建筑幕墙玻璃物理性能及温度效应研究进展

建筑幕墙玻璃物理性能及温度效应研究进展

胡忠明

武汉凌云建筑装饰工程有限公司

摘要：近年来，我国的建筑工程建设有了很大进展，在建筑工程中，玻璃幕墙发挥着重要的作用。玻璃幕墙设计时，为了最大程度节约能耗，会根据建筑结构的用途，尽可能选用物理性能卓越的幕墙玻璃。同时，结构设计中设计者都会注意到风荷载及地震作用的效应，幕墙结构上的温度应力及其作用效果也是非常重要的荷载形式。因此本文首先分析了玻璃幕墙的优点，其次探讨了国内外幕墙玻璃的物理性能研究，希望对今后的研究方向和需要解决的问题作出一定的展望。

关键词：幕墙玻璃；物理性能；温度效应

引言

伴随着我国建筑业的快速发展，玻璃幕墙的应用越来越广泛。玻璃幕墙是现代科学技术和建筑技术结合发展的产物，目前在高层建筑中应用最为广泛。由于玻璃幕墙具备建筑装饰、遮雨挡风、隔声隔热、节能保温等多种功能，所以玻璃幕墙不仅能够提高建筑物的外在美感，也能够有效提高建筑物的综合性能，实现更好的经济效益和社会效益。

1玻璃幕墙的优点

（1）玻璃幕墙主要具有质量轻、设计灵活、抗震能力强、系统化施工与现代化设计等多项优点。（2）就重量而言，玻璃幕墙在相同面积下，其重量仅为砖墙的1/10～1/12左右，占大理石、花岗岩装饰幕墙等湿工法墙的1/15,玻璃幕墙可大大降低建筑物重量，可节约一定的材料成本。（3）玻璃幕墙最具特色的优点就在于其设计灵活，建筑师可依据用户要求和建筑类型以及建筑功能、地区特色进行造型的设计，可呈现不同颜色、不同形状，可搭配周围环境、协调光照，实现建筑与自然环境的有机融合。（4）由于玻璃幕墙采用的是柔性设计，所以其具有较强的抗风与抗震能力，非常适合高层建筑。（5）此外，玻璃幕墙属于系统化施工方式，更易进行施工进度与施工周期的控制，整体耗时较短，且还能够搭配建筑的新颖化、科技化、节能化设计思想，如光伏节能玻璃幕墙、自然通风中双层通风道呼吸幕墙等。

2国内外幕墙玻璃的物理性能研究

2.1单层玻璃保温性能研究

单层玻璃在早期多用于低层建筑的窗户，厚度一般为3-5mm。单层玻璃导热系数小，结构厚度较薄，引起温度散热快，玻璃板两侧温度相差较小，导热性高，热损失也比混凝土墙高。

2.2通风影响分析

除了采光需求，建筑周围空气流动对室内自然通风策略和室外舒适有关键作用，故在建筑立面设计时，就应令空气流动在夏季和过渡季节最大化的同时提供避风处，以使人在冬季免遭风的侵袭。但由于遮阳设施对房间通风有一定阻碍，开启窗通风情况下，室内风速会减弱22%~47%，且对玻璃表面上升的热空气也有阻碍，不利散热。因此，遮阳构造设计时必须要加以注意，设计前应充分考虑幕墙通风。本项目通过室内自然通风模拟分析可知，后方展览大楼和办公楼，空气只在限定的区域和北风的地方流动，但建筑体量在地面层有不同的高度和开口，可促进空气流动，夏季主导风在温度和湿度条件允许的情况下，空间外立面有潜力提供自然通风，办公楼幕墙周围空气流通良好，并具有不错的自然通风潜力。目前三种方案对室内通风都存在一定影响，但所选定的方案影响幅度最小。

2.3幕墙自爆问题改进措施

对于玻璃自身材质原因导致的自爆是无法避免的，我们要从玻璃自爆后产生的后果进行反向改进，比如将靠外侧的玻璃设置为夹胶玻璃，避免玻璃在自爆后坠落伤人。再就是选用超白或热浸玻璃，从材料本身解决自爆问题，可以将普通玻璃3‰的自爆率降低至0.1‰，但无论是超白玻璃还是经过热浸处理的玻璃，仍会存在0.1%的自爆率，在超高层玻璃幕墙的玻璃选型上，最好是使用超白中空夹胶钢化玻璃，降低玻璃自爆率，同时减少自爆玻璃的维修成本。对于施工原因导致的玻璃自爆，则需加强过程中的监管，避免玻璃安装后和刚性物品接触。

