李新平 山西建筑工程集團有限公司

1 前言

玻璃幕墻是現(xiàn)在建筑物常用圍護結(jié)構(gòu)類型，除了有與其他圍護結(jié)構(gòu)相同的功能，還能起到一定裝飾作用，更迎合當(dāng)代人的審美，很多人都覺得采用玻璃幕墻的建筑更高檔、更先進，正因如此，玻璃幕墻被大量應(yīng)用到高層甚至超高層建筑當(dāng)中。然而，對于幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，與其他結(jié)構(gòu)設(shè)計完全不同，可能沒有足夠的資料或經(jīng)驗可供參考，而且不同類型和功能用途的建筑對幕墻設(shè)計的要求不盡相同，這就容易使幕墻設(shè)計產(chǎn)生問題或疏漏。因此，有必要針對當(dāng)下應(yīng)用最普遍的幕墻形式——玻璃幕墻，對其設(shè)計的要點予以整理和分析，以此為實際的玻璃幕墻設(shè)計工作提供參考依據(jù)。

2 玻璃幕墻常用類型

結(jié)構(gòu)設(shè)計在幕墻系統(tǒng)的設(shè)計中屬于重要環(huán)節(jié)之一，如前所述，玻璃幕墻作為常用幕墻類型在建筑中屬于圍護結(jié)構(gòu)，也可起到一定裝飾作用，在設(shè)計工作中要遵循圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及要求。玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)主要包含兩個部分，即支承結(jié)構(gòu)和玻璃。不同于建筑的主體結(jié)構(gòu)，幕墻是可以位移的，但不會承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)自身重力。在設(shè)計過程中，要綜合考慮以下幾個方面的荷載：一，幕墻自重；二，風(fēng)荷載；三，地震荷載。不同類型荷載對幕墻的作用或影響是不同的，在設(shè)計時要做好綜合考慮，保證幕墻的安全性與穩(wěn)定性，避免安全事故的發(fā)生。

就目前來看，玻璃幕墻常用下列三種類型：

（1）框支承型，這種類型的玻璃幕墻，若按照結(jié)構(gòu)構(gòu)造還可細(xì)分成明框型、暗框型和半隱框型三種。所謂框支承型，實際上就是在玻璃面板的周圍采用金屬框架來支承[1]。

（2）全玻幕墻，顧名思義就是一種采用玻璃肋與玻璃面板形成的幕墻，其面板采用對邊簡支形式或多點簡支的形式，玻璃面板的常用固定安裝方式如圖1所示。其中，玻璃肋所起到的作用和簡支梁十分類似，常見構(gòu)造形式如圖2所示。對于加肋玻璃，其相交面的處理形式主要有如圖3所示幾種。

圖1 玻璃面板的常用固定安裝方式

圖2 玻璃肋常見構(gòu)造形式

圖3 加肋玻璃相交面的處理形式

（3）點支撐型，這種類型的玻璃幕墻主要由三部分構(gòu)成，分別為支承結(jié)構(gòu)、玻璃面板與不同的點支承裝置。

3 玻璃幕墻設(shè)計要點

3.1 連接件

玻璃幕墻傳力路徑是：面板自身重量與承受的荷載（包括風(fēng)荷載與地震荷載）都通過連接件向橫梁不斷傳遞，然后從橫梁傳遞至立柱，再從立柱通過錨接點傳遞到主體結(jié)構(gòu)（如框架等）。基于此，對連接件而言，它和主體結(jié)構(gòu)之間的錨固承載力必須必連接件自身承載力要大。對幕墻而言，其變形能力很小，尤其是玻璃幕墻，在受到荷載作用時，建筑主體結(jié)構(gòu)很容易發(fā)生側(cè)移，由于幕墻無法承受，所以需要采用彈性連接件來減小主體結(jié)構(gòu)側(cè)移造成的不利影響。另外，幕墻和橫梁及立柱之間的連接要做到可靠傳遞荷載，并減小主體結(jié)構(gòu)可能發(fā)生的水平方向位移帶來的不利影響，即連接件要能良好適應(yīng)位移。當(dāng)幕墻破壞時，通常最先表現(xiàn)在連接點或連接處，如果連接點或連接處存在問題，將導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)產(chǎn)生安全隱患，因此連接點作用至關(guān)重要，在設(shè)計中必須做好精密的分析與計算[2]。

