凌波
广东博意建筑设计院有限公司
摘要：玻璃幕墙具有美观新颖、节能环保、易于维护等优点，在我国高层建筑外墙装饰工程中广泛应用。本文主要对高层建筑玻璃幕墙设计要点进行了分析与探讨，以供同仁参考。
关键词：高层建筑；玻璃幕墙；设计要点
一、前言
玻璃幕墙将墙与窗融合为一体，使其表面没有明显的划分，突出了建筑的整体感；从不同的视角展示出建筑不同的色调，建筑的外观也会随着阳光、灯光和周围景象的变化而变化，给人们带来不同的视觉效果。近年来，随着城市建设科学技术水平的不断提高，玻璃幕墙在高层建筑中的使用已经是越来越广泛，这种施工材料不仅美观实用，而且极大的改善了我们的居住环境，在现代的城市化建设中将会得到广泛的应用。下面就对高层建筑玻璃幕墙设计要点进行了分析与探讨，以供同仁参考。
二、高层建筑玻璃幕墙设计要点分析
（1）玻璃的选用。我们在进行玻璃幕墙设计时，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。但安全性是玻璃幕墙设计首要考虑的因素，传统的安全玻璃通常采用钢化玻璃和钢化夹胶玻璃，但钢化玻璃仍有3‰的自爆率，因此对于高层建筑来说，这个仍然存在安全隐患，而且高层玻璃幕墙的钢化玻璃自爆以后，要更换是极度困难的，不但更换费用高，而且也存在着重大安全隐患。近年来随着超白玻璃技术得到越来越好的推广，超白玻璃逐渐成为行业的主流产品，高层玻璃幕墙更应该采用超白玻璃。超白玻璃是一种超透明低铁玻璃，也称低铁玻璃、高透明玻璃。它是一种高品质、多功能的新型高档玻璃品种，透光率可达91.5%以上，具有晶莹剔透、高档典雅的特性，有玻璃家族“水晶王子”之称。超白玻璃同时具备优质浮法玻璃所具有的一切可加工性能，具有优越的物理、机械及光学性能，可像其它优质浮法玻璃一样进行各种深加工。由于超白玻璃原材料中一般含有的NiS等杂质较少，在原料熔化过程中控制的精细，使得超白玻璃相对普通玻璃具有更加均一的成分，其内部杂质更少，从而大大降低了钢化后可能自爆的几率。因此，超白玻璃也成为高层建筑玻璃幕墙的首选产品。笔者曾在凤鸣广场11#铝合金幕墙门窗工程玻璃采用符合《浮法玻璃》规范要求的浮法玻璃原片：除特别注明外，玻璃均采用6mm中透光双银LOW-E+9A+6mm透明中空玻璃；玻璃规格详见大样图，钢化玻璃宜经过二次处理；玻璃及整窗参数应不低于以下标准：
（2）玻璃幕墙安全可靠性设计。高层建筑玻璃幕墙设计中安全是首先要思考的问题。所以，设计时要严格遵守国家的有关的法律法规及相关的幕墙设计规范，充分考虑风荷载、地震荷载以及自重对玻璃幕墙主要受理构件的影响，确保幕墙系统安全可靠。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，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。
图1、单层玻璃与槽口的配合示意图
图2、中空玻璃与槽口的配合示意图
（3）高层玻璃幕墙节能设计。目前，环保节能指标是我国最重要的标准，《公共建筑节能设计标准》GB50189-2015中对建筑中的玻璃幕墙的的热工指标进行了规定，同时《绿色建筑技术导则》中要求高层玻璃幕墙要降低能源的消耗，使用绿色环保材料，从而实现光、热、声在玻璃幕墙中的协调扩散，同时也在一定程度上改善了空气质量。因此，为了实现玻璃幕墙具备良好保温性能的同时，兼具一定的遮阳性能，在进行玻璃幕墙的设计时，可以将其分为内外两层进行设计。两层玻璃之间形成一个相对封闭的空间就可以有效阻隔强光的照射，而又不失去采光性能。同时封闭空间的上下两个部位需要设计进风口和排风口，使封闭空间内的空气流通，起到降温作用，从而使建筑内部温度得到控制。在此设计过程中，为了保证外部玻璃幕墙的美观性，可以采用点式玻璃幕，内部采用合金窗；而在选用玻璃时需要根据所需隔音效果和通风层进行考虑。同时建筑内部空气的流通性与玻璃幕墙息息相关，并且还要考虑遮阳构件的放置是否合理美观。当前最为常用的玻璃幕墙有箱式双层玻璃幕墙、走廊式双层玻璃幕墙等。
