玻璃幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)若干問題的探討

張建武

摘 要：隨著建筑工藝和結(jié)構(gòu)技術(shù)的不斷發(fā)展，為了取得更好的建筑視覺效果，很多設(shè)計(jì)者采用了玻璃幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)方式呈現(xiàn)出了多元化的藝術(shù)表現(xiàn)力，同時(shí)，還具備實(shí)際的使用效果，所以，它被廣泛應(yīng)用于建筑工程中。

關(guān)鍵詞：玻璃幕墻；材質(zhì)；工程施工；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TU56+4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-6835（2014）21-0074-02

隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)的發(fā)展，城市建筑的視覺效果漸漸成為了衡量現(xiàn)代化都市的標(biāo)準(zhǔn)。而玻璃幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新穎獨(dú)特，視覺效果突出，在一定層面上體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)技術(shù)的發(fā)展水平。不過，玻璃幕墻是最近幾年才在國(guó)內(nèi)被廣泛使用的，所以，它的設(shè)計(jì)制作和安裝管理等工作還不完善，存在一些問題。

1 玻璃幕墻概述

1.1 構(gòu)成

玻璃幕墻結(jié)構(gòu)包括外部的玻璃墻板、金屬板材和鏈接構(gòu)件，內(nèi)部作為支撐的鋁合金橫梁結(jié)構(gòu)，以及作為幕墻結(jié)構(gòu)支撐懸掛于主體上的立柱。這些鏈接結(jié)構(gòu)在整體結(jié)構(gòu)允許的范圍內(nèi)可以發(fā)生相對(duì)位移，避免受到水平作用力影響的主體結(jié)構(gòu)發(fā)生下位移，對(duì)玻璃幕墻產(chǎn)生一定的影響。玻璃幕墻一般是暴露在外部空氣中的，由于玻璃的材料特性，當(dāng)其受到溫度、濕度變化的影響時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一定程度的變形。另外，根據(jù)鋁合金型材的外露方式，玻璃幕墻可以分為明框、隱框和半隱框。

1.2 設(shè)計(jì)原則

玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則是：①玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)方式。在建筑主體結(jié)構(gòu)上懸掛幕墻的構(gòu)件，由主體結(jié)構(gòu)作為支撐。為了避免玻璃幕墻承受不必要的荷載，它應(yīng)該設(shè)計(jì)成圍護(hù)結(jié)構(gòu)。②為了減少建筑荷載，地震作用，溫度、濕度變化侵蝕的影響，玻璃幕墻本身以及本身的鏈接構(gòu)件需要具備足夠大的承載能力和剛度韌性，同時(shí)，要有相對(duì)的位移能力。③很多玻璃幕墻架構(gòu)在主體建筑外部，并沒有進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。為了避免風(fēng)力作用導(dǎo)致玻璃幕墻脫落和破碎，需要在設(shè)計(jì)時(shí)考慮其位移能力值，并進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。

2 玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的問題

2.1 材質(zhì)易碎

2.1.1 材質(zhì)元素存在的隱患

玻璃本身就存在易碎隱患，所以，在其生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生一些有害雜質(zhì)。其中，硫化鎳經(jīng)過玻璃鋼化處理工藝后，其形態(tài)會(huì)發(fā)生變化。因此，玻璃幕墻的安裝會(huì)受到外部溫度的影響，導(dǎo)致硫化鎳發(fā)生形態(tài)變化，使玻璃材質(zhì)出現(xiàn)元素裂縫，當(dāng)其突破鋼化玻璃的張力極限后，玻璃就會(huì)破碎。

2.1.2 熱應(yīng)力變化

一些玻璃幕墻結(jié)構(gòu)是裸露在外的，長(zhǎng)期受到太陽光的照射，玻璃表面受熱膨脹。如果玻璃各個(gè)部位受熱不均勻，膨脹不均衡，玻璃內(nèi)部就會(huì)出現(xiàn)熱應(yīng)力，導(dǎo)致玻璃破碎。

