浅谈建筑玻璃幕墙设计方法

【关键词】幕墙设计；方法；研究 

　　1.当前玻璃幕墙设计存在的问题 

　　幕墙设计与施工一体化机制，不利于幕墙工程建设与幕墙技术的进步。幕墙设计依附于施工单位依赖于施工单位，设计为施工服务设计为施工“让路” 已是不争的事实，幕墙工程的质量安全在目前没有专业幕墙监理的前况下让人堪忧。幕墙招标过程中， 残酷的市场竞争与低价的市场取向往往使技术含量最低的幕墙产品占尽优势，幕墙新技术新产品的应用与开发失去了应有的动力。建议相关部门制定相关法规，对相当规模的幕墙工程采用专项设计、专项监理。幕墙招标时采取设计与施工分开招标的方式， 由幕墙设计中标单位与建筑设计单位配合完成幕墙的设计工作并对幕墙技术负责，并规定设计中标单位不得参与施工投标，以利于施工招标的公正性。适时制定相关法规，促进幕墙设计与施工的分离。幕墙设计限于结构与构造设计，缺少对建筑设计的理解与贯彻。建筑设计由原来的“适用、经济、美观”的基本要求发展到“安全、绿色、可持续发展”的更高级的要求，对幕墙设计的认识发展也应从“制作图设计”“幕墙结构设计”发展到“建筑幕墙设计”。即幕墙设计应有整个建筑的大局观念。幕墙设计需将建筑外观、建筑功能、建筑效能有效地联系起来。这一问题，是幕墙设计水平的问题，对幕墙设计师提出了更高的要求， 需要大家不懈的努力去提高。 

　　2.国内外玻璃幕墙设计发展现状 

　　图表设计法图表设计法是指根据风压（或体型系数， 风速）及玻璃面积， 直接由设计图表查出某一类玻璃厚度的设计方法； 而这些设计图表是根据实践经验和玻璃在侧压作用下的破坏实验综合制定的。美国和英国几家著名的玻璃公司都各自提出了本公司的玻璃设计图表。美国建筑法，澳大利亚建筑法规闭和加拿大建筑规范也都采用了简单方便的图表设计法。 

　　最大应力理论设计法以薄板的大变形理论应力分析（在均布的， 静压力作用下）为依据假定玻璃表面任何一处达到极限拉应力时即达破坏， 依据这一理论的设计方法称为最大应力理论设计法。PPG公司利用有限元的分析结果1979年推出了以最大应力理论为基础的玻璃设计图表，其结果与上述以往的图表有较大的不同， 但未被美国建筑法规所采纳利用有限差分法对大变形薄板玻璃在均布侧向静压力作用下的应力进行了分析， 取得了较大的进展， 已能利用电算快速运算并经实验论证，可适用于密封条或无密封条； 有衬垫或无衬垫的简支和弹性支承的单层和多层矩形和圆形平板玻璃。 

　　3.玻璃幕墙节能设计的发展方向 

　　利用遮阳系统与幕墙相结合的方式来进行节能。2010年3月，德国弗劳恩霍夫研究所对两种建筑物表面设计做了比较：“具有外遮阳设置的建筑物一次能源消耗比安装了隔热玻璃的建筑物少40%，从而大幅度降低了能耗。”所谓遮阳系统，即俗称的百叶窗，但又与家用的普通百叶有所不同，首先它的材质为釉面烤漆工艺辊涂的铝镁合金，此外它由电机驱动，并与所匹配的控制系统及可探测室外气象状况的探测器进行联动，通过阳光和温度的变化来实现遮阳系统的完全自动化，减少了室内冷热负载和人造光的能耗，从而实现了楼宇最优化的采光和节能效果。方面实现节能通过计算发现，无论是遮阳系统与双层通道幕墙（下文将提到）还是单层幕墙户外安装进行搭配使用时，整体幕墙系统的热工性能均处于优良水平。 

