高層建筑玻璃幕墻設(shè)計(jì)要素解析

張曉明

（大同市建筑設(shè)計(jì)研究院，山西大同 037000）

0 引言

現(xiàn)階段，我國(guó)城市中處處都可以見(jiàn)到高層建筑墻體裝飾采用玻璃幕墻，已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)代化高層建筑的主要特點(diǎn)。簡(jiǎn)單來(lái)講，玻璃幕墻是使用玻璃材料制成的，因?yàn)椴ＡЬ哂休^強(qiáng)的易碎性，這樣必定對(duì)高層建筑玻璃幕墻設(shè)計(jì)提出越來(lái)越高的要求。利用科學(xué)的設(shè)計(jì)，可以彌補(bǔ)玻璃幕墻存在的不足，使玻璃幕墻的各項(xiàng)優(yōu)勢(shì)得到全面發(fā)揮，是目前必須要重點(diǎn)探討的問(wèn)題。

1 概述玻璃幕墻

就玻璃幕墻來(lái)講，主要是由面板、支撐結(jié)構(gòu)組合等多個(gè)部分構(gòu)成。通?？梢詫⒛粔w劃分成多種，比如：雙層玻璃以及單層玻璃等?，F(xiàn)階段，在玻璃幕墻設(shè)計(jì)中普遍采用組合的方法，即將鏡面與常規(guī)玻璃相結(jié)合，將對(duì)應(yīng)的氣體沖進(jìn)到組合玻璃中，以形成中空玻璃。就中空玻璃來(lái)講，其優(yōu)點(diǎn)相當(dāng)多，包括隔音效果明顯以及防潮性能很強(qiáng)等，通過(guò)合理運(yùn)用中空玻璃，可以對(duì)太陽(yáng)輻射熱進(jìn)行有效的抵擋，以更好地完善生活環(huán)境，獲得冬暖夏涼良好的效果。

2 高層建筑玻璃幕墻的重要性

如今我國(guó)很多高層建筑都應(yīng)用玻璃幕墻，其將建筑外圍的多項(xiàng)功能進(jìn)行結(jié)合，包括保護(hù)功能以及裝飾功能等，將建筑中藝術(shù)與技術(shù)相融合的建筑特色全面體現(xiàn)出來(lái)。當(dāng)前，高層建筑玻璃幕墻是由很多部分構(gòu)成，比如：常規(guī)玻璃以及鏡面玻璃等，中間層選擇中空玻璃，而中空玻璃可以劃分成兩層以及三層中空玻璃等。中空玻璃具有較強(qiáng)的防結(jié)霜性能以及隔熱性能等，通過(guò)利用玻璃幕墻可以完善建筑內(nèi)部環(huán)境，提高人們的生活質(zhì)量，而且正是因?yàn)椴Ａ粔哂兄T多優(yōu)勢(shì)，可以讓高層建筑不需要使用過(guò)多的采暖制冷設(shè)備，從某個(gè)角度來(lái)看，發(fā)揮節(jié)能減排的重要作用，有利于保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境，所以在高層建筑中運(yùn)用玻璃幕墻是至關(guān)重要的。除此之外，玻璃幕墻既可以發(fā)揮出保護(hù)建筑外圍的作用，又可以發(fā)揮出節(jié)能環(huán)保的作用，而且將其當(dāng)作建筑外觀裝飾設(shè)計(jì)，可以使建筑外形更加美觀，符合現(xiàn)代城市居民對(duì)于居住建筑的審美要求，所以高層建筑中玻璃幕墻設(shè)計(jì)顯得尤為重要，必須要引起設(shè)計(jì)單位的重視。

3 高層建筑玻璃幕墻的基本設(shè)計(jì)原則

在高層建筑玻璃幕墻實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了可以將玻璃幕墻的顯著優(yōu)勢(shì)全面發(fā)揮出來(lái)，必須要確保設(shè)計(jì)質(zhì)量，嚴(yán)格遵循基本原則，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

3.1 科學(xué)性

就玻璃幕墻來(lái)講，不僅是高層建筑的裝飾結(jié)構(gòu)，而且是外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其類(lèi)型以及形式都直接影響高層建筑的總體立面效果，而且也影響其他的方面，包括建筑物幕墻節(jié)能效果以及工程造價(jià)。在高層建筑玻璃幕墻設(shè)計(jì)中需要充分考慮兩點(diǎn)：①建筑物節(jié)能效果；②工程造價(jià)。具體來(lái)講，玻璃幕墻類(lèi)型和節(jié)點(diǎn)形式都很有可能影響工程造價(jià)，玻璃幕墻的節(jié)能效果會(huì)受到多種因素影響，比如：施工現(xiàn)場(chǎng)的氣候環(huán)境以及玻璃幕墻類(lèi)型等。只有認(rèn)真遵循科學(xué)性原則，才可以在玻璃幕墻設(shè)計(jì)過(guò)程中，充分考慮每個(gè)因素，正確選擇適合的玻璃幕墻類(lèi)型以及形式。

