建筑玻璃幕墻設(shè)計方法淺析

1、建筑玻璃幕墻設(shè)計方法淺析摘要：建筑幕墻是建筑物不承重的外墻維護(hù)結(jié)構(gòu)，除了具 有建筑的基本使用功能（包括采光、承載、保溫等）外，還具 有豐富的藝術(shù)性（構(gòu)造精巧、表現(xiàn)力強(qiáng)、品質(zhì)純凈等），因此 建筑幕墻在我國的使用范圍已經(jīng)從商業(yè)擴(kuò)展到民宅幕墻使 用的材料也越來越廣泛。然而破璃幕墻本身造價昂貴沮抗風(fēng) 骯震性能較差；能耗較大容易對周圍環(huán)境形成光污染相關(guān)設(shè) 計規(guī)范仍不是十分成熟。目前我國玻璃幕墻的設(shè)計方法和設(shè) 計經(jīng)驗有待于積累和提高。因此玻璃幕墻設(shè)計方法的分析研 究具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。本文簡要介紹建筑玻璃 幕墻的組成分類以及國內(nèi)外的分析研究進(jìn)展情況介紹了工 程實踐中的幾種實用設(shè)計方法并提出值得研

2、究的若干問題。關(guān)鍵詞：玻璃幕墻；組成分類；設(shè)計方法中圖分類號：tu2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a一、玻璃幕墻的類別隨著建筑技術(shù)的發(fā)展，玻璃幕墻的類別很多，在高層建 筑中應(yīng)用最多的是框支撐玻璃幕墻，其主要包括明框玻璃幕 墻和隱框玻璃幕墻。其中明框玻璃幕墻是最傳統(tǒng)的玻璃幕 墻，金屬框架直接顯露在外立面，玻璃是嵌固在型材的凹槽 里，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，工作性能良好，是高層建筑最佳的選擇; 隱框玻璃幕墻是金屬框架設(shè)計在室內(nèi)，玻璃面板安裝在框架 外側(cè)，再利用硅酮密封膠把玻璃面板與框架進(jìn)行有效的粘 結(jié)，形成現(xiàn)代化的建筑外觀效果。二、玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)一般來說，玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)主要是由結(jié)構(gòu)骨架及玻璃組 成的，兩者有機(jī)地整體連接才能構(gòu)

3、成玻璃幕墻的方式。骨架 是由不同的型材材料構(gòu)成的，利用連接件來固定裝飾玻璃， 通過骨架把玻璃的重量和幕墻所受到的荷載全部傳遞給支 撐體系，再由支撐體系傳遞給主體結(jié)構(gòu)。玻璃幕墻不僅具有 墻體維護(hù)的功能，還有美化建筑外立面的視覺沖擊效果，也 可以巧妙地配合建筑造型來表達(dá)建筑師的思維空間。由于玻 璃幕墻的安全可靠性包括抗風(fēng)壓性、抗氣密性、抗震性、防 火性、抗變形性等內(nèi)容，再加上其安裝滋工的專業(yè)性較強(qiáng)， 對建筑物的正常使用性能影響很大，所以應(yīng)根據(jù)工程需求來 選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，從而保證玻璃幕墻的安全性及穩(wěn)定 性。三設(shè)計方法概述三、設(shè)計方法概述1、玻璃幕墻主要設(shè)計內(nèi)容玻璃幕墻的剛度和承載力都較低，強(qiáng)風(fēng)或

4、地震作用容易 引起破壞和脫落，因此必須進(jìn)行風(fēng)荷載、地震作用、溫度應(yīng) 力作用下的設(shè)計計算和變形驗收。其主要過程包括：(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計的一般原則和方法。玻璃幕墻屬于建筑的 圍護(hù)結(jié)構(gòu)不承受主體結(jié)構(gòu)的地震作用，但須保證幕墻及其連 接件承載力足夠沮剛度、相對主體結(jié)構(gòu)的位移能力滿足要 求。作為非承重構(gòu)件，幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是小震下保持彈性, 故應(yīng)采用彈性計算方法。（2）基本參數(shù)的選取?，F(xiàn)行玻璃幕 墻規(guī)范對幕墻結(jié)構(gòu)的荷載與作用取值、材料的力學(xué)性能取值 均有較為詳細(xì)的規(guī)定，此處不予贅述。（3）玻璃應(yīng)力計算。主 要需計算玻璃在風(fēng)荷載作用下的最大應(yīng)力；在年溫度變化作 用下玻璃邊緣與邊框的擠壓應(yīng)力；玻璃中央與玻璃邊緣的

