摘要：随着建筑行业的不断发展，城市建设日新月异，为了提升城市的整体面貌，很多城市的高层及超高层建筑外墙都选择采用玻璃幕墙。一来玻璃幕墙相对于传统的墙体来说施工进度更快，二者玻璃幕墙也比传统的墙体更加美观采光性能更好。所以玻璃幕墙在现代高层建筑设计中得到广泛的运用。我们在进行高层建筑幕墙设计时必须要重视结合建筑物的现实状况，建筑外围构造的方式，合理科学地设计幕墙的系统，确保幕墙的安全性与可靠性。为幕墙施工及后期的质量安全保驾护航，本文就玻璃幕墙设计技术关键要点进行了探讨，供同行参考。
关键词：玻璃幕墙；框架、单元式幕设计技术；玻璃分格设计；关键要点
1、玻璃幕墙种类
玻璃幕墙设计的关键点是结构设计，这是因为玻璃幕墙是典型的外围护结构，因此设计人员必须根据围护结构设计要求来完成基本的设计任务。玻璃幕墙主要由两部分组成，—部分是支撑结构体系，另—部分是玻璃。与建筑主体结构相比，玻璃幕墙能够进行位移，但是位移需要控制在指定范围内，位移期间幕墙并不会承担着主体结构形成的重力。设计人员在进行设计时，需要考量重力负荷、风荷载、地震荷载等。玻璃幕墙可分为如下三种：
1.1框支承玻璃幕墙
框支承玻璃幕墙，即玻璃面板周边由金属框架支承的玻璃幕墙，其力学计算模型为：面板按四边支承板，横梁按双向受弯构件，立柱按铰接多跨梁且宜按偏心受拉构件设计，并按有关结构设计手册或专门的计算软件计算。
1.2全玻幕墙
全玻幕墙由玻璃肋和玻璃面板构成，面板为对边简支和多点简支形式，玻璃肋类似简支梁。
1.3点支承玻璃幕墙
点支承玻璃幕墙由玻璃面板、点支承装置和支承结构构成。
2、幕墙系统设计
2.1玻璃幕墙一般性结构特点
玻璃幕墙它主要是应用玻璃这种饰面材料做幕墙安装面板。其透光性强，给人以透明、轻巧、明亮的感觉。根据安装形式可分为：框支承玻璃幕墙（构件式和单元式）、点支承玻璃幕墙（钢管式、玻璃肋、拉杆、拉索、桁架等）、全玻幕墙（吊挂和落地式）、双层玻璃幕墙（内偱环、外偱环）等。
2.2玻璃幕墙设计分格安全性要求
（1）幕墙材料安全性：其最大分格的抗弯强度、抗剪强度和刚度必须满足国家规格要求、行业规范。（懂受力分析、结构计算）。
①熟练使用软件Mathcad进行设计验证。
②风荷载的计算。
③面板的强度、挠度计算。
④横梁的强度、挠度计算。
⑤立柱的强度、挠度计算。
⑥结构胶、连接计算。
熟练使用软件SAP2000或者STAAD.Pro软件计算钢桁架、雨篷等。
（2）玻璃幕墙分格要经济合理。材料的利用率：分格大小应充分利用材料的常用规格，尽量提高原材料的利用率，最大限度的发挥材料的力学性能，物尽其用（分格不宜太大，分格也不是越小越好）。比如：玻璃原片的常规尺寸为2440×3660mm，所以分格时尺寸应向1200或1800靠近（分格大小必须考虑同时能适应钢化、镀膜、夹层等生产设备的加工能力）。
（3）玻璃幕墙分格要具有美观性。现代幕墙已不再仅仅只是建筑简单的外围护结构，而是越来越深入地成为整个建筑的一个有机组成部分。因此在幕墙设计时，力图以简洁明快、线条流畅、分格清晰、造型独特来体现该建筑的时尚风格和现代气息。同时也充分考虑了内视效果，使室内感到协调、精致。采用适合工厂化生产的设计，幕墙构件产品化，加工精度高，现场安装快，而且线条整齐，平整度好。设计分格的原则：幕墙设计师在尊重建筑师的意愿和认可下才能对幕墙分格进行改动（前提条件是不能破坏整体建筑风格）。 板块宽高比：黄金分割原则（比值0.618=1：1.6），分格比例尽量对称协调（便于施工，美观）。分格长宽比一般在1：1.2～1：1.6之间，分格不宜采取1：1比例（点玻1：1受力最好，在采光顶雨篷等可采用）。