3.2 適用性

在玻璃幕墻設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要全面掌握施工現(xiàn)場(chǎng)的自然環(huán)境以及工程具體情況[1]。比如：在冬天氣溫低的地區(qū)設(shè)計(jì)玻璃幕墻，必須要運(yùn)用保溫性能優(yōu)越的幕墻系統(tǒng)，在夏天氣溫高的地區(qū)設(shè)計(jì)玻璃幕墻，必須要運(yùn)用可以外遮陽(yáng)且隔熱性能優(yōu)越的幕墻系統(tǒng)。利用合理選擇幕墻系統(tǒng)以及材料，讓其在高層建筑中適合應(yīng)用，可以是高層建筑具有更強(qiáng)的總體性能。

3.3 經(jīng)濟(jì)性與節(jié)能性的相統(tǒng)一

在高層建筑玻璃幕墻設(shè)計(jì)中往往需要充分考慮多個(gè)因素，比如：經(jīng)濟(jì)性以及節(jié)能性等，之所以這樣，其主要目的在于玻璃幕墻設(shè)計(jì)容易影響建筑物內(nèi)部能源消耗。然而若一味地重視節(jié)能效果，選用便宜的節(jié)能材料，而對(duì)建設(shè)成本沒(méi)有足夠的關(guān)注，就容易導(dǎo)致工程造價(jià)成本加大。若強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)性而不重視節(jié)能性，就勢(shì)必造成不能將玻璃幕墻的作用有效發(fā)揮出來(lái)。因此，在高層建筑玻璃幕墻設(shè)計(jì)過(guò)程中需要認(rèn)真考慮多方面，包括玻璃幕墻的經(jīng)濟(jì)性以及節(jié)能性等，合理設(shè)計(jì)出最佳的設(shè)計(jì)方案。

4 高層建筑玻璃幕墻材料的選擇

4.1 選擇節(jié)能性強(qiáng)的材料

當(dāng)前，隨著技術(shù)日益進(jìn)步，玻璃材料類(lèi)型逐漸從單一變成多樣化，而且性能都相當(dāng)強(qiáng)。其中，就變色玻璃來(lái)講，在管線照射下，隨著光線越來(lái)越強(qiáng)，玻璃顏色越來(lái)越暗，如果溫度很高，這時(shí)玻璃顏色就會(huì)變成乳白色，如果外界溫度很低，玻璃顏色就可以恢復(fù)到剛開(kāi)始的顏色。就LOW-E 玻璃來(lái)講，市場(chǎng)上將該玻璃稱(chēng)之為低輻射玻璃，將適量的金屬物質(zhì)鍍?cè)诓Ａ?，這樣玻璃表面就會(huì)出現(xiàn)鍍膜層，對(duì)光線穿透玻璃是非常有利的，隔熱性能相當(dāng)強(qiáng)。就隔熱玻璃來(lái)講，可以充分吸收熱量，利用隔熱玻璃的功能，可以獲取顯著的隔熱和降溫雙重效果。

4.2 加強(qiáng)玻璃幕墻的氣密性

通常玻璃幕墻節(jié)能性容易受到玻璃氣密性能影響，結(jié)合玻璃幕墻設(shè)計(jì)等級(jí)，科學(xué)控制其氣密性，如果玻璃幕墻面積大于3000m2，需要對(duì)配件以及材料試件，確保與有關(guān)要求相符，確保玻璃幕墻具有較強(qiáng)的氣密性。

4.3 優(yōu)化玻璃幕墻遮陽(yáng)系統(tǒng)

通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化玻璃幕墻遮陽(yáng)系統(tǒng)，除了可以降低室內(nèi)溫度受到太陽(yáng)輻射的不利影響，也可以使玻璃幕墻更加美觀。具體來(lái)講，在選擇與設(shè)計(jì)遮陽(yáng)系統(tǒng)過(guò)程中，必須要對(duì)外遮陽(yáng)系數(shù)的具體要求和幕墻形式科學(xué)分析。

5 高層建筑玻璃幕墻的常見(jiàn)設(shè)計(jì)要素

5.1 可靠性設(shè)計(jì)

對(duì)高層建筑玻璃幕墻設(shè)計(jì)而言，最關(guān)鍵的因素主要包括兩個(gè)方面：①安全性設(shè)計(jì)；②可靠性設(shè)計(jì)。因此，在高層建筑玻璃幕墻設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須要認(rèn)真遵循地區(qū)以及國(guó)家的有關(guān)規(guī)范，還有關(guān)于玻璃幕墻的設(shè)計(jì)要求以及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮幕墻重要受力構(gòu)件受到玻璃幕墻地震荷載以及玻璃自重的影響，確保玻璃幕墻的穩(wěn)定性以及安全性，建筑主體結(jié)構(gòu)與玻璃幕墻的相互連接，容易影響玻璃幕墻的安全性以及穩(wěn)定性，所以在玻璃幕墻設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)設(shè)計(jì)玻璃幕墻與建筑主體結(jié)構(gòu)的連接安全性與隔離性[2]。而目前幕墻結(jié)構(gòu)和主體結(jié)構(gòu)之間的連接方法主要包括鍍鋅鋼角碼以及鋁合金掛件等，其中，采用的幕墻結(jié)構(gòu)類(lèi)型分別是框架式玻璃幕墻以及單元式幕墻。

