淺析建筑幕墻玻璃的選用

文/葉早明 趙金

玻璃幕墻具有獨特的采光通透性能，在陽光的映照下能呈現(xiàn)出一種前所未有的視覺效果，是當代建筑最為青睞的建筑形式之一。在中國玻璃幕墻經(jīng)過了三十多年強勁的發(fā)展，積累了很多成熟經(jīng)驗，關(guān)于玻璃的事故仍然屢屢發(fā)生，針對中國玻璃幕墻發(fā)展狀況，對玻璃幕墻主要材料玻璃的選用進行一些探討。

建筑師關(guān)注的問題不僅是建筑立面的新穎、美觀，更加要注意建筑的使用功能、造價、環(huán)境、能耗、施工等多種因素。而玻璃幕墻設(shè)計及施工的關(guān)鍵是如何優(yōu)選玻璃，它不但決定著工程是否安全、節(jié)能，而且關(guān)乎整個工程的外觀、總造價、使用性能等。玻璃幕墻的安全性、節(jié)能特性無疑是影響建筑幕墻玻璃選用的關(guān)鍵因素。毫無疑問安全是排第一位，但是節(jié)能則是影響建筑成本的第一要素。合理地選用玻璃面板至關(guān)重要，只有巧妙地、合理地發(fā)揮玻璃材料的特性，才能產(chǎn)生最佳的效果。

1.玻璃幕墻的安全性能

玻璃是一種非彈性的高脆性材料，在其表面存在大量微裂紋，其強度分布不均勻，對表層及邊緣局部應(yīng)力敏感。當受到溫度應(yīng)力影響，或者遭受到超強外部沖擊時，極易破碎，存在一定的風險。

玻璃品種很多，如鋼化玻璃、普通玻璃、夾層玻璃、中空玻璃及其組合產(chǎn)品等，那么哪些屬于安全玻璃呢?《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003 規(guī)定“框支承玻璃幕墻宜采用安全玻璃；點支承玻璃幕墻的面板應(yīng)采用鋼化玻璃；安全玻璃一般指鋼化玻璃和夾層玻璃；夾層玻璃是不飛散玻璃，可對人流起到保護作用，宜優(yōu)先采用”。

2013 年7 月9 日，上海市楊浦區(qū)長陽路大連路口，某大樓的一塊玻璃幕墻突然發(fā)生爆裂，掉落的玻璃碎渣砸中一名路人，導致其頭部受傷。

2013 年7 月4 日，一陣大風吹過，北京中關(guān)村e 世界A 座原本就破損的玻璃幕墻掉落下大量碎玻璃碴，這陣“玻璃雨”不僅將停放在樓下的幾輛汽車劃傷，還險些傷到行人。

2013 年6 月19 日，宜春市一超市進出口上方的觀光電梯外墻弧形玻璃突然爆裂，碎玻璃從9 樓落下，無人員傷亡。

這幾起玻璃幕墻的事故，其原因是鋼化玻璃的自爆。當鋼化玻璃達到一定高度后，自爆后的玻璃碎片如同冰雹一般砸向樓底，從而產(chǎn)生人身傷害和財產(chǎn)損失，在高層建筑幕墻上無情的否定了“鋼化玻璃是安全”的觀點。自爆是鋼化玻璃的固有特性，即使經(jīng)過多次處理，鋼化玻璃最低自爆率也達到1‰，這是材料本身的特性。決不能允許讓這種“懸頂之劍”高掛在幕墻上。各地對安全玻璃的選用有了進一步的規(guī)定和要求：上海市《建筑幕墻工程技術(shù)規(guī)范》DGJ08-56-2012 規(guī)定框支承玻璃幕墻的面板可采用夾層玻璃、鋼化玻璃或半鋼化玻璃；點支承玻璃幕墻的面板應(yīng)采用夾層玻璃或鋼化玻璃；由玻璃肋支承的全玻璃幕墻，玻璃肋宜采用夾層玻璃或夾層鋼化玻璃；索網(wǎng)結(jié)構(gòu)玻璃幕墻可采用夾層玻璃；上海市人民政府令77 號更給出了需要在二層以上安裝幕墻玻璃的，應(yīng)當采用安全夾層玻璃或者其他具有防墜落性能的玻璃的范圍。

所以，應(yīng)合情合理地使用“安全玻璃”，即在使用時對于不同部位應(yīng)有不同處置，如底層外片可采用鋼化玻璃，二層及以上外層采用夾層玻璃，挑空較高的大堂可考慮采用雙夾膠玻璃等。同時，應(yīng)注意到PVB膠片在高溫狀態(tài)下會失去效力，故應(yīng)具備有效的防脫落措施，以確保使用時的安全。

2.玻璃幕墻的節(jié)能性能

現(xiàn)代建筑為了達到更為通透的外立面效果，往往大面積的面板選用玻璃，平均玻墻比為0.68，有的建筑更高達0.80。玻璃幕墻作為一種外圍護結(jié)構(gòu)，其熱工性能直接決定了建筑能源。許多現(xiàn)代建筑為了提供更易于人交流的場所及追求向室外敞開效果，主體結(jié)構(gòu)往往設(shè)計有超大空間的邊庭。這種空間結(jié)構(gòu)熱氣流一旦處理排放不當，室內(nèi)熱環(huán)境會相當惡劣，建筑能耗將會很大。