在風(fēng)荷載的持續(xù)作用下，幕墻和主體結(jié)構(gòu)連接件很少發(fā)生嚴(yán)重破壞，如折斷或拔出等，若連接件有良好活動能力，則能減小幕墻受建筑主體結(jié)構(gòu)的影響。而當(dāng)發(fā)生地震時，由于連接件將受到很大動力作用，所以很容易產(chǎn)生破壞。要想減輕或者避免這種震害，需要從加強構(gòu)造措施方面入手，做到精心設(shè)計。

幕墻和主體結(jié)構(gòu)要采用預(yù)埋件的形式來連接，一般是在主體結(jié)構(gòu)施工過程中埋設(shè)，必須保證位置的準(zhǔn)確性。然而，在實際情況下，有很多都是在主體結(jié)構(gòu)完工以后才著手設(shè)計，導(dǎo)致預(yù)埋工作無法做到事先完成。在沒有預(yù)埋條件的情況下，要采用其它方式來連接，同時通過相應(yīng)的試驗來確定承載力能否達(dá)到要求。當(dāng)無法預(yù)埋時，最常用的做法是化學(xué)植筋螺栓，對于螺栓的直徑與數(shù)量，都要通過專門的計算來確定，同時要做好承載力相關(guān)試驗，在必要的情況下，還要進行極限抗拉及抗拔試驗等。在實際操作中，要注意躲避主體結(jié)構(gòu)上的受力筋，避免受力筋因妨礙操作而被截斷，這樣會影響到主體結(jié)構(gòu)的受力。對于螺栓錨固長度，要切實滿足相關(guān)計算要求。在具體案例中，可能會在屋頂?shù)呐畠簤驑前寤炷翙诎暹M行連接件的設(shè)置，這種情況下可能無法滿足錨固長度方面的要求，要以實際情況為依據(jù)采取有效的措施。除此之外，欄板上可能會有從幕墻上傳遞而來的其它作用，此時要對欄板實施驗算。當(dāng)與幕墻相連的是砌體時，建議設(shè)計時要在連接處設(shè)置鋼筋混凝土梁柱，條件允許時也可采用鋼結(jié)構(gòu)梁柱。設(shè)計中還應(yīng)注意，對于輕質(zhì)填充墻，不能用于支承幕墻[3]。

受重力荷載作用時，結(jié)構(gòu)膠會受到一定程度的幕墻自重，使膠縫長時間受到剪力，由所受荷載引起的應(yīng)力會影響到幕墻整體安全性。因此，結(jié)構(gòu)膠也是分重要，需做好承載力驗算工作，使粘接寬度及厚度都能達(dá)到要求。

3.2 防火設(shè)計

幕墻和主體結(jié)構(gòu)間隙，以及和樓板及隔墻之間存在的縫隙如果都只用普通材料來密封，則根本無法達(dá)到防火方面的要求，一旦樓層發(fā)生火災(zāi)，將無法立即隔斷，導(dǎo)致火勢快速增大。對此，常用做法為防火封堵法，在縫隙中塞入具有難燃或者是不燃性質(zhì)的材料，以此形成防火系統(tǒng)，起到防止煙氣與火焰不斷擴散的作用。審圖時，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)存在封堵不嚴(yán)的情況，對這一問題，常用做法為將封堵材料更換為巖棉或者是礦棉，對巖棉進行襯托時使用的鍍鋅鋼板，其厚度應(yīng)達(dá)到1.5mm以上，同時巖棉厚度要達(dá)到100mm以上。另外，為防止相鄰的防火分區(qū)由于玻璃面板破碎導(dǎo)致相通，使火勢蔓延，每個防火分區(qū)都要配置單獨的玻璃面板，即同一塊玻璃不能跨越兩個防火分區(qū)[4]。

