玻璃幕墻外裝飾構(gòu)件設計探討

季少博

［同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司，上海 200082］

0 引言

建筑造型多種多樣，建筑師對玻璃幕墻形式也提出了更多的設想，數(shù)碼打印彩釉玻璃、弧形玻璃、超大尺寸玻璃各放異彩，玻璃幕墻外裝飾線條，也是倍受青睞。其中裝飾線條不管是造型方面的多樣性，還是系統(tǒng)的成熟度，都是實現(xiàn)建筑效果的較高選擇。

1 玻璃幕墻的類型

建筑是與人類生活息息相關的基礎設施，從古時候的草屋土墻，逐漸發(fā)展成青磚綠瓦，再發(fā)展成現(xiàn)在的高樓大廈，經(jīng)歷了數(shù)不勝數(shù)的技術(shù)變革。玻璃門窗和玻璃幕墻發(fā)展至今，已經(jīng)成為建筑工程中不可或缺的構(gòu)造組成部分。玻璃幕墻的運用使得建筑整體更加輕盈，有利于挑戰(zhàn)更高的建筑體量與建筑高度。其良好的視覺通透性及采光功能，也滿足了人們對生活的基本需求，但是千篇一律的純粹玻璃平面難免會失去建筑本該擁有的立體感，于是各種各樣的玻璃幕墻在建筑設計師的天馬行空想法中漸漸誕生，比如豎明橫隱玻璃幕墻、豎隱橫明玻璃幕墻、全明框玻璃幕墻、全玻幕墻、點爪式玻璃幕墻等。其中，豎明橫隱的形式更好的體現(xiàn)建筑的高度，寬窄不一的豎向線條能更好的實現(xiàn)建筑功能與效果；豎隱橫明的形式更能體現(xiàn)建筑橫向尺度的宏偉大氣，舒展流暢的橫向裝飾構(gòu)件如水波般流動，展現(xiàn)出建筑設計師的設計語言，體現(xiàn)出建筑的多樣造型。

2 玻璃幕墻外裝飾構(gòu)件的結(jié)構(gòu)類型

建筑幕墻構(gòu)件復雜，玻璃幕墻外設置裝飾構(gòu)件一般有兩種方式。

2.1 小尺寸外挑裝飾構(gòu)件

造型需求比較簡單，尺寸不是很大的外裝飾構(gòu)件，可以在玻璃幕墻的自身龍骨上進行設計，在橫向龍骨或者豎向龍骨上連接好轉(zhuǎn)接件，定好連接件的間距，從玻璃拼縫處延伸出玻璃幕墻面與外裝飾桿件連接如圖1所示，這種連接形式操作比較簡單靈活，方便調(diào)節(jié)，對玻璃幕墻的外觀完成度影響比較小。小型的裝飾構(gòu)件一般采用金屬材料，比如鋁合金型材、不銹鋼構(gòu)件、搪瓷鋼構(gòu)件、鋁包鋼等。

圖1 小尺寸外挑裝飾構(gòu)件

2.2 大尺寸外裝飾構(gòu)件

大尺寸的裝飾構(gòu)件也有自身的優(yōu)勢，更豐富的造型，更強烈的視覺沖擊，還能運用各種不同的材料進行豐富，以達到不同的效果。大型的裝飾構(gòu)件甚至能兼容遮陽功能于一體，不需要建筑額外設置遮陽裝置，辦公場所對可見光透射率較高的情況下，裝飾構(gòu)件的遮陽做用對玻璃的選擇起到了關鍵作用[1]，滿足了建筑節(jié)能環(huán)保需求。大尺寸裝飾線條能與玻璃幕墻相結(jié)合，為了盡可能發(fā)揮玻璃幕墻本身的極簡質(zhì)感，原本玻璃幕墻所承擔的開啟通風功能可以由裝飾構(gòu)件承擔，如圖2所示。

圖2 大尺寸外裝飾構(gòu)件

玻璃幕墻自身龍骨往往承受不了這種大尺寸的裝飾構(gòu)件，一般都會在主體結(jié)構(gòu)上單獨設置連接支座，簡化受力體系，傳力更加直接，不會對玻璃幕墻的自身受力產(chǎn)生影響，進一步提高建筑工程的安全性。

大尺寸的裝飾構(gòu)件可以采用多種多樣的材質(zhì)，比如石材、陶瓷板、鑄鋼型材、穿孔鋁板等。這些材料與玻璃幕墻銜接組合，結(jié)構(gòu)形式又采用單獨的系統(tǒng)與主體連接，既豐富了立面效果，也保證了安全與功能效果。

