玻璃幕墙与金属幕墙设计要点分析

玻璃幕墙与金属幕墙设计要点分析

隗晓强

中建六局华南建设有限公司  广东省深圳市518000

摘要：随着经济的发展,建筑行业有了长足的进步.而建筑幕墙是由面板和支撑结构体系组成的、可相对主体结构有一定位移能力或自身有一定变形能力、不承担主体结构所受作用的建筑外围护墙,通俗的说,是建筑的衣服.建筑幕墙,尤其是玻璃幕墙将建筑美学、建筑功能、建筑结构等因素有机地结合起来,不仅造型简洁、豪华、现代感强,能反映周围的景色,具有很好的装饰效果,而且将墙与窗合二为一,大大地减轻了建筑物的自重;具有自重轻、装饰性强、便于安装施工等优点,深为广大建筑师喜爱.

关键词：玻璃幕墙；金属幕墙；幕墙设计；装配式建筑

引言

建筑幕墙是建筑围护结构阻隔外界气候侵扰的基本屏障，随着国家节能法规与建筑节能标准的出台，建筑幕墙节能产品越来越受到关注和追捧，当下很多公共建筑尤其高层办公建筑的建筑立面均已使用建筑幕墙，但是由于玻璃幕墙受到建筑结构、层高层数、材料使用等诸多方面限制，其性能是无法和传统的墙体相比的，较为突出的差异性体现在其温差传热问题、空气渗透传热、以及通过玻璃的太阳辐射传热等问题，我国大多数建筑幕墙保温隔热性能差，密封不良，阻隔太阳辐射能力薄弱，这个现象表明玻璃幕墙在建筑节能方面有一定的局限性，因而玻璃幕墙在节能设计方面的需求也就逐步显现并被重视。随着建筑幕墙的广泛应用，对于我国而言幕墙节能已经成为实现可持续发展的重要要求，建设部门与设计部门的节能环保意识日益增强，在玻璃幕墙节能方面的要求不断在提升，玻璃幕墙成为建筑节能的关键因素。

一、幕墙分类

如果按照面板固定方式进行分类，可分为以下几种：构件式，单元式为框支承幕墙，金属结构支撑式，玻璃肋支撑式，拉杆（索）式的为点支承幕墙，坐落式，后支撑式，吊挂式为全玻璃幕墙。按材料分类主要有玻璃幕墙、金属幕墙、石材幕墙、其他面材、组合幕墙等，玻璃幕墙：中空玻璃、夹层玻璃（钢化玻璃、半钢化玻璃）、防火玻璃等明框式；半隐框式；隐框式；金属幕墙：单层铝板、蜂窝铝板、穿孔铝单板、不锈钢板、钛锌板、铜板等密闭式；开放式；石材幕墙：花岗岩、砂岩、洞石、复合石材等背栓式；挂件式；其他面材：陶土板、玻璃纤维增强混凝土、光伏电池、微晶玻璃、千思板等；组合幕墙：由玻璃、金属、石材、人造板材等不同面板组成的建筑幕墙。

二、玻璃幕墙设计要点分析

（1）玻璃幕墙设计应新颖，坚持设计创新原则。我们在进行建筑外墙玻璃幕墙设计时，构思应巧妙，减少雷同和复制；能较好根据建筑造型进行设计，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。例如，笔者在对某大厦外墙玻璃幕墙设计时，该幕墙位于建筑屋顶，系统：夹胶玻璃顶系统（可开启），面板：8+1.52pvbmm+8mm钢化夹胶玻璃；骨架：铝合金型材。室内可见面粉末喷涂处理，室外氟碳喷涂处理（三涂），颜色银白色。该工程屋顶我们设计采用可开启玻璃屋顶系统，玻璃采用钢化夹胶玻璃，玻璃面板可根据建筑需要，做成有纹理或图案的彩釉玻璃。玻璃顶不但满足了建筑师对于本建筑美观的要求，也起到对屋面的屋顶花园遮风避雨透气的作用。夹胶玻璃的开启方式采用电动开启方式，开启装置需由专业厂家提供。安装时应先在主体结构上安装框架的钢梁，再根据分格安装铝龙骨，最后进行玻璃和电动开窗装置的配合安装。

