探讨点支式玻璃幕墙设计的运用

探讨点支式玻璃幕墙设计的运用

陈雄

深圳市方大建科集团有限公司

【摘要】当前，随着建筑工艺的不断发展，幕墙作为现代建筑的外维护结构，是实现建筑外观、建筑功能以及建筑效能的直接载体，幕墙设计是幕墙实施的基础,因此，在我国正被越来越广泛地采用。我们要以更高的责任感和紧迫感来重新认识幕墙设计。与此同时，随着建筑业的发展与人们审美情趣的不断提升，作为一种采光性能良好、结构简洁、且安装较传统填充墙更为便捷的建筑结构型式，点支式玻璃幕墙被越来越多地运用于建筑物幕墙设计当中，逐渐成为现代化建筑的标志。本文从点支式玻璃幕墙设计特点入手，分析点支式玻璃幕墙设计在具体幕墙设计中的运用，并对点支式玻璃幕墙的设计要点作出阐述。

【关键词】幕墙设计；点支式；玻璃幕墙；原则；要点

一、点支式玻璃幕墙概述

玻璃幕墙主要指的是那些以玻璃作为主要的覆盖面而形成的一种建筑外围结构，是通过玻璃生产制作形成的建筑墙体、屋盖、楼层、楼板的一种建筑体系。由于玻璃本身是一种脆性材料，因此其在施工和安装的过程中不可避免的会产生质量隐患，这对其生产加工工艺要求极高，同时对于玻璃幕墙的支撑结构也有着严格要求。通过在工作中进行分析，使得其确保能与玻璃幕墙共同组成复合型建筑结构。

通过金属构件与玻璃板组成的建筑物外围护结构，称为玻璃幕墙。点式连接玻璃幕墙也叫接驳式玻璃幕墙，它是用金属连接件和紧固件将建筑玻璃与金属支承结构连接成整体的新型组合式建筑结构，具有其他形式不可替代的优点--更通透、更安全、更灵活，使建筑的现代工艺美、技术美得以尽情地渲泻。

就拿当前工程结构中我们常见的玻璃幕墙支撑结构进行分析，这些结构通常都是由玻璃、铝、钢等金属组成的。因此，我们可以说玻璃幕墙结构是通过玻璃金属材料经过加工、连接、安装的方式组成的一种可以独立的承担各种荷载的墙体结构，并且能够满足各项预计功能的一种墙体结构形式下，玻璃幕墙结构是由面板、支撑结构、基座三部分组成的。对于点支式玻璃幕墙而言，连接件主要是以螺栓组件和支撑装置为主的，其基座也是幕墙结构赖以成型的部分。

在点支式玻璃幕墙结构的连接过程中，对于板件、杆件以及构件之间的连接方式必须要给予重视，尤其是其连接方式的选择，更是要结合工程结构特点来进行严格分析和控制，从而结构本身具备着良好的刚度和适宜的承载能力。如上所述，玻璃幕墙结构本身就是一种工程结构，它所承受的荷载大部分都是因为自然环境的影响和人为引起的。在各种可能出现的荷载作用组合下，在结构设计的过程中必须要充分考虑到结构的安全性、实用性和耐久性等基本要求。当然，作为玻璃幕墙的外在结构，他还应当与建筑物的艺术相匹配，从而得到画龙点睛之效果。

二、点支式玻璃幕墙

点支式玻璃幕墙是一种新兴的紧跟时代发展的玻璃幕墙，它综合采用了多种新工艺、新材料、新技术、新设计，所以建筑幕墙企业应以点支式玻璃幕墙作为树名扬誉的重头戏。要做到做好这一点，必须在以下几个方面下功夫：