3.3 防雷設(shè)計

建筑，尤其是高層建筑在使用玻璃幕墻進行圍護以后，原有的防雷裝置可能會因為玻璃幕墻具有屏蔽效應(yīng)而無法起到應(yīng)有的防雷及接閃等作用，在這種情況下，建筑物所受雷擊將會演變?yōu)椴Ａ粔χ苯邮艿嚼讚糇饔??；诖?，在玻璃幕墻設(shè)計中還要對防雷設(shè)計引起足夠的重視，切不可疏忽。一些項目在玻璃幕墻設(shè)計過程中沒有進行防雷設(shè)計，或盡管進行了防雷設(shè)計，但設(shè)計與所采用的技術(shù)措施都不適宜，導(dǎo)致幕墻防雷和建筑防雷之間的連接不可靠[5]。

建筑采用的防雷裝置主要有以下三個部分：其一，接閃器；其二，引下線；其三，接地裝置?，F(xiàn)在為避免側(cè)擊雷，常用做法為：對于高度超過30m 的部分，按三層間隔設(shè)置均壓環(huán)，使幕墻的橫豎向龍骨與建筑防雷網(wǎng)可以形成一個完整的防雷體系，確保雷擊后電流可以通過接地系統(tǒng)進入地下，避免對幕墻和建筑主體造成影響[6]。

3.4 雨水滲透性能

對玻璃幕墻而言，其雨水滲透性能主要是指受風(fēng)、雨同時作用后，雨水透過幕墻的性能。在熱帶風(fēng)暴與臺風(fēng)等惡劣天氣條件多發(fā)的地區(qū)，可按照以下公式通過計算得出幕墻的水密性能指標(biāo)：

式中，P表示水密性能指標(biāo)；μz表示風(fēng)壓高度變化系數(shù)；μc表示風(fēng)力系數(shù)，大多取1.2；W0表示基本風(fēng)壓，單位：kN/m2。

在其它地區(qū)，可在采用以上公式計算水密性能指標(biāo)后乘以75%得出，同時固定部分的取值應(yīng)達(dá)到70Pa以上。

根據(jù)經(jīng)計算確定的水密性能指標(biāo)，可確定滲透性能具體分級：對于固定部分，當(dāng)水密性能指標(biāo)在500～700（含500）范圍內(nèi)時，為1級；當(dāng)水密性能指標(biāo)在700～1000（含700）范圍內(nèi)時，為2級；當(dāng)水密性能指標(biāo)在1000～1500（含1000）范圍內(nèi)時，為3級；當(dāng)水密性能指標(biāo)在1500～2000（含1500）范圍內(nèi)時，為4級；當(dāng)水密性能指標(biāo)在2000（含2000）以上時，為5 級。對于可啟動的部分，當(dāng)水密性能指標(biāo)在250～350（含250）范圍內(nèi)時，為1級；當(dāng)水密性能指標(biāo)在350～500（含350）范圍內(nèi)時，為2 級；當(dāng)水密性能指標(biāo)在500～700（含500）范圍內(nèi)時，為3級；當(dāng)水密性能指標(biāo)在700～1000（含700）范圍內(nèi)時，為4 級；當(dāng)水密性能指標(biāo)在1000（含1000）以上時，為5級。

4 結(jié)束語

綜上所述，玻璃幕墻在當(dāng)前的建筑工程中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，但是玻璃幕墻的設(shè)計和傳統(tǒng)幕墻形式設(shè)計存在很大不同，需要引起相關(guān)人員的高度重視，關(guān)注所有設(shè)計要點，保證設(shè)計質(zhì)量，使玻璃幕墻發(fā)揮出應(yīng)有的作用效果。