　　利用双层通道幕墙产生的温室效应进行节能双层幕墙的应用在我国某些大型项目中已经存在，但并不十分广泛。温室效应在此处是指双层幕墙结构形成的热屏蔽。在冬季，双层幕墙通道能阻止室内的热量流向室外，夏季它能阻止室外的热量流向室内，使室内处在较为稳定的热环境下。双层通道幕墙的温室效应主要体现为三种形式：其一是在温度较高的夏天，用户将双层幕墙通道中的进气口和出气口全部打开，在烟囱效应的作用下，空气将在通道中上升。与此同时，处在运动过程中的空气就会将热量带出通道，使得内层幕墙处于较低的温度环境中，从而阻止了热量由室外流入室内；其二是在低温的冬季，用户将双层幕墙通道中的进气口和出气口全部关闭，通道中空气不再运动处于静止状态，阳光照射下，通道中的空气温度将有很大的提升，这就使内层幕墙处于较高的温度环境中，从而阻止了热量由室内流出室外；其三是由于双层幕墙的传热系数比单层幕墙的要低很多，这也一定程度上阻止了室内外环境热量的交换。 

　　4.玻璃幕墙的设计及其原则 

　　4.1玻璃幕墙材料的选用 

　　玻璃幕墙应选用符合国家和行业相关标准及有关节能和环保要求的玻璃幕墙材料。玻璃幕墙用材料应符合国家现行标准的有关规定及设计要求，尚无相应标准的材料应符合设计要求，并应有出厂合格证。幕墙常用材料主要分饰面材料、骨架材料、密封材料、五金件等。幕墙玻璃应选用安全玻璃，安全玻璃宜采用钢化玻璃、夹层玻璃、夹丝玻璃、防火玻璃等，应符合《建筑用安全玻璃第3部分：夹层玻璃》GB15763.3―2009、《建筑用安全玻璃第2 部分： 

　　钢化玻璃》GB15763.2―2009、《中空玻璃》GB/T11944、《建筑用安全玻璃第1部分：防火玻璃》GB15763.1―2009的要求。玻璃的公称厚度应经过强度和刚度验算后确定，单片玻璃、中空玻璃的任一片玻璃厚度不宜小于6mm。 

　　4.2幕墙骨架的选用 

　　幕墙骨架采用钢材或铝合金型材。除不锈钢及耐候钢外，金属材料和金属零配件应进行无机富锌涂料处理、表面热浸镀锌处理或采取其他有效的防腐措施，铝合金材料应进行粉末喷涂、表面阳极氧化、电泳涂漆或氟碳漆喷涂处理。钢材表面应具有抗腐蚀能力，并采用避免双金属的接触腐蚀。主要受力构件和连接件不宜采用壁厚小于4mm的钢板、壁厚小于3mm钢管、尺寸小于L45mm×4mm和L56mm×36mm×4mm的角钢以及壁厚小于2mm的冷成型薄壁型钢。铝合金型材主要受力构件和连接件的要求应符合《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102中相应的规定。支承防火玻璃的金属骨架不宜采用铝型材，应采用钢结构。防火试验表明，铝型材在高温下会迅速熔化，会使玻璃失去支承而坍落，使防火墙、防火带失效；而钢型材可以维持相当长的时间不会软化。 

　　4.3幕墙密封材料的选用 

　　隐框和半隐框的玻璃幕墙，其玻璃与型材的黏结必须采用中性硅酮结构密封胶；全玻璃幕墙和点支撑幕墙采用镀膜玻璃时，不应采用酸性硅酮结构密封胶黏结。玻璃幕墙采用的密封材料必须在有效期内使用。 

　　4.4玻璃幕墙五金件的选用 

　　玻璃幕墙采用的五金配件、锚固件、连接件等材料的承载力、使用寿命应满足国家相关标准和规范以及设计使用要求，除不锈钢外，均应做防腐处理。 

　　5.结束语 

　　玻璃幕墙的节能设计要遵循科学性、适用性、经济性和安全性的原则，从材料节能、构造节能、辅助措施节能三个方面统筹考虑，选择合适的节能玻璃、节能型材，采用适宜的节能构造做法，辅以适当的辅助节能措施。