玻璃幕墻在當(dāng)代建筑中的設(shè)計(jì)研究

關(guān)鍵詞：當(dāng)代建筑；玻璃幕墻；設(shè)計(jì)

　　玻璃幕墻作為當(dāng)代建筑中的一個(gè)獨(dú)特設(shè)計(jì)，它不僅體現(xiàn)建筑學(xué)、美學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的最佳結(jié)合，而且把玻璃的多種功能也完美體現(xiàn)出來。諸如玻璃幕墻的通透性，透過玻璃視線達(dá)到最佳，視野達(dá)到最大，使建筑物內(nèi)外環(huán)境相通、相融等。玻璃幕墻工藝性能好，玻璃幕墻支撐構(gòu)件加工細(xì)致，表面光滑有良好的工藝感及藝術(shù)感，可以適應(yīng)任何幾何形狀，在建筑體型上產(chǎn)生豐富的變化，能夠充分體現(xiàn)設(shè)計(jì)師的想象力和創(chuàng)造力。目前玻璃幕墻使用的一個(gè)最大的亮點(diǎn)就是各種節(jié)能幕墻玻璃的使用大大降低了建筑物的能耗。但幕墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)不像傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)專業(yè)那樣，有很多成熟的資料可參考學(xué)習(xí)，所以難免出現(xiàn)這樣或那樣的疏漏。因此，研究其設(shè)計(jì)要點(diǎn)意義重大。

　　1 幕墻建筑設(shè)計(jì)

　　1.1 幕墻的換氣和通風(fēng)

　　在幕墻建筑設(shè)計(jì)中，過去強(qiáng)調(diào)以人工換氣、通風(fēng)為主，不主張開啟或盡量少設(shè)開啟扇，以降低能耗，防止開啟扇破損，也使立面較為美觀，因此JGJ102—96規(guī)定開啟扇面積不大于幕墻面積的15％。2003年“非典”影響后，許多幕墻界人士通過反思，形成了加強(qiáng)幕墻通風(fēng)、換氣的共識(shí)，甚至許多業(yè)主要求將部分固定玻璃更改為開啟扇。所以在JGJ102—2003新修訂版本中，取消了開啟扇面積不大于15％的規(guī)定，開啟扇設(shè)置由實(shí)際需要確定。

　　采用雙層通風(fēng)幕墻時(shí)，室內(nèi)可以從熱通道取得新風(fēng)，外幕墻有進(jìn)風(fēng)口進(jìn)風(fēng)，可不必設(shè)開啟扇，從而在保證自然通風(fēng)的同時(shí)，使幕墻保持美觀和安全。

　　1.2 防火防煙設(shè)計(jì)

　　1.2.1 防火玻璃在幕墻中的應(yīng)用

　　幕墻采用的防火玻璃應(yīng)為單片防火玻璃及其制品(如中空玻璃)，目前以采用單片銫鉀玻璃為多。防火玻璃可以在下列場合采用：

　　(1)防火墻兩側(cè)的玻璃面板；

　　(2)樓層間水平隔煙層；

　　(3)樓層結(jié)構(gòu)高度小于800mm，未設(shè)實(shí)體窗下墻時(shí)，樓板上(下)的面板；

　　(4)樓層中的透明防火隔斷(透明防火墻)。支承防火玻璃的金屬骨架應(yīng)采用鋼結(jié)構(gòu)，不宜采用鋁型材。防火試驗(yàn)表明，鋁型材在高溫下迅速熔化，會(huì)使玻璃失去支承而坍落，造成防火墻、防火帶失效；而鋼型材可以維持相當(dāng)長的時(shí)間不軟化。

　　1.2.2 雙層通風(fēng)幕墻的防火問題

　　雙層通風(fēng)幕墻通過熱通道中的氣流調(diào)節(jié)熱通道的溫度，減少室內(nèi)溫度與外界的溫差，滿足節(jié)能要求，宜采用多層風(fēng)道的通風(fēng)方式。但目前國內(nèi)消防規(guī)范要求層間設(shè)置封閉隔煙層，因此熱通道只能是一個(gè)層高。為避免本層排風(fēng)口排出的空氣又被上層進(jìn)風(fēng)口吸入而形成氣流短路，可以在滿足防火隔煙要求的前提下，采用下列通風(fēng)方式之一：