1、新颖的幕墙设计

设计要创新，构思应巧妙；减少雷同和复制；能较好表现建筑设计师的本意和风格又不拘泥；还能充分体现外装设计人的创意和艺术造诣；最终展示出独特造型以立足建筑之林。

2、精确的构件加工

精确的构件加工包含两个意思，一是加工构件是符合标准质量要求的；二是加工周期满足施工需要的。

3、幕墙专业技术人才的引进培养

作为“四新”产业的幕墙施工企业，开拓发展首先要靠专业技术人才。从设计、加工、质量管理到现场施工的专业技术人员在幕墙工程中都是必不可少的。

4、高效率的现场安装

幕墙的材料、玻璃、辅件和构件按预计到场后，项目经理能否统筹协调并科学的组织施工就成为关键要素。不同的项目管理肯定会有不同的结果。幕墙质量及经济效果很大程度上取决于该阶段的绩效。

三、玻璃幕墙设计的若干原则

1、选用安全性能较高的玻璃材质，比如钢化玻璃、防火玻璃、夹丝玻璃、夹层玻璃等。由于玻璃幕墙是建筑物的外部围护结构，其主要用于建筑物的遮风挡雨、隔热保温、美观安全、降噪等，因此，玻璃幕墙应具备特殊的使用功能。

2、在玻璃幕墙设计中，主要部分的构件均应以主体结构为支撑或悬挂，应按照围护结构来设计玻璃幕墙，确保玻璃幕墙不会受到地震作用的影响，并且不承担来自主体结构产生的荷载。

3、玻璃幕墙与附属连接件自身承载力应过关，同时还应具备容忍主体结构发生轻度位移的能力以及一定的刚度，防止其受到温度、地震以及荷载作用影响出现严重受损或者形变。

4、玻璃幕墙在不考虑抗震设计因素的情况下，其玻璃材质在风力作用影响下不应破碎，同时连接件应确保幕墙不脱落不受损，应具备充分的位移能力。

5、玻璃幕墙设计在考虑抗震因素的情况下，所用玻璃材质在地震作用影响下不应破损，并且要求在设防烈度地震破坏作用影响下予以相应维护后仍可继续投入使用，幕墙骨架在罕遇地震破坏性作用下不应脱落。

6、在设计玻璃幕墙构件过程中应针对温度因素、地震因素、重力荷载因素、主体结构位移作用下幕墙结构完全性以及风荷载因素等予以充分考虑。

四、设计方案

1、结构形式

通常采用的玻璃幕墙为铝合金玻璃幕墙，而铝合金玻璃幕墙通常有明框、隐框和半隐框三种类型。其中明框玻璃幕墙的特点是横框和竖框都在幕墙外部，因此在建筑物外部可看到明显的横竖线条，具有显著的艺术效果。

2、使用功能

玻璃幕墙作为建筑的围护结构，通常在设计和施工时考虑幕墙的承受风荷载、雨水渗漏、隔音和保温性能等，对于不同地区的建筑根据当地的气候条件和使用环境、要求等对玻璃幕墙进行具体设计。

3、构造要求

玻璃幕墙在设计和施工时既要考虑到防雨水和防腐、变形等要求，又要考虑幕墙结构的排水效果。明框玻璃幕墙结构中使用的横框和竖框中应使用柔性垫片，采用柔性垫片后可改善幕墙的变形和防水效果，也能降低幕墙结构在风载作用下产生的噪声。除横竖框交接处，采用不同金属材料交接处都应设置柔性垫片进行处理，以防金属材料发生电化学腐蚀。玻璃幕墙拼接时设计的胶缝应保证在10mm左右，并且玻璃幕墙和建筑物的装饰层间距也不应小于5mm，在玻璃幕墙和结构缝隙处采用柔性材料进行嵌缝处理。在结构施工缝处玻璃幕墙也应根据施工缝大小进行施工处理。

4、防火、防雷设计

玻璃幕墙的防火设计主要在各楼层处设置防火带，防火带采用阻燃材料进行填充。进行防火设计时也应根据楼层高度选择玻璃大小，避免同一玻璃跨越两个楼层，以免发生火灾时玻璃破碎火势跨越到上下层建筑中。玻璃幕墙的防雷措施主要做法是将玻璃幕墙的金属边框和结构主体进行有效连接，可采用预埋件和结构主体钢筋连接，同样也可以采用地下引线进行有效连接，并且所使用的导线电阻不得大于10Ω，以保证有闪电来临时玻璃幕墙不会因为电流过大而产生破坏。