5、溫 差應(yīng)力等。（4）橫梁和立柱的計算。當(dāng)矩形玻璃板材四周均 有橫梁/立柱支承時荷載可按45度分角線劃分傳遞到四周支 承橫梁以立柱為支承并可按簡支計算。（5）結(jié)構(gòu)膠計算。（6） 幕墻與主體結(jié)構(gòu)的連接等。計算過程中荷載傳遞路徑分析十 分重要，而應(yīng)力分析及變形驗算也是重難點。2、國內(nèi)外設(shè)計方法概述對于玻璃幕墻結(jié)構(gòu)中玻璃的設(shè)計月前國內(nèi)外有眾多方 法,t面介紹其中典型的三種方法。最大應(yīng)力理論設(shè)計法：最 大應(yīng)力理論法以薄板的大變形理論應(yīng)力分析（在均布的。靜 壓力作用下）為依據(jù)。假定玻璃表面任何一處達(dá)到極限拉應(yīng) 力時即達(dá)破壞進(jìn)行有限元分析。ppg公司進(jìn)行了大量有限元 計算應(yīng)用其分析結(jié)果于1979年推出了以最

6、大應(yīng)力理論為基 礎(chǔ)的玻璃設(shè)計圖表。此后沃布蘭及其合作者俐用有限差分法 對大變形薄板玻璃在均布側(cè)向靜壓力作用下的應(yīng)力進(jìn)行了 分析取得了較大的進(jìn)展能利用電算快速運算并經(jīng)實驗論證 河適用于各種類型玻璃。斷裂理論設(shè)計法：1972年布朗根據(jù) 靜態(tài)疲勞和斷裂力學(xué)理論，給出了著名的布朗積分公式一玻 璃累積損傷破壞的計算公式。該理論認(rèn)為只要強(qiáng)度累積損傷 量值達(dá)到與加載方式無關(guān)的臨界值時，玻璃就破壞。依據(jù)該 理論的設(shè)計方法稱為斷裂理論設(shè)計法。然而，由于斷裂理論 設(shè)計法過于復(fù)雜灘于在實際工程實踐中進(jìn)行應(yīng)用。實用公式 設(shè)計法：由于矩形薄板玻璃在風(fēng)壓作用下的應(yīng)力狀態(tài)計算十 分復(fù)雜理論結(jié)果與實驗情況也有出入沮目前尚無成

7、熟的計 算方法因此，日本舍棄建立玻璃容許應(yīng)力與風(fēng)壓之間的關(guān)系 式的方法而采用風(fēng)壓與玻璃安全厚度之間的實用關(guān)系式。四、研究中的問題1、設(shè)計管理問題在目前的工程實踐中建筑幕墻工程一般都是由業(yè)主直 接承包的但是業(yè)主在招標(biāo)的過程中往往因為時間緊迫等原 因，投標(biāo)單位沒有足夠的時間去熟悉圖紙還有很多設(shè)計圖紙 缺乏節(jié)點細(xì)部的詳圖及做法過于粗糙導(dǎo)致中標(biāo)單位在后期 施工過程中沒有足夠的依據(jù)指導(dǎo)施工影響工程整體的質(zhì)量。 因此我們要加強(qiáng)對于設(shè)計階段的重視程度避免設(shè)計圖紙與 施工現(xiàn)場的沖突。在設(shè)計階段要保證圖紙設(shè)計的深度與科學(xué) 性提供節(jié)點細(xì)部的詳圖以及具體做法投計中要有防雨水滲 漏性能的措施等能夠有力地指導(dǎo)現(xiàn)場施工并

8、且在后續(xù)的施 工過程中要有專門的設(shè)計師在現(xiàn)場指導(dǎo)施工解決施工過程 中的技術(shù)問題。2、設(shè)計風(fēng)荷載取值問題高層、超高層玻璃幕墻上設(shè)計風(fēng)荷載的取值是非常重要 的忘關(guān)系到幕墻的安全與經(jīng)濟(jì)問題在我國荷載規(guī)范中，以30 年一遇的10分鐘平均風(fēng)速壓力作為風(fēng)荷載的基本風(fēng)壓的，這 對主體結(jié)構(gòu)是適用的。然而幕墻在瞬時風(fēng)作用下容易損傷破 壞，國外一般將3秒平均風(fēng)速壓力作為瞬時風(fēng)壓而在同一地 點的10分鐘平均風(fēng)壓與3秒鐘風(fēng)壓相差巨大后者將近前者 的兩倍，因此按10分鐘風(fēng)壓為基本風(fēng)壓的風(fēng)荷載進(jìn)行設(shè)計是 非常不安全的。同時在美日等國都做過大量的幕墻風(fēng)洞試驗 并配合理論分析，以求得較嚴(yán)密的風(fēng)壓設(shè)計值供設(shè)計使用。 因此對于設(shè)

