關(guān)于高層建筑玻璃幕墻設(shè)計(jì)要素的分析

梁一杰

1 引言

現(xiàn)階段，以玻璃幕墻作為建筑墻體裝飾的高層建筑在城市中非常常見(jiàn)，已經(jīng)成為現(xiàn)代主義高層建筑時(shí)代的顯著特征。顧名思義，玻璃幕墻是由玻璃建造而成，由于玻璃具有易碎性，這對(duì)高層建筑玻璃幕墻的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。并且，雖然將玻璃幕墻運(yùn)用于高層建筑中，具有降低室內(nèi)溫度、抗震性能好、維修方便和設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)，但是其缺點(diǎn)也是不容忽視的，例如光污染、能耗較大等問(wèn)題。通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，對(duì)玻璃幕墻中存在的確定進(jìn)行改善，充分發(fā)揮玻璃幕墻的優(yōu)越性，是現(xiàn)階段的一個(gè)重要問(wèn)題。

2 玻璃幕墻概述

玻璃幕墻是指由支撐結(jié)構(gòu)體系和面板組成，并具有一定位移能力、不分擔(dān)主體結(jié)構(gòu)所受作用的建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)或裝飾結(jié)構(gòu)。玻璃幕墻的墻體分為兩種，一種是單層玻璃，一種是雙層玻璃?，F(xiàn)階段，在進(jìn)行高層建筑玻璃幕墻的設(shè)計(jì)時(shí)，一般采用普通玻璃和鏡面玻璃相結(jié)合的方式，在其中沖入干燥的空氣或者惰性氣體形成中空玻璃。中空玻璃的隔音、隔熱、防潮和抗風(fēng)壓的性能都較好，表1中為使用中空玻璃和普通單層玻璃的保溫效果差異。中空玻璃不但保溫效果好，還具有良好的隔熱性能，采用雙層中空玻璃能夠擋住室外90%的太陽(yáng)輻射熱，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)的冬暖夏涼，大大地改善了人們的生活環(huán)境。

表1 中空玻璃和普通單層玻璃的保溫效果差異

3 高層建筑玻璃幕墻的設(shè)計(jì)原則

在進(jìn)行高層建筑玻璃幕墻的設(shè)計(jì)時(shí)，要想充分發(fā)揮玻璃幕墻的優(yōu)點(diǎn)，保證設(shè)計(jì)的質(zhì)量，應(yīng)該遵循以下原則。

（1）科學(xué)性。作為高層建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)和裝飾結(jié)構(gòu)，玻璃幕墻的形式和類型對(duì)高層建筑的整體立面效果具有決定性的影響，很大程度上影響著工程的造價(jià)和建筑物幕墻的節(jié)能效果。工程的造價(jià)和建筑物的節(jié)能效果，是進(jìn)行高層建筑玻璃幕墻設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮的內(nèi)容。具體來(lái)說(shuō)，工程的造價(jià)受到節(jié)點(diǎn)的形式以及玻璃幕墻的類型影響較大，幕墻的節(jié)能效果與幕墻系統(tǒng)的類型、建筑物的造型、施工區(qū)域的氣候環(huán)境以及玻璃的傳熱系數(shù)等因素有關(guān)。只有遵循科學(xué)性原則，才能在進(jìn)行玻璃幕墻的設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)各種因素進(jìn)行綜合考慮，科學(xué)的選擇玻璃幕墻的形式和類型。

（2）適用性。在進(jìn)行玻璃幕墻的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該對(duì)施工區(qū)域的自然環(huán)境和工程實(shí)際情況進(jìn)行深入的分析和了解。例如，在設(shè)計(jì)冬季較為寒冷地區(qū)的玻璃幕墻時(shí)，應(yīng)該采用具有保溫性能好的幕墻系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)夏季較為炎熱地區(qū)的玻璃幕墻時(shí)，應(yīng)該采用隔熱性能好且能夠進(jìn)行外遮陽(yáng)的幕墻系統(tǒng)。通過(guò)選取適當(dāng)?shù)哪粔ο到y(tǒng)和材料，使其適用于高層建筑，能夠提升高層建筑的整體性能。