（4）幕墙分格要具有功能性，幕墙的主要使用功能：采光、通风、保温、隔音。开启扇位置的合理性：满足使用功能和立面效果要求，启闭方便，避免设置在梁、柱、隔墙等位置。其高度一般在离地面800-1200mm比较适宜。（在幼儿园及小学等楼房，幕墙的设计要多考虑到安全因素，可以考虑幕墙的开启位置偏高）。室内视线的良好性：离室内地面1400mm-1800mm的位置不要设置横向分格，因为这高度正好是人的眼睛离地面的高度，这样会影响人在室内观察室外的效果。与室内空间组合相适应，柱、墙的位置设立柱：在房间隔墙的位置设置竖向分格，这样有利于室内装修，可以很好的把两个房间分开，隔声效果好。建筑的伸缩缝处：应结合节点作特殊处理，必须设置分格，且不宜过大。
（5）特别注意公共场所功能性，比如：主入口门洞总高度应在3600mm 以上，门扇的开启高度不应小于3000mm，每樘门的最小宽度不应小于2100mm；玻璃幕墙从楼、地面向上的第一块的玻璃分格高度不应小于2200mm；为了保证公共场所的良好视角效果，玻璃分格应尽可能加大。
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3、玻璃幕墙设计技术关键要点
3.1连接件设计关键要点
3.1.1精密计算
幕墙自重与外界需要承受的各项荷载都是经过连接件传输到横梁上，再通过横梁传输到立柱上，最终传输到建筑主体结构上。基于这样的传力路径的要求，连接件与主体结构锚固承载力之间的设计计算值必须要高于连接件自身的承载能力值。因为玻璃幕墙本身并没有过高的变形能力，而受到地震或者是风荷载的影响，建筑主体结构梁非常容易出现侧移。但是玻璃幕墙结构无法承担过于严重的位移量，所以只能够借助弹性连接件来防止建筑主体结构出现严重侧移。在此基础上，幕墙构件、立柱、横梁要能够化解一些外界荷载带来的不良影响，因此连接件势必要具备相应的适应位移的功能。现实实践中，幕墙时常会被破坏，尤其是连接点位置最容易发生破坏，导致整个幕墙结构系统隐患重重。基于此，设计者必须对连接件有一个清楚的认识，要对连接件进行精密计算，在一切计算数值未确定的情况下，不允许贸然进行下一步设计。
3.1.2连接件构造的设计以及具体方法
如果只是单纯的风荷载，连接幕墙与建筑主体的连接件并不容易发生破坏，因此幕墙自身活动能力充足，即便受到建筑主体结构位移影响，也不会造成过于严重的问题。但是如果发生地震，连接件则会受到动力影响，而产生巨大损害。为避免这一问题，设计人员有必要对连接件具体构造进行了解，而后从严设计。通常情况下，幕墙结构与主体的混凝土结构都是借助预埋件来展开连接，预埋件需要在建筑主体混凝土施工期间就埋入到指定位置。这就需要设计人员对预埋件图纸进行精确放样与布置。现实生活中，玻璃幕墙受到各种因素限制，通常都是在建筑主体结构施工结束后才开始施工，所以预埋件不能预先埋入到指定位置上。
如果没有合适条件来运用预埋件，设计人员就需要通过其他方法来进行连接，但是这些方法必须要进行试验，以此保证承载力正确。
一般而言，设计者都会运用后加化学植筋螺栓来进行连接，螺栓具体需要多大直径，应用多少数量，都需要设计者通过精密计算来确定。此种方法的运用还需要对承载力展开现场试验，如果有需要还应该展开极限拉、拔等方面的试验。具体施工时，主体结构受力钢筋一定要避开，否则很有可能截断受力筋。
3.2结构胶各项参数的设计计算
设计计算时，施工人员需要对风荷载分项系数取值进行精确计算，不能疏忽大意。正常情况下，需正确辨别墙角与墙面的区别，按照《GB5009-2012建筑结构荷载规范》取值。如果玻璃幕墙高度比较高，风荷载定会非常复杂，因此设计各人员要预先展开风洞试验，以便确定结构胶各项参数。
