲網(wǎng)印刷圖案玻璃、著色玻璃、鍍膜玻璃、固定遮陽(yáng)構(gòu)件、百葉、室內(nèi)窗簾、室外遮陽(yáng)等都會(huì)對(duì)其熱工性能產(chǎn)生影響或改變.但是，印刷圖案、著色玻璃、鍍膜玻璃等遮陽(yáng)方法，在遮擋太陽(yáng)輻射和室外光線(xiàn)的同時(shí)，也會(huì)不分春夏秋冬地把室外的一切能量拒之窗外.這就使人們?cè)诙尽⒃缤砗完幪斓貌坏阶銐虻年?yáng)光熱量，因此，人們就在研究一種既能透過(guò)自然光又能避免熱損失的理想玻璃材料.

解決日光能源利用效率的有效途徑就是在透明玻璃幕墻的基礎(chǔ)上添加遮陽(yáng)系統(tǒng)，使其根據(jù)需要收起或放下遮陽(yáng)裝置，以提高遮陽(yáng)系數(shù)或遮陽(yáng)效率（見(jiàn)圖6）.法國(guó)Electric de France的研究表明：一座有32%直接受光面的建筑物，所獲得的太陽(yáng)熱量占其吸收的所有熱量總和的28%左右.遮陽(yáng)裝置對(duì)于緩解太陽(yáng)熱量負(fù)荷十分有效，內(nèi)遮陽(yáng)系統(tǒng)可減少太陽(yáng)熱負(fù)荷的50%左右，外遮陽(yáng)系統(tǒng)可減少太陽(yáng)熱負(fù)荷的75%左右［5］，這是因?yàn)橥庹陉?yáng)裝置減少了太陽(yáng)熱量在室內(nèi)的積聚.因此，人們通過(guò)設(shè)計(jì)獨(dú)立的外遮陽(yáng)系統(tǒng)而形成玻璃幕墻的雙層立面形式：建筑物體本身的立面和動(dòng)態(tài)遮陽(yáng)裝置立面，這是現(xiàn)代建筑技術(shù)對(duì)建筑物的時(shí)尚要求、節(jié)能環(huán)保和享受自然需求的有機(jī)整合，體現(xiàn)了現(xiàn)代建筑業(yè)發(fā)展的新態(tài)勢(shì).

點(diǎn)支式玻璃幕墻作為一種新的建筑技術(shù)使我們?cè)谛蕾p建筑通透與輕盈的同時(shí)，又向我們展現(xiàn)了結(jié)構(gòu)之美和精細(xì)的施工、構(gòu)件工藝之美.但也提出了新的問(wèn)題，就是在利用新的建筑材料來(lái)創(chuàng)造新建筑形式的同時(shí)我們也需要利用一定的構(gòu)造技術(shù)來(lái)達(dá)到建筑節(jié)能和舒適.這兩方面相輔相成，在生態(tài)建筑大方向下，作為建筑師只有把二者很好地結(jié)合起來(lái)才能更好地推動(dòng)建筑的發(fā)展.

圖6 玻璃幕墻遮陽(yáng)裝置

［1］王元清，石永久，李少甫，等.點(diǎn)支式玻璃建筑結(jié)構(gòu)體系及其應(yīng)用技術(shù)研究［J］.土木工程學(xué)報(bào)，2001，（4）：1-9.

［2］同濟(jì)大學(xué)，汕頭經(jīng)濟(jì)特區(qū)金剛玻璃幕墻有限公司.CECS 127：2001，點(diǎn)支式玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)程［S］.2001.

［3］中華人民共和國(guó)建設(shè)部.JGJ 102-2003，玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

［4］殷永煒，張其林，黃慶文.點(diǎn)支式中空和夾層玻璃承載性能的試驗(yàn)研究［J］.建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)，2004，（1）：93-98.

［5］［美］S.鐵摩辛柯，S.沃若斯基.板殼理論［M］.《板殼理論》翻譯組，譯.北京：科學(xué)出版社，1977.

【責(zé)任編輯 牛懷崗】

Point Supported Glass Curtain Wall and Its Construction Technology Research

YANG Yang1，LI Gen2
（1.Xi’an Innovation College，Yan’an University，Xi’an 710100，China；2.School of Civil Engineering and Architecture，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723001，China）

The paper introduces the development process，artistic expression，current situation and characteristics of point supported glass，and it further details the requirements of the structure form，the building form and the structure design of the point supported glass.At the same time，based on the construction of comfort and energy saving technology，it illustrates the point supported glass curtain wall which is adopted in the aspects of techniques and structure measures.Thus it is the conclusion that any new building materials and technology has its advantage，but there is also the existence of collective demand structure and the insufficiency.In the actual architectural design，the better development of construction is only the combination of art and technology.

point supported glass curtain wall；curtain wall technology；structural studies

TU227

A

1009-5128（2014）19-0022-04

2014-07-15

楊揚(yáng)（1991—），男，陜西漢中人，延安大學(xué)碩士研究生；李根（1980—），男，河南偃師人，陜西理工學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院講師，碩士，主要從事景觀設(shè)計(jì)研究.