五、点支式玻璃幕墙设计中的要点

1、设计的实用性和巧妙性

设计师在对点支式玻璃幕墙设计时应当仔细对建筑施工图进行研究讨论，并及时征求业主方的相关设计意见，然后将其结合起来设计出符合施工现状的设计方案和设计构思。在设计阶段，设计单位不应当急于求成，应当仔细研究建筑的相关结构，掌握其主体结构的受力情况，从而设计出适合该主体建筑的玻璃幕墙结构。还应当考虑玻璃幕墙的防火设计、防雷设计、玻璃板块与相邻结构的设计。同时玻璃幕墙的上端和下端面的设计因素都应当进行整体考虑。在设计时相关设计人员应当采取措施巧妙构思、合理搭配，使其影响外观视觉的难点转化为玻璃幕墙增辉的亮点。

2、点支式玻璃幕墙设计的符合性

点支式玻璃幕墙的设计是否与原主体结构吻合是极为重要的因素，同时点支式玻璃幕墙进行施工时都是严格按照施工图纸进行准确施工，因此这就需要施工图纸能够很好地符合实际施工情况，于是相关设计人员在对点支式玻璃幕墙进行设计之前应当对该建筑的大体结构进行仔细的研究，并到是公共现场进行核实，避免出现设计不符合施工现状，一旦出现这样的问题将会影响到点支式玻璃幕墙的施工质量。在对异形点支式玻璃幕墙的设计更是要小心谨慎，最好做成固定标记，待安装后再行去除。这样能有效的减少设计和施工带来的误差，从而影响到整个工程质量。

3、节点设计

玻璃部分采用隐框小单元系统，开启采用挂钩多点锁形式，设置竖向及左右限位装置。与铝板交界处设隔热断桥档边条。铝板除加保温棉外与立柱连接处设置隔热断桥铝合金插接件，考虑到铝板折边为80mm，如出现角度偏差，用常规铝折片拉钉固定方式，板块会有较大偏转，不利于保持铝板在墙面上的平直度，为此铝合金插件改为可调角度构造。整体焊接，楼层连接方式为：上端两侧竖框设连接件挂接在U形钢支座上，并采取防上下、左右串动构造措施，下端横框插接在下层上端横框上。钢框架单元安装就位后，用螺钉将铝支座紧固在钢框架上，最后安装玻璃单元。本施工图方案难度在于钢架焊接变形的控制，既要防止平面内变形又要防止平面外变形，为了控制变形，加工部门设计了专用夹具并采用均衡焊接方式，较好地解决了这一问题，安装比较顺利，整体上的平整度也达到了设计要求。

4、小缝隙铝板节点设计

铝板高度方向分格为3.7米，按建筑设计院要求胶缝不得大于15mm，通常耐候胶的变位仅有25%，考虑到北京地区温差，常规胶缝设计无法满足铝板变位要求，为此在此处设计隐胶缝系统，外显胶缝15mm，内藏25mm胶缝打耐候胶，为此施工时采用了改装胶嘴及特制刮胶片。

5、断桥铝板防雷节点设计

铝板单元外凸玻璃面80mm为易受雷击部位，为了避免冷桥效应，铝板单元与铝合金龙骨框架之间采用了隔热断桥连接系统，为此在幕墙防雷网格部位的所有铝板单元必须与铝合金龙骨系统导通，在这些部位设置了铜编制导线与铝合金龙骨联通。

