探討玻璃幕墻設計技術

王業中

摘 要：幕墻技術以其實用性和美觀性在建筑工程中得到廣泛的使用,本文首先分析了高層建筑玻璃幕墻設計時應該考慮的問題,接著重點分析了高層建筑玻璃幕墻設計,最后總結了在幕墻專項設計中易出現的一些疏漏,希望能夠為高層建筑幕墻設計提供的借鑒。

關鍵詞：玻璃幕墻；節點；防火設計；防雷設計

中圖分類號：TU2文獻標識碼： A

1 概述

隨著城市化進程的不斷加快,人們生活的物質水平不斷提高,從而更加注重精神上的享受,建筑作為人們使用較為頻繁的一種商品,其美觀性逐漸被重視起來建筑玻璃幕墻的使用能夠使簡單的建筑外圍結構變得更加豐富多彩,從而在建筑設計中得到越來越廣泛的使用但是玻璃幕墻也有其局限性,比如,玻璃作為一種易碎材料使用在建筑外圍結構中很容易發生安全事故,不同的建筑對外圍結構的要求也不同,因此,需要使用不同材質或者不同規格的玻璃幕墻,一定要根據建筑物的實際情況和要求進行設計,避免安全事故的發生

2 玻璃幕墻的主要類型及設計

幕墻結構設計在幕墻設計中是一個重要的環節。玻璃幕墻屬于建筑物外維護結構或裝飾結構，應參照圍護結構設計的標準來進行設計。其結構構成主要有支承結構體系與玻璃兩大部分。相對主體結構而言，其可以有一定的位移，但不分擔主體結構所受重力。設計時，應考慮幕墻自身重力荷載、直接承受迎面而來的風荷載以及地震時地震荷載。

玻璃幕墻結構主要分以下三類：

2.1 框支承玻璃幕墻（按結構構造形成又分明框、隱框、半隱框玻璃幕墻三類）框支承玻璃幕墻，即玻璃面板周邊由金屬框架支承的玻璃幕墻，其力學計算模型為：面板按四邊支承板，橫梁按雙向受彎構件，立柱按鉸接多跨梁且宜按偏心受拉構件設計，并按有關結構設計手冊或專門的計算軟件計算。

2.2 全玻幕墻：

全玻幕墻，由玻璃肋和玻璃面板構成，面板為對邊簡支和多點簡支形式，玻璃肋類似簡支梁。

2.3 點支承玻璃幕墻：

點支承玻璃幕墻，由玻璃面板、點支承裝置和支承結構構成。

3 幕墻設計中易疏忽的設計環節

3.1 連接件的設計：

3.1.1 連接件往往未進行設計計算。

幕墻的傳力路徑為：面板的自重和所承受的風荷載、地震作用等通過連接件傳給橫梁→立柱→通過錨接點以點傳遞方式傳至建筑物主框架。所以，連接件與主體結構的錨固承載力設計值應大于連接件本身的承載力設計值。

幕墻本身變形能力較小，在水平地震或風荷載作用下，主體結構梁容易產生側移。由于幕墻構件不能承受過大的位移，只能通過彈性連接件來避免主體結構過大側移的影響。幕墻構件與立柱、橫梁的連接要盡可靠地傳遞風荷、地震作用、自重作用及主體結構水平位移產生的影響，所以連接件須具有一定的適應位移的能力。

幕墻的破壞，往往最先體現在連接點上，連接點出現問題，則造成整個結構體系出現安全隱患，故連接件的作用不可忽視，必須通過精密計算來確定。

3.1.2 設計圖中未交代或不重視連接件的構造設計和措施。

風荷載作用下，幕墻與主體結構之間的連接件發生拔出、折斷等嚴重破壞的情況比較少見，只要保證其足夠的活動能力，使幕墻結構避免受主體結構過大位移的影響，一般不會出現這樣的問題。但在地震作用下，幕墻和連接件會受到強烈的動力作用，相對而言更容易發生破壞。防止或減輕震害的主要途徑是加強構造措施、精心設計、從嚴掌握。

幕墻結構與主體砼結構應通過預埋件來進行連接，預埋件應在主體結構砼施工時埋入，且位置應準確。但在實際中，很多建筑幕墻因各種原因在主體結構施工完畢后再進行設計和施工，因此造成幕墻結構與主體結構連接的預埋件無法事先預埋。

當無條件采用預埋件時，應采用其他可靠的連接措施，并通過試驗確定其承載力。通?？刹捎煤蠹踊瘜W植筋螺栓連接，而在后置埋件上的焊接施工，影響普通化學錨栓的錨固性能，在使用中根據幕墻工程實際的情況，需優先考慮采用定型化學錨栓或后擴底錨栓；所采用的螺栓直徑、長度和數量應通過承載力計算確定，且應進行承載力現場試驗，必要時應進行極限拉、拔試驗。施工操作時，應避開主體結構的受力鋼筋及防止截斷其受力筋。