熱傳遞有三種方式：傳遞、對流、熱輻射。當熱能到達玻璃面板上時，一部分被反射出去，一部分會產(chǎn)生透射，還有一種以二次熱輻射的方式通向室內(nèi)。中國大多數(shù)地區(qū)地處夏熱冬冷地區(qū)，以上海為例，夏季太陽輻射熱強烈，日照度高達3916W/m2，夏天室外溫度最高38.9℃，平均達36.6℃。根據(jù)《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》GB50176-93 非通風圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)表面結(jié)構(gòu)內(nèi)表面最高溫度的計算，玻璃內(nèi)表面溫度估算達35.7℃。普通透明中空玻璃投射比高，不僅大量可見光能通過，而且太陽光中的紅外線也隨之而來，無法有效的阻擋熱量的傳播。熱反射中空玻璃，對可見光的反射性高，對遠紅外線的作用不大。中空LOW-E 玻璃可以有效的降低遮陽系數(shù)，改善玻璃的節(jié)能效果，但對遠、近紅外的反射效果，尚有疑惑，且其耐久性尚缺數(shù)據(jù)支撐。

建筑外圍護系統(tǒng)的節(jié)能，應(yīng)保證“以人為本”，即人體在室內(nèi)應(yīng)有的熱舒適性，這主要取決于人體與外界熱交換是否平衡?？刂坪檬覂?nèi)外墻面的溫度，減少該溫度與室內(nèi)舒適性所規(guī)定的溫度差、與人體表皮溫度差、與節(jié)能指標所規(guī)定的室內(nèi)平均氣溫差，才是建筑節(jié)能、幕墻節(jié)能的實際意義所在。

3.玻璃幕墻的隔聲性能

現(xiàn)代玻璃幕墻旨在為人們的工作及生活創(chuàng)建一個安靜和諧的環(huán)境，即要求具備隔聲降噪的作用。

玻璃是一種剛性材料，當聲波投射在玻璃幕墻上時，除發(fā)生部分反射現(xiàn)象外，將使玻璃產(chǎn)生受迫振動，同時又引起內(nèi)側(cè)空氣做出同樣的振動，這樣部分聲音就穿透了進去。薄而輕的幕墻比厚而重的幕墻在聲波的作用下，更容易產(chǎn)生振動而且振幅更大。即可以說隨著玻璃厚度的增加，隔聲性能將加強，也就是說能更有效的減少聲波的傳遞。但是實驗結(jié)果表明，玻璃越厚，其強度越低，所以不能片面的追求玻璃的厚度。中空玻璃聲波入射到第一層玻璃上的時候，玻璃就產(chǎn)生“薄膜”振動，這個振動作用在空氣層上，被封閉的空氣層是有彈性的，由于空氣層的彈性作用將使振動衰減，然后再傳遞給第二層玻璃，于是總的隔聲量就提高了。即中空玻璃隔聲性能強于在同等厚度單片玻璃。

4.玻璃幕墻的視覺性能

鋼化玻璃由于受熱表面不均勻，在某些特殊的自然光線下，能夠看見玻璃表面存在明暗相間的條紋，稱為應(yīng)力斑。這會使幕墻產(chǎn)生影像扭曲變形，使外觀視覺效果大打折扣。而半鋼化玻璃依然保持平滑性，沒有畸變，不產(chǎn)生光學變形，從而使幕墻玻璃平滑如鏡。

5.玻璃幕墻的經(jīng)濟性能

玻璃幕墻的類型直接確定玻璃幕墻的造價，明框、隱框、半隱、框玻璃幕墻使用的主要材料有鋁合金型材、玻璃、結(jié)構(gòu)膠、耐候膠、五金件等，其中影響造價較大的是前四種。玻璃的品種規(guī)格對造價的影響最大，因為玻璃費用一般占幕墻單價的20～50%。幕墻玻璃的大小分格，會直接影響使用玻璃的厚度。當選用合理的幕墻系統(tǒng)后，應(yīng)合理的分格玻璃大小。玻璃幕墻的立面分格宜與室內(nèi)空間組合相適應(yīng)，不宜妨礙室內(nèi)功能和視覺。過大的面板分格不一定能滿足強度及剛度的要求，同樣也會增加工程的造價。應(yīng)盡量減小其厚度，可降低幕墻重量，減少工程造價。在滿足建筑效果的基礎(chǔ)上，同時也要兼顧玻璃面板的承壓能力。在確定玻璃板塊尺寸時，應(yīng)有效提高玻璃原片的利用率，同時適應(yīng)鋼化、鍍膜、夾層等生產(chǎn)設(shè)備的加工能力。

玻璃的選擇不應(yīng)簡單為品種的選擇，而應(yīng)列出樣品的性能指標做出數(shù)據(jù)矩陣，根據(jù)設(shè)計目標優(yōu)先順序來選擇。不應(yīng)僅根據(jù)經(jīng)驗，而應(yīng)根據(jù)計算得出結(jié)果；也不應(yīng)僅針對某一個指標而應(yīng)是綜合多個指標而定；按照設(shè)計目標選擇的優(yōu)先順序，且設(shè)計目標是可以調(diào)整變動的。

6.結(jié)語

通過以上各方面探討分析，幕墻主要材料玻璃由其自身的材料特性，如何應(yīng)用好其特性揚長避短，把玻璃優(yōu)勢發(fā)揮出來，把玻璃存在的安全隱患消除，讓玻璃幕墻走可持續(xù)發(fā)展道路。使人們能安全、安心、安逸的享受玻璃帶給我們的通透的、整潔、現(xiàn)代化的外部裝飾。