3 外裝飾構(gòu)件設計中存在的問題

3.1 與消防救援窗的沖突

在建筑設計過程中經(jīng)常會出現(xiàn)兩種設計風格，一種是以有序、規(guī)律、對稱的設計風格，另一種是更加自由、仿生、更貼近自然元素的設計風格。第一種風格往往在追求立面簡潔統(tǒng)一的時候，會跟行業(yè)的設計規(guī)范有所沖突，外開啟扇和消防救援口就是我們作為設計師要重點關注的設計要點。消防救援口因為要滿足快拆和方便救援的原則，在設計立面的時候設計師會以安全性和功能性為第一設計要素，從而犧牲掉立面的效果。鋼化玻璃具有易破拆的特性，只要龍骨之間的凈尺寸滿足國家規(guī)范，就可以滿足消防救援的要求，玻璃幕墻外設置的裝飾線條滿足了立面效果，但往往滿足不了消防凈寬的要求，這就需要建筑師在這中間權(quán)衡與取舍[2]。

3.2 次構(gòu)件的疏忽

外裝飾構(gòu)件在設計過程中都會注重較大構(gòu)件關鍵部位連接，往往忽視了次要位置的連接加強。在過往的事故案例中經(jīng)常會看到，較小的裝飾扣蓋采用簡單的扣接，沒有可靠的機械連接，剛安裝完的時候靠著材料之間的扣接摩擦力維持著，經(jīng)長時間的風吹震動后，慢慢松脫墜落，具有較大的安全隱患，可能會造成安全事故[3]。

3.3 保溫隔熱性能差

我國經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，節(jié)能減排也已經(jīng)成為國家可持續(xù)發(fā)展的重要關注點。在這樣的大環(huán)境下，建筑工程也與時俱進，對綠色環(huán)保、節(jié)能減排提出了更高的要求。例如玻璃幕墻的節(jié)能技術(shù)已經(jīng)逐漸發(fā)展，中空LOW-E玻璃及充惰性氣體等技術(shù)基本能夠滿足建筑的節(jié)能要求，但外置構(gòu)件的熱能傳遞很容易被忽視，使這會得整體的建筑能耗升高，影響節(jié)能減排的效果[4]。低溫環(huán)境下外部溫度通過裝飾構(gòu)件傳遞到室內(nèi)，還容易形成結(jié)露，也會對室內(nèi)環(huán)境造成影響。

3.4 不同類型的耐久度差異

不同的外裝飾構(gòu)件在室外環(huán)境下長時間經(jīng)歷酸雨、暴曬等侵蝕，呈現(xiàn)出不同的耐久度。石材外裝飾構(gòu)件分兩種形式，一種開放式石材，一種打膠式石材。開放式石材經(jīng)長時間侵蝕，僅對石材面板的顏色有所影響；打膠式石材經(jīng)歷長時間暴曬雨淋，膠縫處滲出硅油，石材表面容易掛污，時間一長線條就會相當難看。穿孔鋁板裝飾構(gòu)件也有弊端，內(nèi)部鋼骨架直接與室外空氣接觸，即使做了熱浸鍍鋅、氟碳噴涂等防腐處理，時間一長表面處理也會慢慢失效，鋼骨架銹蝕，銹水污染面板，外觀難看，還會形成安全隱患[5]。

4 外裝飾構(gòu)件設計優(yōu)化策略

4.1 可開啟式設計

外開窗和消防救援口處設置外裝飾構(gòu)件是一個相對沖突的地方，這兩個地方的構(gòu)造往往需要特殊處理。外裝飾構(gòu)件設置在玻璃面板中間位置的時候，與上下或左右龍骨進行單跨簡支連接，無法快速破拆或者打開，我們?nèi)绻梢詫⑼庋b飾構(gòu)件變成一個單獨可折疊或可開啟的裝置，就能很好的解決這個無法破拆影響開啟的問題。裝飾構(gòu)件的折疊也有很多需要注意的地方，簡單的插銷式系統(tǒng)外露雖然能快速的實施打開折疊，但明裝的插銷比較簡陋影響外立面美觀。內(nèi)隱藏式的插銷系統(tǒng)就比較美觀，也能實現(xiàn)快速打開折疊的效果[6]。裝飾構(gòu)件的開啟其實是與外開窗系統(tǒng)的一種整體結(jié)合，裝飾構(gòu)件在一端設置一個固定位置可以繞著這個固定位置進行旋轉(zhuǎn)，另一端與外開窗進行連接，外開窗開啟的時候裝飾構(gòu)件可以同時打開。與外開窗連接其實需要分兩種情況分析。

（1）外開窗只需要滿足日常通風要求時，外開窗的開啟的角度和距離都是有國標規(guī)范控制的，在常開狀態(tài)下，裝飾構(gòu)件一起打開，裝飾構(gòu)件的重力作用和側(cè)向風荷載都會對外開窗的五金連接件及螺釘產(chǎn)生影響，在計算和選取五金連接件的時候就要格外注意。