3.2 玻璃幕墻膠的使用

3.2.1、中空玻璃間隔膠的使用要求

玻璃幕墻采用中空玻璃時，玻璃有兩道密封，在第二道密封中，隱框、半隱框玻璃需采用硅酮結構密封膠，明框幕墻玻璃可采用聚硫膠或硅酮密封膠，其結構性能相對較弱；但在工程施工中，設計師通常沒有關注到這個區別，如在隱框玻璃中采用了聚硫膠，那么將會出現很大的安全隱患，其中明框玻璃幕墻的開啟扇位置的玻璃尤其容易出現使用錯誤的情況；

3.2.2 玻璃與型材連接部位結構膠

在重力荷載設計值作用下，玻璃幕墻的重力傳給結構膠，結構膠縫均勻承重長期剪力，其承受荷載和作用產生的應力大小關系到幕墻構件的安全。由此可見，結構膠的重要性，所以對結構膠必須進行承載力驗算，保證最小的粘接寬度和厚度。在工程案例中，常見結構膠未進行設計計算，設計圖中未標注膠寬度和厚度的情況。

3.3設計計算中，風荷載分項系數取值有些不準確。

主要疏忽：未區分負壓區墻角，凹凸部位，取值 1.2 偏小，應取 1.4。在高層建筑幕墻設計中，應進行高度方向分區設計，針對性采用合適的結構受力模型；

對高度＞ 200m 或體型、風荷載環境復雜時，宜進行風洞試驗。

3.4 玻璃幕墻的防火設計不到位。

幕墻四周與主體結構之間的縫隙、與每層樓板、隔墻處的縫隙僅用普通裝飾材料進行封閉，沒有采用防火保溫材料進行填塞，未能滿足消防要求，如樓層發生火災時不能有效對火勢進行隔斷。

一般的做法是，采用防火封堵法，通過在縫隙間填塞不燃或難燃材料或由此形成的系統，以達到防止火焰和高溫煙氣在建筑內部擴散的目的。但在審圖過程中，筆者還是發現了設計中有些封堵不到位，標準做法是：縫隙封堵填塞材料應采用巖棉或礦棉，襯托巖棉用鍍鋅鋼板厚度不得小于 1.5mm，巖棉或礦棉厚度不

得小于 100mm（詳見圖 1）。

同時，為避免兩個防火分區因玻璃破碎而相通，造成火勢迅速蔓延，同一玻璃板塊不宜跨越兩個防火分區。

3.5 玻璃幕墻的防雷設計易疏漏

高層建筑在被玻璃幕墻圍護后，原建筑物的防雷裝置由于玻璃幕墻的屏蔽效應，不能直接起到接閃和防雷作用，閃電對建筑物的雷擊往往變成對玻璃幕墻的雷擊。故防雷設計也是保證幕墻安全使用的一個重要環節，不可疏漏。

有些幕墻設計中未作防雷設計，或雖有些做了防雷設計，其設計和技術措施也不到位，防雷未與主體建筑的防雷接地系統可靠連接，形成一個導電通暢的整體系統。

筆者就曾遇到過一個因玻璃幕墻防雷設計的疏漏而遭遇雷擊的實例，所以玻璃幕墻設計中的防雷設計必須引起設計師的重視。

通常建筑物的防雷裝置有三部分：接閃器、引下線和接地裝器。幕墻防雷節點標準做法詳見圖 2 、圖 3、圖 4。

目前防止側擊雷的常見做法是在 30m 以上的高層建筑玻璃幕墻部位，每三層設置一圈均壓環（ 圖3、 圖4 ）。將幕墻豎向龍骨、橫向龍骨和建筑物防雷網接通連成一個防雷整體，把幕墻獲得的巨大雷電能量，通過建筑物的接地系統，迅速地輸送到地下。

4 結語

總而言之,建筑物的外圍結構是建筑物首先呈現給人們的部分,關系到建筑物的總體形象在高層建筑玻璃幕墻設計中一定要注重結合建筑物的實際情況,建筑外圍結構的形式,科學合理地設置幕墻的比例,保證幕墻的安全性和可靠性,同時發揮其美化建筑物外圍結構的功能,體現建筑物的不同風格和特點。

參考文獻

[1] 中華人民共和國行業標準，玻璃幕墻工程技術規范（JGJ102-2003）.

[2] 田延中.建筑幕墻施工圖集，北京：中國建筑建筑工業出版社，2006.