（3）經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性的統(tǒng)一。經(jīng)濟(jì)性和節(jié)能性是進(jìn)行高層建筑玻璃幕墻設(shè)計(jì)時(shí)，必須要考慮的因素，這是由于，玻璃幕墻的設(shè)計(jì)對(duì)建筑物內(nèi)部的能耗多少具有非常大的影響。但是如果只追求節(jié)能效果，采用價(jià)格較高的節(jié)能材料，而忽視了建設(shè)成本，就很可能會(huì)導(dǎo)致工程造價(jià)成本的增加。如果只追求經(jīng)濟(jì)性而忽視節(jié)能性，將導(dǎo)致無(wú)法充分發(fā)揮玻璃幕墻的優(yōu)越性。因此，在進(jìn)行高層建筑玻璃幕墻設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)幕墻的節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行綜合考慮，設(shè)計(jì)出最優(yōu)的方案。

4 玻璃幕墻材料選擇分析

4.1 運(yùn)用節(jié)能性較好的材料

現(xiàn)階段，隨著科技的發(fā)展，各種性能較高的玻璃材料被不斷研發(fā)出來(lái)，例如LOW-E玻璃、隔熱玻璃以及光致色變玻璃等。

（1）LOW-E玻璃。此種玻璃又稱為低輻射玻璃，通過(guò)在玻璃的表面鍍上多層金屬等物質(zhì)形成鍍膜層，能夠有效的透過(guò)可見(jiàn)光和反射遠(yuǎn)紅外線，隔熱性和透光性都較好。

（2）隔熱玻璃。隔熱玻璃能夠有效的對(duì)產(chǎn)生熱量的近紅外線進(jìn)行大量的吸收，達(dá)到明顯的隔熱降溫效果。

（3）光致色變玻璃。在太陽(yáng)或者其他光線照射時(shí)，玻璃的顏色會(huì)隨著光線的增強(qiáng)而變暗，在溫度升高時(shí)為乳白色，在溫度降低以后又變回透明。

4.2 提升玻璃幕墻的氣密性

玻璃的氣密性能對(duì)玻璃幕墻的節(jié)能性具有重要的影響，根據(jù)玻璃幕墻的設(shè)計(jì)等級(jí)，對(duì)其氣密性進(jìn)行控制，在玻璃幕墻的面積超過(guò)3000m2或者超過(guò)外圍結(jié)構(gòu)面積1/2以后，應(yīng)該對(duì)材料和配件進(jìn)行試件，保證符合相關(guān)要求，保證玻璃幕墻的氣密性。

4.3 完善玻璃幕墻的遮陽(yáng)系統(tǒng)

完善玻璃幕墻的遮陽(yáng)系統(tǒng)，不但能夠減少太陽(yáng)輻射對(duì)室內(nèi)溫度的影響，還能夠提升玻璃幕墻的美觀性。具體來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行遮陽(yáng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和選擇時(shí)，合理的分析幕墻的形式以及外遮陽(yáng)系數(shù)的要求。

5 高層建筑玻璃幕墻的設(shè)計(jì)要素分析

5.1 高層建筑玻璃幕墻的可靠性設(shè)計(jì)

安全性和可靠性設(shè)計(jì)是高層建筑玻璃幕墻設(shè)計(jì)中最為重要的要素。因此，在對(duì)高層建筑的玻璃幕墻進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該嚴(yán)格遵循國(guó)家和地區(qū)的相關(guān)規(guī)范和玻璃幕墻相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求，對(duì)玻璃幕墻的地震荷載、風(fēng)荷載和玻璃自重對(duì)幕墻主要受力構(gòu)件的影響進(jìn)行充分考慮，保證玻璃幕墻的安全性和可靠性。玻璃幕墻和建筑主體結(jié)構(gòu)之間的連接，也是影響玻璃幕墻安全性和可靠性的重要因素，因此，在進(jìn)行玻璃幕墻的設(shè)計(jì)時(shí)，必須重視對(duì)玻璃幕墻和建筑主體結(jié)構(gòu)之間連接隔離性和可靠性的設(shè)計(jì)。表2為不同形式的幕墻結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的連接方式。

表2 不同形式的幕墻結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的連接方式

5.2 高層建筑玻璃幕墻的節(jié)能性設(shè)計(jì)

高耗能現(xiàn)象是現(xiàn)階段采用玻璃幕墻裝飾的高層建筑中存在的一個(gè)重要問(wèn)題，而隨著我國(guó)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的更加嚴(yán)格，對(duì)高層建筑玻璃幕墻進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，是一個(gè)至關(guān)重要的問(wèn)題。具體來(lái)說(shuō)，應(yīng)該合理的設(shè)計(jì)玻璃幕墻的材料、玻璃幕墻系統(tǒng)的類型和隔熱型材料的使用，采用性價(jià)比高的高性能玻璃和斷熱材料，不斷降低玻璃幕墻的K值，使高層建筑玻璃幕墻達(dá)到節(jié)能的效果。