2.2 防火安全系數(shù)低

雖然玻璃幕墻本身不是可燃的材料，但是，玻璃材質(zhì)受到高溫影響會(huì)軟化、融化，最終導(dǎo)致玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)被毀。因此，在設(shè)計(jì)、安裝玻璃幕墻時(shí)，需要考慮建筑的防火要求，要注意以下兩點(diǎn)：①要確保玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的完整性，避免玻璃破碎使火勢(shì)蔓延；②在高溫狀態(tài)下，不能出現(xiàn)燃燒和爆炸的情況，避免多重災(zāi)害發(fā)生。

2.3 結(jié)構(gòu)膠失效

結(jié)構(gòu)膠是連接玻璃結(jié)構(gòu)和主體支撐的重要材料。由于玻璃幕墻長(zhǎng)期處于外部環(huán)境下，受日曬雨淋、風(fēng)吹熱輻射等影響，容易產(chǎn)生熱推移老化等問題，強(qiáng)度和黏結(jié)力也隨之下降。這情況從外部是無法察覺的，很容易引發(fā)安全問題。

2.4 結(jié)構(gòu)失效

如果支撐框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)受到建筑本身內(nèi)力的影響，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形，甚至是玻璃破碎。而幕墻構(gòu)件的固定裝置會(huì)受氫脆變的影響，使金屬材質(zhì)的延展性降低，出現(xiàn)玻璃脫落等問題。

2.5 污染問題

城市建筑大量使用玻璃幕墻結(jié)構(gòu)，會(huì)出現(xiàn)光污染和熱污染等新型污染形式。

3 解決問題的方法

3.1 設(shè)計(jì)中的問題

3.1.1 材質(zhì)問題

要嚴(yán)格控制玻璃生產(chǎn)源，嚴(yán)格控制整個(gè)生產(chǎn)流程，減少鎳元素材料與玻璃的接觸。在安裝玻璃幕墻結(jié)構(gòu)時(shí)，針對(duì)硫化鎳雜質(zhì)進(jìn)行元素檢測(cè)工作，如果其超出控制范圍，就需要更換玻璃。同時(shí)，還可以變換玻璃形式，采用夾層玻璃，即使出現(xiàn)玻璃破碎的情況，碎片也不會(huì)脫落，會(huì)附于膠片上，避免了安全事故的發(fā)生。

3.1.2 熱應(yīng)力問題

解決這一問題需要對(duì)玻璃結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行精加工，處理玻璃結(jié)構(gòu)的邊部，采用拋光細(xì)磨等工藝減少微小裂紋。將普通玻璃全部更換成鋼化玻璃，用來加強(qiáng)其抗溫、抗?jié)竦哪芰?。在運(yùn)輸玻璃時(shí)，要采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，減少碰撞，確保沒有隱疾存在；安裝玻璃時(shí)，要注意玻璃與框架的匹配度，不能裁剪玻璃，只能矯正框架，確保其與玻璃嚴(yán)絲合縫。

3.1.3 火災(zāi)安全隱患

在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)不同建筑的防火要求，規(guī)劃設(shè)計(jì)玻璃材質(zhì)和結(jié)構(gòu)形式。在材質(zhì)方面，一般使用夾層玻璃、防火中空玻璃、復(fù)合防火玻璃和單片防火玻璃等，被廣泛使用的是復(fù)合防火玻璃。在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，如果這種玻璃出現(xiàn)爆裂，碎片會(huì)黏附在膠片上，而膠片本身也有防火作用。

3.1.4 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題

采用明框和半隱框的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低因結(jié)構(gòu)膠失效而導(dǎo)致玻璃墜落的概率。同時(shí)，還可以在其周邊加設(shè)圍欄和綠化帶等。在設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)結(jié)構(gòu)框架進(jìn)行抗疲勞試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果設(shè)計(jì)適合的幕墻玻璃，減少框架的超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.1.5 鏈接構(gòu)件