5.2 節(jié)能性設(shè)計(jì)

目前，我國(guó)高層建筑中運(yùn)用玻璃幕墻裝飾普遍存在的問(wèn)題是能耗相當(dāng)高，而伴隨著我國(guó)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越高，對(duì)高層建筑玻璃幕墻實(shí)施節(jié)能設(shè)計(jì)是主要問(wèn)題。具體來(lái)講，不管是玻璃幕墻系統(tǒng)類(lèi)型還是玻璃幕墻材料，都必須要科學(xué)設(shè)計(jì)，使用價(jià)格實(shí)惠、質(zhì)量合格的高性能斷熱材料以及玻璃，日益減少玻璃幕墻的K 值，以確保高層建筑玻璃幕墻可以獲得顯著的節(jié)能效果。

5.3 避雷設(shè)計(jì)

在高層建筑主體結(jié)構(gòu)中最為重要的圍護(hù)結(jié)構(gòu)在于玻璃幕墻，通常不會(huì)針對(duì)金屬框架實(shí)施獨(dú)立的避雷設(shè)計(jì)，普遍采用與主體結(jié)構(gòu)防雷系統(tǒng)相融合的方法，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是指將幕墻的橫豎向龍骨與建筑物主體結(jié)構(gòu)內(nèi)部的防雷系統(tǒng)進(jìn)行連接，讓玻璃幕墻與建筑物總體結(jié)構(gòu)形成總體的防雷系統(tǒng)，利用建筑物主體結(jié)構(gòu)自身的防雷接地系統(tǒng)向地下傳送玻璃幕墻接收的雷電能量，以防雷電對(duì)玻璃幕墻以及建筑物主體結(jié)構(gòu)造成嚴(yán)重的威脅。

5.4 防火設(shè)計(jì)

當(dāng)前，隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，對(duì)高層建筑防火性能有越來(lái)越高的要求，然而在高層建筑中玻璃幕墻屬于外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，是不可或缺的主要部分，然而因?yàn)椴Ａ粔﹂L(zhǎng)期面對(duì)烈火容易出現(xiàn)軟化以及融化以及情況，需要將高層建筑玻璃幕墻防火設(shè)計(jì)真正落實(shí)到位。必須要在幕墻以及附近防火分隔構(gòu)建以及樓板位置的縫隙，運(yùn)用防火封堵設(shè)計(jì)方法[3]。目前，我國(guó)建筑設(shè)計(jì)中廣泛應(yīng)用的防火隔煙方法是防火封堵設(shè)計(jì)，主要是將不燃或者很難燃燒的材料填充于不同縫隙之間，進(jìn)而避免在建筑物中迅速擴(kuò)散火焰以及高溫?zé)煔?。一般?lái)說(shuō)，在防火設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該對(duì)以下幾個(gè)方面多加注意：①對(duì)玻璃幕墻與建筑物主體結(jié)構(gòu)之間的縫隙使用約1.5mm 的鍍鋅鋼板全部鋪滿，再使用超過(guò)100mm 的防火巖棉來(lái)填充密實(shí)，將適量的防火密封膠注進(jìn)到玻璃幕墻、鍍鋅鋼板和建筑物主體結(jié)構(gòu)之間[4]；②如果幕墻的窗檻墻和無(wú)窗間墻高度不超過(guò)0.8m，必須要將實(shí)體群墻以及防火玻璃群墻合理設(shè)置在各層樓板外沿；③對(duì)不同防火分區(qū)之間防火墻兩邊的玻璃幕墻來(lái)說(shuō)，必須要緊緊依靠防火墻門(mén)窗洞口之間與邊緣水平最靠近的距離必須要超過(guò)2m，而且需要合理設(shè)置寬度是2m 的豎向乙級(jí)防火玻璃[5]。

6 結(jié)語(yǔ)

最近幾年，在高層建筑數(shù)量日益增多的背景下，人們要求高層建筑必須要具備更強(qiáng)的總體性能，不僅要重視高層建筑性能，也重視高層建筑外形美觀。同時(shí)在高層建筑中科學(xué)運(yùn)用玻璃幕墻，可以從本質(zhì)上符合人們對(duì)于高層建筑的各方面要求，比如：性能以及美觀性等。因此，需要從不同的角度、不同的側(cè)面全面分析高層建筑玻璃幕墻設(shè)計(jì)要素，使高層建筑玻璃幕墻更加的安全穩(wěn)定，以推動(dòng)高層建筑健康穩(wěn)定發(fā)展。