5.3 高層建筑玻璃幕墻的避雷設(shè)計(jì)

玻璃幕墻作為高層建筑主體結(jié)構(gòu)中的維護(hù)結(jié)構(gòu)，一般不對(duì)其金屬框架進(jìn)行單獨(dú)的防雷設(shè)計(jì)，一般利用和主體結(jié)構(gòu)防雷系統(tǒng)相結(jié)合的方式，具體來(lái)說(shuō)，應(yīng)該將幕墻的橫向龍骨和豎向龍骨和建筑物主體結(jié)構(gòu)的防雷系統(tǒng)相連接，使玻璃幕墻和建筑物的整體結(jié)構(gòu)形成一個(gè)整體的防雷系統(tǒng)，將玻璃幕墻受到的雷電能量通過(guò)建筑物主體結(jié)構(gòu)的防雷接地系統(tǒng)，傳輸至地下，從而避免玻璃幕墻和建筑物主體結(jié)構(gòu)遭受到雷電的威脅。

5.4 高層建筑玻璃幕墻的防火設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段，人們對(duì)高層建筑的防火性能具有較高的要求，但是玻璃幕墻作為高層建筑的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，是高層建筑中的一部分，但是由于玻璃幕墻面對(duì)烈火時(shí)會(huì)出現(xiàn)融化或者軟化的現(xiàn)象，必須做好高層建筑玻璃幕墻的防火設(shè)計(jì)。應(yīng)該在幕墻和周邊防火分隔構(gòu)件、樓板或隔墻外沿間以及實(shí)體墻面洞口邊緣之間的縫隙，采取防火封堵設(shè)計(jì)。防火封堵設(shè)計(jì)作為現(xiàn)階段建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用較為普遍的防火隔煙方法，具體是通過(guò)利用在縫隙之間填塞不燃或者難以燃燒的材料的方式，來(lái)防止火焰和高溫?zé)煔庠诮ㄖ飪?nèi)出現(xiàn)擴(kuò)散。在進(jìn)行防火設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該注意以下幾個(gè)要點(diǎn)：

（1）在建筑物的主體結(jié)構(gòu)在玻璃幕墻之間，運(yùn)用1.5mm的鍍鋅鋼板鋪滿縫隙，然后運(yùn)用大于100mm的防火巖棉進(jìn)行填充密實(shí)，在鍍鋅鋼板、建筑物的主體結(jié)構(gòu)以及玻璃幕墻三者之間，注入防火密封膠。

（2）當(dāng)幕墻的無(wú)窗間墻與窗檻墻高度低于0.8m時(shí)，需要在每層樓板外沿設(shè)置防火玻璃群墻或者實(shí)體群墻。

（3）在防火分區(qū)之間防火墻兩側(cè)的玻璃幕墻，應(yīng)該緊靠防火墻兩側(cè)門窗洞口之間最近邊緣水平距離應(yīng)該大于2m，并應(yīng)設(shè)置2m寬的豎向乙級(jí)防火玻璃。

6 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，隨著高層建筑的數(shù)量不斷增加，人們對(duì)高層建筑的整體性能具有更高的要求，不但關(guān)注高層建筑的性能，也關(guān)注高層建筑的美觀性。將玻璃幕墻運(yùn)用在高層建筑中，通過(guò)科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，能夠有效的滿足人們對(duì)高層建筑性能和美觀性的要求。因此，應(yīng)該重視對(duì)高層建筑玻璃幕墻設(shè)計(jì)要素的分析，提升高層建筑玻璃幕墻的安全性和可靠性，促進(jìn)高層建筑的發(fā)展。

[1]趙彥昶.高層建筑玻璃幕墻設(shè)計(jì)要素的分析[J].工程技術(shù)：全文版，2016（11）：00034.

[2]施戈亮，劉靜.基于高層建筑玻璃幕墻設(shè)計(jì)與施工分析[J].四川水泥，2015（4）：158.

[3]楊檸稱，邵燕妮.玻璃幕墻設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].工程技術(shù)：文摘版，2016（6）：00048.