点支式玻璃幕墙结构分析

郑明皓、靳凯明、曲京儒、付娜

山东建筑大学 250101

摘要：点支式玻璃幕墙是一种典型的建筑外维护结构，由玻璃面板、支承结构体系、驳接件和密封材料等组成。点支式玻璃幕墙的玻璃面板通过驳接件与支承结构连接在一起，驳接件结构力学性能的优劣对点支式玻璃幕墙的安全性及稳定性有着直接影响。目前工程上使用的驳接件普遍存在结构单一、形式笨重的现象，对驳接件进行力学性能研究及结构优化设计对提高点支式玻璃幕墙的安全性、美观性及经济性具有非常重要的意义。

关键词：点支式，玻璃幕墙，驳接件

1引言

从目前国内外对于点支式玻璃幕墙的研究来看，对点支式玻璃幕墙驳接件力学性能及结构优化方面的研究很少，而驳接件对于玻璃幕墙的安全性能有着非常重要的作用，点支式玻璃幕墙作为建筑的外维护结构，在它的整个生命周期中主要承受风荷载的作用，若遇到大风或台风袭击，风荷载变化很大，对幕墙的安全性考验很大。2013 年 6 月，武汉连续发生 3 起玻璃幕墙坠落事故，造成人员、车辆不同程度受伤；2014 年 11 月，我国广州天河区一商场大厦发生幕墙玻璃碎裂事故，十多辆汽车被坠落的玻璃砸中。虽然国家加大了对幕墙工程施工、验收的标准，但幕墙的安全隐患仍不容忽视。驳接件作为幕墙工程的主要构件，对其安全重要程度不言而喻，在满足驳接件力学性能的前提下，对玻璃幕墙的美学要求也更加严格，而目前国内驳接件普遍存在形式笨重、设计缺乏美感、驳接头突出玻璃面板尺寸太大等不足。

点支式玻璃幕墙在它的整个生命周期中都在承受方向随时变化的风荷载作用，这种反复作用的荷载一定会对幕墙及其所有构件的使用寿命产生影响，所以对点支式玻璃幕墙驳接件进行力学性能研究和疲劳寿命分析非常有必要；而对驳接件进行结构优化设计可以改善目前工程应用的驳接件结构单一、形式笨重的不足。对点支式玻璃幕墙的驳接件进行力学性能研究、疲劳寿命分析和结构优化设计，对提高点支式玻璃幕墙的整体性能、节约材料、美化外观效果有着非常重要的意义。

2 点支式玻璃幕墙的结构

点支式玻璃幕墙主要包括玻璃面板、驳接件、支承结构体系和密封材料等。如图2.1 所示为一钢结构支承点支式玻璃幕墙结构示意图。

图 2.1 点支式玻璃幕墙结构示意图

（1）玻璃面板。作为组成点支式玻璃幕墙的主要材料，玻璃面板直接制约着幕墙的各项性能指标，同时也直接展示出幕墙的艺术风格。由于钢化玻璃具有较高安全性强度，其防结露和隔音效果优势明显，此为其在点支式玻璃幕墙建筑中获得广泛应用的重要因素，实际幕墙工程中为减少玻璃面板所承受的挠度，一般采用四点支承形式。

（2）支承结构体系。对于幕墙工程而言，其主要受力构件就是它的支承结构体系，其负责将玻璃面板所受到的各种荷载传递到建筑的主体结构上，支承结构体系的结构形式和材料选择主要依据本身所受到的荷载及自身的建筑结构造型。

（3）密封材料。点支式玻璃幕墙中玻璃与玻璃之间通常采用硅酮耐候密封胶，在玻璃和金属制件之间使用的是硅酮结构胶。胶主要起到密封作用，因此在进行受力强度分析时不需要进行强度验算；使用前必须对胶进行相溶性试验，避免胶对接触材料产生腐蚀破坏。

（4）驳接件。点支式玻璃幕墙驳接件主要包括驳接爪、驳接头和转接件。工程中使用的驳接爪基本采用不锈钢经过铸造而成，也可采取在铸钢外喷氟碳涂料的措施。驳接爪主要有单头、双头和四头等形式，分别连接一块、两块和四块玻璃；驳接头透过玻璃上的圆孔与其相连，通常可分为沉头式驳接头和浮头式驳接头两种，均为不锈钢机械加工件。