六、玻璃幕墙的一般构造措施

根据《玻璃幕墙工程技术规范》的定义，玻璃幕墙是指由支撑结构体系和玻璃面板组成，不承担主体结构受作用，可相对主体结构有一定位移能力的建筑外围护结构或装饰体系，玻璃幕墙在建筑中的广泛应用是在二十世纪五六十年代，在美国兴起的“玻璃盒子”式的摩天大楼成为建筑现代化的象征，以现代主义建筑大师范罗德设计的以玻璃幕墙为摩天大楼标志的“国际主义”建筑风格风靡全球，使得玻璃幕墙建筑得到飞速发展。

1.框式玻璃幕墙构造体系。所谓框架式魔力玻璃幕墙，是指由金属框架支撑玻璃面板的幕墙构造方式。此种玻璃幕墙形式可以通过金属框架与玻璃面板之间不同的构造方式创造出不同的形式效果。明框玻璃幕墙是指固定玻璃面板的金属型材显露于外表面的玻璃幕墙。原始的金属型材是作为功能性构建，而现在的框架玻璃幕墙的露明框架则具有里面装饰的作用的多重断面形式，作为明框玻璃幕墙，玻璃面板以及金属框同时成为玻璃幕墙建筑表皮形式的重要组成元素。

2.全玻璃幕墙构造体系。全玻璃幕墙是以玻璃肋版、玻璃面板构成的玻璃幕墙形式。由于直接利用玻璃材料作为结构构件代替了常用的金属框架，全玻璃幕墙因而获得最大程度的视觉和光线的通透性。

3.点式玻璃幕墙构造体系。点式玻璃幕墙是一种以精巧的钢连接件连接玻璃面板和支撑构件的玻璃幕墙构造方式。从钢链结构件的不同构造方式，可以分为：钻孔式，夹固式，被栓式点玻璃幕墙；按照支撑结构不同方式，点式玻璃幕墙可以分为下述几种：金属支承结构点式玻璃幕墙、全玻璃结构点式玻璃幕墙、拉杆（索）结构点式玻璃幕墙等。

4.双层通风玻璃幕墙。除了对玻璃面板以及金属型材的合理选择从而改善玻璃幕墙的热工性能，近些年来越来越广泛应用的双层玻璃幕墙成为了提高玻璃幕墙节能措施的有效手段。双层玻璃幕墙又称为呼吸式双层玻璃幕墙，外层玻璃幕墙一般采用隐框、明框、点式玻璃幕墙，双层玻璃幕墙则采用明框幕墙或者铝合金门窗。内外幕墙之间形成一个相对封闭空间-通风间层。空气可以从头通风间的下部进入，上部流出。空气间层内部经常处于空气流通的状态。热量也在其中流动，形成热量缓冲层，从而调节室内温度。

七、其他设计要求

1.温度应力分析。温度应力也是幕墙结构必须考虑的作用之一。为了满足建筑功能需要，常常将幕墙建筑的边柱局部或整体暴露于室外。这种情况下，随着季节和昼夜气温的变化，边柱将产生轴向的伸长与缩短。经验表明，采用线弹性的方法来分析这种气温变化引起的结构内力，可以得到足够精确的结果。

2.玻璃板材的选择。点式玻璃幕墙追求的是玻璃和精细钢结构交相辉映的建筑艺术效果。玻璃板材的选择，是点式玻璃幕墙设计中一个非常重要的技术环节。随着玻璃制造技术的飞速发展，建筑玻璃的种类越来越多，性能越来越好。

3.玻璃板材计算。目前，玻璃幕墙设计中采用的是玻璃面板和支承结构的非耦合分析。一方面，支承结构计算时，不考虑玻璃刚度对支承结构内力分布的影响；另一方面，玻璃面板分析时，假定角点支撑处没有位移。

八、结束语

在点支式玻璃幕墙设计的过程中我们要根据建筑的特点选用合适的结构进行设计，保证玻璃幕墙的美观、安全、实用。

参考文献：

[1]王盛文，高飞，孔俊东.点支式玻璃幕墙支承体系方案设计的分析[J].山西建筑.2010.4（04）：52-54

[2]黄双成.点支式玻璃幕墙在高层建筑中的使用[J].中华民居（下旬刊），2013.4（4）：126-127.