（2）合理的结构设计

玻璃幕墙最突出的优点，就是它不同于一般的幕墙设计，如金属板幕墙、石材幕墙，需要建筑本向加砌填充墙，玻璃幕墙本身能够自己独自承担风荷载、地震荷载等较大的变形，有着较强的位移能力，保证“小震不坏，中震可修，大震不倒。”为了保证玻璃幕墙结构安全性，首先要按照国家标准规范，在风荷载标准值作用下，变形性不超过规定值，工且不发生破坏。玻璃幕墙平面内变形性能要求，非抗震设计时，应按主体结构弹性层间位移角限值进行设计；抗震设计应按主体结构弹性层间位移角限值的3倍进行设计，详表一。同时，铝框与玻璃的配合尺寸也应该满足表二及表三的规定。结构计算时对玻璃面板及龙骨进行结构力学核算，保证在最不利的荷载条件下玻璃面板及龙骨均有安全性及可靠性。根据主体结构特点合理的使用最优的受力体系，如简支梁，双跨梁，连续超静定简支，连续超静定双跨梁等，可以降低成本的同时保证结构的安全。

三、优化措施 

3.1建筑玻璃幕墙保温隔热设计

在玻璃幕墙实际应用过程中，具有良好的自然采光效果，但是在炎热的夏季，长时间的阳光直射，增加了建筑内部的温度，通常采用空调降温的方式，从而增加电能能耗。设计人员在进行建筑玻璃幕墙节能设计过程中，需要融入良好的隔热保温技术，阻止外部大量热量进入室内，防止冬季内部热量流失，保证室内温度的恒定，最大限度减少空调系统的运行。因此，要求设计人员明确玻璃幕墙的传热系数及设计标准，保证玻璃幕墙能够进行红外波热辐射反射，有效降低和减少辐射传热量，减少热损失，以达到降低建筑能耗的目的。

3.2幕墙遮阳技术

可以确定的是一幢玻璃幕墙打造的建筑如果没有系统的节能技术设计，每年的采暖空调能耗可能会是一般的混凝土外墙建筑空调能耗的4倍。而从建筑热传导以及热交换方面考虑，不难发现遮阳位置尤为敏感，此位置的热损失能够达到传统型墙体的6倍，玻璃幕墙耗能可以占到建筑耗能的大约40%。所以，玻璃幕墙遮阳技术成为幕墙节能方面关键性工具，近几年设计师在遮阳技术方面做了大量研究。目前，突破性遮阳方案是借用玻璃本身作为遮阳系统有两种形式：①采取中空玻璃，热反射玻璃以及Low-E玻璃之类的玻璃处理技术有效控制太阳穿过玻璃造成的辐射问题；②采取铝塑复合型材料，断热铝型材之类的高热阻型材料。上述的隔热保温方法原理较为简单，不需要额外附加设施，对于玻璃幕墙构造传热系数能够起到很好的控制效果

3.3自然通风设计

自然通风对于玻璃幕墙的实际使用具有重要的意义。通常情况下，各写字楼会大面积使用玻璃幕墙，由于写字楼的通风效果相对较差，从而导致楼内出现通风问题。同时，写字楼内的工作人员较多，密不通风的环境对于人们的健康产生了一定的威胁，因此，建筑施工企业要坚持人性化的设计理念，根据实际情况将建筑幕墙的设计与自然通风相结合，从而有效的保障室内的通风效果。因此，在实际的设计工作中，要综合各方面因素，合理的设计外窗的数量，并且保证外窗的密封性。

四、结束语

该幕墙工程的设计及施工过程，充分体现了幕墙设计提前介入的重要性。在满足功能、概算的前提下，提早介入深化节点，不仅为后期施工奠定了良好基础，还大幅减少了施工过程中设计变更的工作。钢结构+幕墙的应用模式，如果幕墙立柱受力钢构件在钢结构制作加工时同步在构件厂施工，直接成型运至现场吊装，既减少焊接工作量，减少质量隐患，也加快了幕墙工程进度。此外，在玻璃幕墙的设计当中，要坚持因地制宜的原则，坚持具体问题具体分析的设计方针。玻璃幕墙的节能构造设计需要根据建筑物的实际情况而定，例如建筑物的周边环境、地理位置、当地气候特点等综合因素。设计者对于建筑物的设计，不但要彰显节能的设计理念，还需要体现出建筑物整体美观性的效果。从而使玻璃幕墙的设计不仅具有良好的节能效果，还具有保温的性能，进而提升玻璃幕墙的整体效能。

参考文献

[1]余馨.建筑学设计中的绿色建筑设计的发展趋势[J].城市建设理论研究:电子版,2016(12).

[2]乔非.房地产企业开发绿色建筑项目的影响因素简述[J].工程技术:引文版,2016(8):311.

[2]游杰华.浅谈高层建筑玻璃幕墙施工技术[J].绿色环保建材.2018,(9).166,168.

[3][2]刘德泉，姬鸿飞.浅谈建筑玻璃、石材和金属幕墙的设计与施工[J].科技与企业，2016（02）：171-173.