驳接件作为点支式玻璃幕墙的精小部件，对整体结构的力学性能和稳定性具有非常重要的作用，不仅可以满足幕墙工程的使用要求，而且因其本身具有的优美造型，还可对幕墙工程增添色彩。

3点支式玻璃幕墙的分类

点支式玻璃幕墙在我国应用较广泛的是四点支承式玻璃幕墙，六点支承式在我国幕墙建筑中也稍有所涉及。根据各种不同类型的支承结构，可以将点支式玻璃幕墙分为以下三种:

（1）钢结构点支承玻璃幕墙：这种幕墙是目前应用最广泛的点支式玻璃幕墙结构形式，具体可分为单柱式支承点支式玻璃幕墙和桁架式支承点支式玻璃幕墙，此种建筑形式充分利用了金属结构的灵活性，支承玻璃的整个结构体系可清晰的展现在人们面前。

（2）玻璃肋点支承玻璃幕墙：此种玻璃幕墙是通过驳接件来连接玻璃肋和玻璃面板的，此种类型结构施工比较简单、造价相对低廉，而玻璃与玻璃肋构成开阔的视野，能在最大限度上展现建筑内外空间的相互融合。

（3）索结构点支承玻璃幕墙：此种玻璃幕墙是由不锈钢拉杆和不锈钢拉索来作为支承结构的，驳接件连接玻璃面板与其固定，此类型建筑幕墙形式对机械加工的精度控制极其严格，凸出体现构件的精巧细致。需注意的是，为确保拉杆或拉索为受拉构件，应在施工时施加预应力。

4点支式玻璃幕墙驳接件的结构

钢结构支承点支式玻璃幕墙驳接件一般包括驳接头、驳接爪和转接件。转接件的主要功能是连接驳接爪与支承结构，其形式相对固定，各公司转接件产品区别不大；驳接头由许多零部件组合而成，主要有浮头式驳接头和沉头式驳接头之分，浮头式驳接头内加入球铰，一般球铰可允许驳接头产生 10°以内的转动，主要功能是适应有曲面的玻璃幕墙形式，防止玻璃开裂；驳接爪大多由铸造不锈钢精密铸造而成。

5 点支式玻璃幕墙驳接头的分类

点支式玻璃幕墙驳接头通常由前后压板、中心轴（螺杆）以及衬套、衬垫、紧固螺帽组成。衬套一般采用铝材或尼龙材料、衬垫采用尼龙材料，其余均为不锈钢材料制成。其常见形式主要有浮头式驳接头和沉头式驳接头两种类型。

（1）浮头式驳接头。浮头式驳接头的显著特征为其金属外板凸出玻璃板平面，凸出距离在 5～6mm 之间，如果工程中对玻璃的厚度没有具体要求，则无需对玻璃进行开孔处理。

（2）沉头式驳接头。沉头式驳接头的显著特征为其连接部件沉入玻璃表面之内。玻璃表面灰尘易于清理，表面干净平整，此结构需要对玻璃进行开锥形孔处理，相应的加工要求比较严格，玻璃厚度应大于 10mm。

6 点支式玻璃幕墙驳接爪的结构及分类

点支式玻璃幕墙驳接爪可采用碳素钢、不锈钢和铝合金等金属材料制成。根据驳接爪应用的不同场合，常见有四爪、两爪和单爪三种形式。四爪型驳接爪常见的形式有 X型和 H 型，两爪型驳接件主要是 V 型，以适用于各种不同形状玻璃与支承结构的连接，X 型驳接爪和 H 型驳接爪均有四个连接点，可连接四块玻璃。X 型驳接爪是目前点支式玻璃幕墙中应用最广泛的一种形式，V 型驳接爪具备两个支承头，可连接两块玻璃，单爪类型的驳接爪和双爪类型的驳接爪主要应用在某些有特殊要求的玻璃幕墙上。

参考资料：

[1] 姜丽丽. 玻璃幕墙与索桁架结构力学性能研究[D].河北工程大学,2017

[2] 卢瑞华. 点支式玻璃幕墙的研究现状与发展[A].天津大学.第六届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C].天津大学,2016

[3] 张炳顺. 拉索点支式玻璃幕墙力学性能研究[D].合肥工业大学,2015

[4] 张欣. 点支式玻璃幕墙构造图集[M].上海:上海科学技术文献出版社,2013