3.3玻璃幕墙开启窗的设计
上悬窗不能作为消防窗使用，但是平开窗可以，虽然北京禁止了平开窗，但是其他地方没有，所以我们常说的高层不允许做平开，设计院乱搞是有误的，设计院是为了满足消防要求。目前，外开上悬窗的开启方式分两大类：铰链型上悬开启、挂钩型上悬开启：铰链型上悬开启：需承重型滑撑，质量要求高，成本较高，开窗顶部容易进水；后期维护麻烦，更换滑撑费用较高；挂钩型上悬开启：不需要承重型滑撑，直接铝合金型材承重，安全性高，节省五金配件费用；挂钩之间穿入连接，实现线荷载受力，不会出现“脱钩”的现象；保证开启窗能长期且便捷的开启；开启顶部设计披水胶条，保证窗户顶部滴水不漏。
3.4玻璃幕墙的抗震设计
根据GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》，设计中对幕墙的抗震构造进行了必要而充分的考虑，达到“小震不坏，中震可修，大震不倒"的设防要求。对于幕墙的本身构造而言，玻璃幕墙面板边缘至边框、槽底应分别预留了变形空隙，底部用橡胶垫块与槽底柔性接触，四周用橡胶条嵌固，保证了面板与幕墙框架之间柔性连接，而且保证了面板在发生地震时有足够的变形空间。
3.5防火设计
幕墙周围与建筑主体结构之间存在着一定的缝隙，此外，楼板、隔墙都存在缝隙，如果应用普通材料填充，将会留下很大的火灾隐患，因此必须应用防火材料。
通常情况下，设计人员会选择应用防火封堵法，即在缝隙中填充不燃或者难以燃烧的材料来构成整个防火系统，这样就能够避免火焰与烟气任意扩散，确保人员能够逃生。
具体做法如下：应用岩棉或者是矿棉来填充楼板、隔墙等缝隙，岩棉应用时，需要使用镀锌钢板来进行衬托，钢板厚度至少达到1.5mm，而岩棉或者矿棉厚度则至少要达到100mm。
3.6防雷设计
建筑应用玻璃幕墙围护装饰后，防雷装置功能在一定程度上会被玻璃幕墙屏蔽，无法发挥接闪与防雷的功能。如遇雷雨天气，闪电会对玻璃幕墙直接产生影响。正是如此，设计人员必须做好玻璃幕墙的防雷设计工作。但现实实践中，设计人员并未重视玻璃幕墙的防雷设计工作或者做好了防雷设计，但是未能依照要求进行施工，所以这使得导电不够通畅，没有形成整体系统。通常建筑物的防雷装置有三部分，接闪器、引下线和接地装置。目前防止侧击雷的常见做法是在30m以上的高层建筑玻璃幕墙部位，每10m x10m的网格设置一圈均压环。将幕墙竖向龙骨、横向龙骨和建筑物防雷网接通连成一个防雷整体，把幕墙获得的巨大雷电能量，通过建筑物的接地系统，迅速地输送到地下。
4、结束语
随着时代进步，幕墙生产越来越工业化、产品化，而玻璃幕墙是当今建筑设计和施工中比较常见的一种形式，它在满足人们对个性和审美需求的同时，也能够创造一个美观舒适的室内环境，所以该材料在当今的建筑市场中受到了很多人的关注和青睐，所以从目前的发展形势来看，玻璃幕墙有着非常好的发展前景。
参考文献：
[1]GB 50009—2012.建筑结构荷载规范[S].
[2]周海地.高层建筑玻璃幕墙设计与施工分析[J].企业技术开发，2014（24）：156～157.
[3]杨颜志，金先龙，王建，李烨.考虑玻璃刚度的高层幕墙地震响应数值分析[J].振动与冲击. 2012.08
论文作者:张强
论文发表刊物:《基层建设》2017年4期
论文发表时间:2017/5/23
标签：幕墙论文; 玻璃幕墙论文; 荷载论文; 结构论文; 建筑论文; 主体论文; 玻璃论文; 《基层建设》2017年4期论文;