點支式玻璃幕墻

王瑜

摘 要： 本文介紹了點支式玻璃的發(fā)展過程、藝術表現(xiàn)力、現(xiàn)狀及特點，進一步詳細敘述了點支式玻璃結構形式、構造形式及其構造設計方面的要求。同時結合建筑的舒適和節(jié)能，說明了點支式玻璃幕墻在這方面所采取的技術及構造措施。由此得出任何新的建筑材料及技術的出現(xiàn)有它先進的一面，但同時存在構造上的集體要求和不足，在實際的建筑設計中只有把藝術與技術很好地結合起來才能更好地發(fā)展建筑。

關鍵詞： 點支式玻璃幕墻 設計要求 熱工性能及措施

玻璃作為一種古老的建筑材料，從誕生那天起就是建筑重要的構成元素之一。在古代，人們只是把玻璃作為采光窗，到了中世紀，工匠們通過彩色玻璃作為采光窗，進行建筑空間和里面的塑造。20世紀，現(xiàn)代建筑大師們重新定義了玻璃在建筑中的地位和作用，使玻璃幕墻建筑幾乎一度成為現(xiàn)代建筑的代名詞。

開放與交流、內(nèi)外環(huán)境的交融已成為公共建筑的發(fā)展趨勢，點支式玻璃幕墻的特點順應了這一趨勢，越來越多地應用到建筑上。為了能充分地表現(xiàn)玻璃的通透性和輕盈效果，反映建筑物內(nèi)外空間的相互滲透，點支式玻璃幕墻以獨特的富有現(xiàn)代高新技術與藝術表現(xiàn)力的支承方式，將玻璃幕墻的外形設計推到了極點。人們透過玻璃可以清晰地看到支承玻璃的整個鋼結構系統(tǒng)，使幕墻骨架體系由單純的支承作用改變?yōu)橹С泻捅憩F(xiàn)結構美學的雙重作用。

這一體系的最大特點是最大限度地表現(xiàn)了玻璃的通透性，最充分地顯示出金屬材料的結構魅力。它可以按照不同的建筑空間形態(tài)，設計出獨特的結構支撐體系，這種體系適應不同建筑的需要，用不同的方式表達建筑語言。

一、點支玻璃幕墻的發(fā)展過程

由于玻璃材料本身的限制，20世紀80年代以前建筑大都采用單元使玻璃幕墻又稱框式，是指玻璃面板通過鋁合金框架固定在建筑外墻上。隨著墊支使玻璃幕墻的出現(xiàn)，其將玻璃的固定方式由傳統(tǒng)的框接（明框或隱框）變?yōu)椴捎媒饘偎g接。一般每塊玻璃只需四個固定點，由不同形式的金屬受力支撐體系固定金屬栓。玻璃可以是單層或是中空的鋼化玻璃，必須先鉆孔再鋼化；金屬栓一般采用不銹鋼，與玻璃固定有多種方式，必須考慮到裝配的精度，駁接螺栓通常采用球狀鉸接螺栓，可在±10°范圍內(nèi)轉動。當玻璃在承受風載產(chǎn)生撓度時，球鉸對玻璃的約束力就會降低，可以大大減少連接處的附加彎矩。根據(jù)氣候需要還可以做成“熱斷橋”的節(jié)點；金屬支撐結構體系是按照建筑師的要求，根據(jù)不同的高度和跨度，可以是桁架式的，也可以是拉索式的，千變?nèi)f化。

由于它的材料加工、安裝特點，使得它具有很強的現(xiàn)代工業(yè)技術表現(xiàn)力，也使建筑工程的精度達到限機械加工的水平。由于它的高技術特點及制造加工難度，雖然這項技術在國外已很成熟，但在國內(nèi)的采用還是近幾年的事。隨著國內(nèi)建筑業(yè)的發(fā)展，材料加工、玻璃加工技術已經(jīng)有所提高。對于點支式玻璃來說，最難的問題還是設計技術，因為這種體系是一種“量體裁衣”的結構方式，每件產(chǎn)品都可能有不同的支撐體系，這才是點式玻璃幕墻能否達到完美的“工業(yè)技術”表現(xiàn)力的真諦所在，也是點支式玻璃能否產(chǎn)生無窮魅力的關鍵。