　　(1)加大排風(fēng)口與上層進(jìn)風(fēng)口的豎向距離；

　　(2)采用本跨進(jìn)風(fēng)、在鄰跨排風(fēng)的S形通風(fēng)路線方式。

　　當(dāng)外幕墻采用透明玻璃、要求高度通透時(shí)，層間隔煙層可采用單片銫鉀防火玻璃。深圳電視中心拉索點(diǎn)支外幕墻就采用了這種透明隔煙措施。

　　1.2.3 高度很大的內(nèi)天井、內(nèi)庭的防火問題

　　目前有些建筑設(shè)置了很高的內(nèi)庭或內(nèi)天井，如北京電視臺(tái)的內(nèi)庭高度達(dá)180m，為防止火災(zāi)和煙霧在層問擴(kuò)散蔓延，天井周邊采用了單層銫鉀防火玻璃圍成井筒，并采用型鋼骨架。

　　1.2.4 實(shí)體墻面上的防火封堵

　　在裙房中常有大面積混凝土墻體，塔樓部分也常有連續(xù)多層的混凝土墻體，在實(shí)體墻上建造金屬和石材幕墻，層問防煙層難以施工，此時(shí)可在門窗洞口周圍設(shè)置密實(shí)的防煙封堵。

　　1.3 雙層通風(fēng)幕墻的選用

　　雙層通風(fēng)幕墻可節(jié)能40～60％，降噪聲可達(dá)35～40dB，表現(xiàn)了良好的建筑性能。根據(jù)全國會(huì)計(jì)師培訓(xùn)中心北京基地的實(shí)測結(jié)果，其K值可達(dá)1.0(冬天)和1.1(夏天)，降噪聲可達(dá)37dB，均提高性能等級1～2級。

　　但是，雙層通風(fēng)幕墻造價(jià)高，技術(shù)復(fù)雜，并占用建筑面積3～5％，會(huì)增大投資，外幕墻還降低了房間私密性，增大了相互干擾。因此，雙層通風(fēng)幕墻應(yīng)經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較后選擇應(yīng)用。

　　2 荷載和地震作用

　　2.1 風(fēng)荷載計(jì)算

　　(1)風(fēng)荷載計(jì)算應(yīng)按GB50009—2001進(jìn)行。采用5O年一遇的基本風(fēng)壓，對體型復(fù)雜、高度超過200m的幕墻，宜進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)。

　　(2)采光頂?shù)捏w型系數(shù)可參照荷載規(guī)范采用，形狀復(fù)雜、周圍有高大建筑的采光頂，宣進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)確定其體型系數(shù)。

　　(3)由于荷載規(guī)范中沒有明確列出水平采光頂、雨棚應(yīng)考慮正風(fēng)壓，為安全起見，建議考慮可能出現(xiàn)正風(fēng)壓的作用，并考慮下列兩種組合：

　　1.2G+1.4W

　　1.35G+0.6×1.4W

　　式中：G和W分別代表恒載和向下的風(fēng)荷載。

　　(4)雙層幕墻的風(fēng)荷載問題相當(dāng)復(fù)雜，目前尚無明確定論。建議外幕墻按荷載規(guī)范計(jì)算，內(nèi)幕墻的風(fēng)荷載可按外幕墻的風(fēng)荷載適當(dāng)折減。

　　2.2 地震作用

　　按修訂后的抗震規(guī)范，作用于幕墻平面垂直方向的地震作用擴(kuò)大系數(shù)取為5.0。除石材幕墻外，地震作用力一般較小，不起主要作用。地震作用參與組合時(shí)，組合值系 E取為0.5。采光頂、大面積雨篷宜考慮豎向地震作用。按Ⅷ度抗震設(shè)計(jì)時(shí)，豎向地震力可按恒載加活載的10％考慮(上、下兩個(gè)方向)。

　　2.3 振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)

　　雖然幕墻上作用的地震力較小，不起主要控制作用，但地震是動(dòng)力作用，會(huì)對幕墻的節(jié)點(diǎn)和結(jié)構(gòu)形成大的沖擊，甚至造成損壞、失效。對節(jié)點(diǎn)和連接構(gòu)造的可靠性，可以通過振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)予以驗(yàn)證。

　　目前國內(nèi)已進(jìn)行過石材幕墻的背栓連接、短槽連接、背槽連接和背卡式連接的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)；鋁板幕墻和框支承玻璃幕墻(明框、隱框)的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)和陶板幕墻的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，對試驗(yàn)條件、測試方法和結(jié)果分析已積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)。