采用特殊的鎖扣螺母作為鏈接構(gòu)件，防止出現(xiàn)螺栓失效的情況。

3.1.6 污染問題

針對(duì)由此造成的污染問題，要建設(shè)一定的綠化帶，盡量減少污染面積。

3.1.7 施工規(guī)范問題

很多安裝玻璃幕墻的企業(yè)都是由以前的門窗行業(yè)轉(zhuǎn)型而來的，缺乏專業(yè)技術(shù)支持和對(duì)玻璃幕墻的認(rèn)識(shí)，導(dǎo)致施工中存在很多風(fēng)險(xiǎn)。而且在施工過程中，有些企業(yè)并不按照標(biāo)準(zhǔn)化流程施工，致使安裝過程存在不少安全隱患。

3.2 安裝時(shí)的注意事項(xiàng)

在安裝玻璃幕墻時(shí)，要注意以下三點(diǎn)：①需要強(qiáng)化檢驗(yàn)整個(gè)玻璃幕墻，確保每個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量。對(duì)材料、構(gòu)件、附件等進(jìn)行性能測(cè)試，及時(shí)更換存在問題的部件；檢測(cè)鑄造的疵點(diǎn)和形位公差；檢查玻璃的尺寸和精度等。②檢測(cè)焊接支點(diǎn)的承載力，不得缺焊和漏焊，更不能出現(xiàn)裂紋和氣孔等焊接缺陷。對(duì)一些埋件、轉(zhuǎn)接件和駁接爪等進(jìn)行不同的焊接處理，減少安全隱患。③在安裝玻璃幕墻時(shí)，需要對(duì)相關(guān)的工作人員進(jìn)行培訓(xùn)，要求他們按圖施工，標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，不允許違反施工流程，確保工程優(yōu)質(zhì)、高效。

4 玻璃幕墻未來的發(fā)展

由于玻璃幕墻的建筑形式越來越多，所以，需要?jiǎng)?chuàng)新相關(guān)設(shè)計(jì)，通過巧妙的構(gòu)思降低樣式結(jié)構(gòu)的雷同率和復(fù)制率。另外，還需要充分展示玻璃本身的藝術(shù)造詣、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和創(chuàng)意風(fēng)格?，F(xiàn)如今，建筑業(yè)朝著高速度、高節(jié)奏的方向發(fā)展，施工時(shí)間往往比較短，對(duì)施工的要求也越來越高。所以，需要對(duì)全部構(gòu)件進(jìn)行精加工，確保使用的材料符合質(zhì)量要求和設(shè)計(jì)定位，要將玻璃幕墻的設(shè)計(jì)、加工、現(xiàn)場(chǎng)施工等各個(gè)環(huán)節(jié)緊密結(jié)合在一起。而每個(gè)環(huán)節(jié)都需要專業(yè)的技術(shù)人才作支撐，因此，需要培養(yǎng)大量的專業(yè)人員，提高玻璃幕墻的整體競(jìng)爭(zhēng)力。

5 結(jié)束語

雖然玻璃幕墻存在很多不足和安全隱患，但是，不能否認(rèn)其結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)。因此，需要設(shè)計(jì)方、生產(chǎn)方、使用方深入了解其性能，揚(yáng)長(zhǎng)避短。

參考文獻(xiàn)

[1]吳朋.玻璃建筑柔性支承結(jié)構(gòu)體系性能研究[D].杭州：浙江大學(xué)，2003.

[2]龐世紅.夾層玻璃等效厚度研究[D].北京：中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院，2009.

[3]耿翠珍，嚴(yán)慧，劉中華.玻璃采光頂支撐結(jié)構(gòu)體系的理論與應(yīng)用分析[J].工業(yè)建筑，2005（08）.

[4]宋介平.點(diǎn)式玻璃幕墻玻璃面材性能研究與工程應(yīng)用[D].重慶：重慶大學(xué)，2006.

〔編輯：白潔〕

Glass Curtain Wall Structural Design of Several Issues Discussed

Zhang Jianwu

Abstract： With the continuous development of the construction process and construction techniques， in order to achieve better building visual effects， many designers adopted the glass curtain wall structural design. This unique way of showing the structure of a wide range of artistic expression， also with the actual results， therefore， it is widely used in construction projects.

Key words： glass curtain wall； material； construction； structural design