2.4视野影响分析

通过模拟软件对外遮阳方案室外可视度情况进行分析，先在建筑外设置足够体量大的假象物体，以此作为被视对象，按照房间1.2 m高度对室外物体可视面积进行分析，根据三种方案的室外可视面积衰减率计算，选定方案对室外物体的可视面积最大。

2.5幕墙的细部节点设计

项目小菱形水晶及方形水晶模块玻璃最远点与主体结构梁板距离为900mm，大菱形水晶造型模块玻璃最远点与主体结构梁板距离为1800mm，方形水晶造型模块玻璃最远点与主体结构梁板距离为900mm，因此在幕墙四周、防火分区处、房间隔墙处、楼板处与主体结构空隙较大，无法通过型材龙骨本身实现封闭，需进行节点重点设计。关于四周封边处理，水晶造型玻璃的四周采用与型材同样颜色的铝单板幕墙封堵，封堵构造与型材形成整体，中间填充防火保温岩棉，满足节能设计要求。关于幕墙的防火封堵，建筑幕墙的层间水平部位及隔墙等竖向部位的封堵是防火设计的重点，本项目水晶幕墙凹凸起伏的造型导致需封堵部位基本为异形，这就给封堵施工带来困难。在设计时，考虑到封堵的易操作性，将竖向封堵设计在支撑龙骨处，设计为模块化封堵板块，便于现场批量制作装配式安装，提高封堵板的加工精度和质量，也有利于提高施工效率，从而保证封堵有效。封堵板块与墙体或龙骨可靠连接固定，交接处采用防火密封胶柔性封堵。

2.6注重自然、气候、人文、地理环境等条件

玻璃材质属性决定了其容易受到自然条件、气候条件等因素影响而导致其耐久性和各项性能的降低，同时也会受到人文、地理环境条件制约，对玻璃幕墙材质提出更高的要求。为此，在进行玻璃幕墙设计和施工中，监理单位尤其要注重多项因素条件的考量，要全面保证玻璃幕墙设计的合理性、施工的规范性、选材的科学性。

2.7抗风压性能检测

(1)幕墙可开启扇锁闭点设计不合理，闭合时缝隙太大，导致在加压过程中压力上升慢或达不到指定压力。(2)在进行变形检测时，相对面法线挠度大于规定值，多是因为铝合金型材立柱规格设计不合理或铝合金型材立柱壁厚不符合设计规范要求，导致立柱强度不够。(3)幕墙开启窗通常采用上悬结构，但因为设计存在缺陷，挂钩设计不合理，钩的深度不够或挂接型材壁厚不够，限位构造设计不合理等。

2.8幕墙防雷和幕墙层间防火层施工问题改进措施

（1）在幕墙防雷施工前需要对施工人员进行交底，了解设计意图，加强施工中的监管，确保按图施工。（2）在幕墙防火铁皮与混凝土结构之间注胶前需将混凝土表面的浮灰清理干净。

结语

玻璃幕墙作为建筑幕墙的一个分支在如今的中高层建筑中被广泛运用，是由于其较于其他类型的幕墙面板能实现特定的功能—满足建筑采光、隔音、保温的多重要求。建筑幕墙中的玻璃结构温度应力问题十分重要，已经有很多学者从理论、试验、模拟等多个方面研究温度应力的变化和分布情况。然而当前没有把受温度应力控制的幕墙玻璃设计计算纳入规范中，只提到通过构造措施进行规避。随着越来越多的复合材料广泛的应用在市场上，应该随之完善温度效应的研究。尤其是对于本文中提出的含亚克力中间层双中空幕墙玻璃，温度荷载的研究有着重要意义。除了要研究其在保温隔热性能和隔音性能上的优异性，还要研究在温度荷载的作用下，亚克力有机玻璃板和钢化玻璃板是否能够协同工作。

参考文献

[1]侯霞,尚伟,杨杰.隐框玻璃幕墙温度应力的有限元分析[J].天津城市建设学院学报,2012,18(3):183-186.

[2]马眷荣,陈永定,陈汝谐.建筑玻璃的热炸裂机理探讨[J].中国建筑材料科学研究院学报,1991,(2):76-82.

[3]童丽萍,宋启根.玻璃幕墙结构的热应力分析方法[J].工业建筑,1998,(1):20-23.