9、計風(fēng)荷載取值的問題我國還需做大量實驗，并進(jìn) 行理論分析以期達(dá)到安全可靠的設(shè)計。3、可靠性分析問題基于可靠度理論的設(shè)計方法是先進(jìn)的設(shè)計方法在玻璃 幕墻設(shè)計方法上引入可靠性理論無疑具有重要的理論意義 和實際意義因此有必要加大對玻璃幕墻的靜力、動力、時 變可靠度研究和分析，這必將大大推動玻璃幕墻設(shè)計方法發(fā) 展。五、玻璃幕墻設(shè)計的優(yōu)化對策應(yīng)始終秉承建筑幕墻設(shè)計的若干基本原則，并對設(shè)計理 念加以優(yōu)化在建筑幕墻設(shè)計過程中，設(shè)計人員應(yīng)秉承服從于 建筑設(shè)計并服務(wù)于建筑設(shè)計的基本原則。對于建筑物而言， 玻璃幕墻是連接室內(nèi)空間與室外空間的一個必要過渡層，其 作為可供觀賞的建筑物外表，是建筑設(shè)計外觀的具體體現(xiàn)， 更

10、是建筑設(shè)計理念賴以傳達(dá)的基礎(chǔ)，因此在建筑設(shè)計過程中 應(yīng)充分關(guān)注和重視玻璃幕墻設(shè)計工作。換而言之，建筑設(shè)計 成功與否會直接受到建筑玻璃幕墻設(shè)計的質(zhì)量影響。由此點 來看，建筑幕墻設(shè)計服從于建筑整體設(shè)計具有積極的現(xiàn)實意 義。對于幕墻設(shè)計工作而言，服從并服務(wù)于建筑設(shè)計是其根 本所在。應(yīng)對建筑幕墻設(shè)計工作予以重視，并提高幕墻設(shè)計 工作管理力度。建筑單位應(yīng)在明確主體施工之前完成必要的 幕墻設(shè)計工作，從而為主體結(jié)構(gòu)施工提供必要保障，確保預(yù) 埋件位置準(zhǔn)確無誤，其結(jié)構(gòu)可靠性也應(yīng)過關(guān)；應(yīng)對幕墻結(jié)構(gòu) 設(shè)計中存在的支撐件問題予以提前處理，同時應(yīng)對建設(shè)單位 提出要求，提前準(zhǔn)備并安排幕墻設(shè)計方案的招投標(biāo)工作，并 針對幕墻

11、設(shè)計存在滯后性的問題采取有效的解決方案。對施 工招標(biāo)與幕墻設(shè)計招標(biāo)予以明確區(qū)分，防止幕墻設(shè)計工作受 到一體化設(shè)計滋工機(jī)制的影響而產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)；與此同時 還，應(yīng)對施工招標(biāo)固有的客觀性以及公正性予以大力維護(hù)。結(jié)束語綜上所述，高層建筑玻璃幕墻的應(yīng)用使得建筑外立面的 整體效果顯得現(xiàn)代化，給人以高貴典雅的感覺，帶給人們視 覺沖擊的效果。在進(jìn)行高層建筑玻璃幕墻的設(shè)計過程中，應(yīng) 根據(jù)工程特點選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，確保玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè) 計滿足強(qiáng)度及剛度的設(shè)計規(guī)范要求，并應(yīng)對幕墻的防火進(jìn)行 詳細(xì)的設(shè)計，保證玻璃幕墻的安全可靠性。在施工過程中應(yīng) 精心組織施工，對關(guān)鍵工藝進(jìn)行重點控制，對于預(yù)埋件和連 接件之間的連接進(jìn)行嚴(yán)格的檢查，對原材料的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格 把關(guān)，加大施工技術(shù)管理的力度，確保玻璃幕墻的施工質(zhì)量