（2）外開窗承擔排煙時需要外開到70°，因開啟行程過長，需要設置電動開窗器來實現(xiàn)，但裝飾構(gòu)件的固定點與外開窗的固定點不是同一個位置，需要考慮協(xié)同開啟的過程中兩者的開啟角度不同，自由端需設置可伸縮裝置，從而實現(xiàn)兩者協(xié)同開啟。

4.2 次構(gòu)件的防脫落設計

外裝飾構(gòu)件在設計過程中都會加強根部連接做法，保證裝飾構(gòu)件整體安全度，但緊固件的選擇容易被輕視，有些工程在設計的時候，會為了方便直接使用了機制螺釘連接，這會在裝飾構(gòu)件長期受風荷載作用下慢慢松脫，產(chǎn)生不小的安全隱患，因此，防松脫螺栓就是一種相當重要的緊固件選擇。類似的情況也發(fā)生在次要裝飾扣蓋上，玻璃幕墻的裝飾條采用直接扣接的安裝方式，其特點是構(gòu)造簡單，安裝方便[7]，但型材精度要求相當嚴格，尺寸稍大就會有安全隱患，在扣蓋外直接打釘影響了建筑效果，針對這個問題，其實我們可以在裝飾構(gòu)件的末端設置封堵板，既可以防止雨水大量灌入裝飾構(gòu)件，也可以起到裝飾扣蓋的止脫效果。

4.3 設置保溫隔熱措施

眾所周知，節(jié)能環(huán)保是綠色建筑的一個重要環(huán)節(jié)，采用玻璃幕墻能夠有效的防止熱能的流失與傳遞，外裝飾構(gòu)件的設置需要穿透幕墻進行連接，不利于阻止熱能的傳遞，直接與幕墻龍骨連接的裝飾構(gòu)件可以在與幕墻龍骨連接處采用隔熱毯、隔熱墊、等隔熱材料進行隔熱處理，有效減少熱能傳遞[8]。單獨與主體連接的外裝飾構(gòu)件需仔細分析與室內(nèi)環(huán)境接觸的位置，通過熱工計算得出有效的保溫厚度，設置保溫棉進行保溫，還需注意保溫棉的各項物理性能，既要防水防潮防止保溫棉失效，還要采用難燃性材料，滿足國家規(guī)范，保證建筑的安全性[9]。

4.4 因地制宜，提升設計要求

各種外裝飾構(gòu)件長時間在室外經(jīng)歷酸雨、暴曬等侵蝕下，耐久度也是不一樣的，相對的在不同地區(qū)我們也需要采用不一樣的選擇。在鹽堿度高的沿海地區(qū)采用金屬裝飾構(gòu)件的時候，表面處理等級需提高，不能按常規(guī)地區(qū)進行表面處理，面板的耐久度會有明顯提升[10]。開放式石材裝飾構(gòu)件及穿孔鋁板裝飾構(gòu)件可以在面板內(nèi)部設置防水鋁板，把鋼骨架包覆在內(nèi)，盡量避免鋼骨架外露，不與外界的空氣和雨水接觸，保護鋼龍骨，提高耐久度，也不會產(chǎn)生污水污染外部面板。

4.5 拓寬視野，比選更優(yōu)材料

外裝飾構(gòu)件的本身材料選擇也可以豐富多樣，隨著幕墻領域各材料生產(chǎn)商及研究機構(gòu)的不斷努力，很多新型材料逐漸問世，給建筑設計提供了更多的可能，UHPC多孔板、復合鋁合金板材、復合石材、搪瓷鋼板、硅巢等材料也是建筑設計優(yōu)異的選擇。復合石材彌補了天然石材的各項物理性能，更加安全可靠，輕質(zhì)的特性更便于運輸，更便于施工安裝。復合鋁合金板材相較于普通鋁合金板也有更多的優(yōu)勢，復合材料具有更優(yōu)秀的面板強度，更小的R角，可以完成更大尺寸的裝飾構(gòu)件造型[11]。

5 結(jié)語

綜上所述，幕墻外裝飾構(gòu)件設計是提升建筑效果的一種方式，同時也是相當重要及嚴謹?shù)囊粋€環(huán)節(jié)，不僅需要幕墻設計人員在設計過程中仔細思考，根據(jù)不同項目因地制宜的運用材料，結(jié)構(gòu)結(jié)算方面也許反復驗證，還需組織專家評審，從而提高設計方案的可靠度以保證安全性。除此以外，幕墻設計人員與建筑設計師應該加強溝通交流，通過各種材料的效果對比、經(jīng)濟性對比和結(jié)構(gòu)形式對比，選出更適合的方案，以滿足建筑的效果及功能要求。另外，還需加強與各領域前沿材料廠家的交流，了解更多的新技術(shù)新材料，匹配運用到實際的項目中，用實踐來驗證材料的各項性能，從而促進行業(yè)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，為建筑行業(yè)的節(jié)能環(huán)保做出一份貢獻。