（4）高层玻璃幕墙防水设计。防水性能是指在风雨同时作用下，幕墙防止透过雨水的能力。当高层建筑产生外表面的位移或产生摇摆时，位移量超出密封胶的允许变位能力后，势必拉伸胶缝，使胶缝边缘与玻璃的粘接产生缝隙。另外，风也是影响幕墙密封性的一大原因。由于风的存在，压力不同，导致空气对流而引起水渗透到室内。传统幕墙的排水有两种方式，一种是将嵌缝漏缝处进入的雨水排出室外，另一个是将可能产生的结露水汇集排出室外。在排走水份的同时，要避免风从洞口进入室内。
（5）高层玻璃幕墙防火设计。近年来，随着城市高层建筑的不断崛起，高层建筑的火灾频发，高层建筑一旦发生火灾，火患不可小视，防火作为幕墙安全控制任务，必然会成为幕墙设计中的重要内容。目前玻璃幕墙设计中防火封堵应用比较广泛，其是通过在缝隙间填塞不燃或难燃材料或由此形成的系统，以达到防止火焰和高温烟气在建筑内部扩散的目的。具体做法如下：采用1.5mm厚的镀锌钢板将主体结构和幕墙框架之间的缝隙铺满，再在其上用厚度不小于100mm的防火岩棉或矿棉填充密实，镀锌钢板与主体结构、幕墙框架及镀锌钢板之间的缝隙注打防火密封胶。无窗间墙和窗槛墙高度小于0.8m的建筑幕墙，应在每层楼板外沿设置耐火极限不低于1.0h、高度不低于0.8m的不燃烧实体裙墙或防火玻璃裙墙。防火分区之间防火墙两侧玻璃幕墙应满足紧靠防火墙两侧门窗洞口之间最近边缘的水平距离不应小于2m，防火墙两侧玻璃幕墙应设置2m宽竖向乙级防火玻璃（耐火极限0.9h）。
（6）高层玻璃幕墙防雷设计。高层建筑幕墙防雷设计是玻璃幕墙设计的一个重要环节，这关系到整栋建筑物的安全。所以进行高层建筑幕墙设计时一定要考虑建筑幕墙的防雷系统。幕墙是附属于主体建筑的围护结构，幕墙的金属框架一般不单独做防雷接地，而是利用主体结构的防雷体系，与建筑本身的防雷设计相结合，因此要求幕墙的金属框架与主体结构的防雷体系可靠连接，连接部位应清除非导电保护层，保证导电畅通。一般防雷设计从三层结构开始，每三层设置一道水平均压环（Φ12镀锌圆钢）。在主体结构施工时，对应幕墙均压环楼层每隔10米预留避雷接头，使幕墙均压环与主体避雷系统连接形成电气通路。幕墙竖向立柱在不大于10米范围内有一根立柱采用铜质编织导线上下连通，截面面积应不小于25mm2。在主体结构有水平均压环的楼层，对应导电通路立柱的预埋件采用Φ12镀锌圆钢与水平均压环焊接连通形成防雷通路，焊缝和连线应涂防锈漆。屋顶采用Φ12镀锌圆钢与主体结构屋顶的防雷系统作有效的连通，起到避雷接闪器的作用。
三、总结
总之，在进行建筑玻璃幕墙的设计时，首先需要根据玻璃幕墙的设计要点和原则进行考虑，同时还需要根据建筑的地理位置和所需功能进行玻璃幕墙结构的设计。通过精巧的结构设计可以在保证其质量和使用要求的基础上大幅度减少能源消耗，从而达到节能环保的目的。
参考文献：
[1]《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
[2]《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2015
[3]《高层民用建筑设计防火规范》GB50045－95（2005版）
[4]《公共建筑节能设计标准》GB50189－2015
[5]《建筑物防雷设计规范》GB50057－2010
[6]《铝合金建筑型材第六部分：隔热型材》GB5237.6-2012