二、點支玻璃簡介

普通的玻璃幕墻，其玻璃板塊的固定均為四邊支撐，而點支式玻璃幕墻的玻璃一般通過在玻璃上留洞，采用四點或六點支撐方式。玻璃接頭和支撐結構體系的設計顯得尤為重要，這不僅關系到點支式玻璃幕墻的安全性、可靠性，同時涉及鋼結構骨架的整體美觀和藝術的表現(xiàn)力。如上海大劇院的點支式玻璃幕墻，點支式玻璃幕墻高15M，由500塊3000mm×1825mm×15mm的透明白片鋼化玻璃所組成，每塊玻璃的四個角上分別由不銹鋼支承爪件作四點固定。在支承爪件的背后設有直徑11mm的鋼索系統(tǒng)縱橫繃緊固定，這種鋼索（也稱索桿）體系比普通的金屬骨架體系或全玻式玻璃幕墻體系更纖巧、通透。（圖1）

1.結構形式

點支式玻璃幕墻的結構由玻璃面板、支承結構、連接玻璃面板與支承結構的支承裝置等組成。其支承結構體系有桿件體系和素桿體系兩種。桿件體系一般采用鋼性構件（即鋼結構框架）組成的結構體系。索桿體系是由拉索、拉桿和剛性構件等組成的預應力結構體系。此外，點支式玻璃幕墻的支承結構布置又可分為單向受力體系和雙向受力體系兩種方式。點支式玻璃幕墻的支承結構，除承受幕墻系統(tǒng)的使用荷載（風力、自重、地震荷載、溫度應力等）外，還要承受拉桿結構和索桁架的拉力，而且這些拉力相當大。如果在積極筑物主體結構時，對支承拉桿或索桁架的支承結構沒有考慮桁架的拉應力產(chǎn)生的效應，則張拉結構的幕墻就無法安裝使用。

2.爪件構造

點式玻璃幕墻的支承爪件按固定點數(shù)和外形可分為下列五類：

（1）單點爪—I/2型、V/2型；（圖2）

（2）二點爪—U型、V型和K型；（圖3）

（3）三點爪—Y型；（圖4）

（4）四點爪—X型和H型；（圖5）

（5）多點爪。

支承爪件一般使用不銹鋼或碳素鋼，由于直接暴露在外，外觀顯得格外重要，因此，構件表面加工精度要求也較高。支承爪件可分為可轉動和不轉動兩種形式，為便于安裝施工，爪件應有調(diào)節(jié)能力（圖6）。

3.建筑構造設計要求

點支式玻璃幕墻支承結構的形式靈活多樣，應綜合建筑物的使用功能、立面造型設計，節(jié)能要求和工程投資等技術經(jīng)濟條件來確定幕墻的構造類別和結構形式，并與建筑整體和周圍環(huán)境相協(xié)調(diào)。對于立面和分格設計應與室內(nèi)空間布局、樓地面標高位置相適應；同時，要便于防火構造處理及有效提高玻璃面板的成材率。由于點支式玻璃幕墻一般選用透明白片鋼化玻璃，立面設計更應綜合考慮室內(nèi)外視覺效果。

點支式玻璃幕墻的玻璃，一般根據(jù)建筑物的使用功能可采用單層鋼化玻璃、鋼化夾層玻璃和鋼化中空玻璃等。對于鋼化鉆孔玻璃，玻璃面板的最大應力往往在支撐點的鉆孔處，氣孔邊產(chǎn)生的引力最危險的部位。因此，有關點支式幕墻玻璃鉆孔的孔徑、孔維和孔距有以下規(guī)定：

（1）孔徑不小于5mm，且不小于玻璃厚度t；

（2）孔徑不大于玻璃面板短邊長度的1/3；

（3）孔邊緣至玻璃面板邊緣的距離不小于2t，且不小于孔徑；

（4）位于玻璃面板角部的鉆孔，孔邊緣至玻璃面板角部頂點的距離不小于4t；

（5）玻璃面板短邊長度不小于8t。

點支式玻璃幕墻面板間的接縫寬度與玻璃的厚度，應更具結構計算來確定，以滿足平面內(nèi)發(fā)生最大控制位移值時面板間不擠壓碰撞，面玻璃的接縫則應采用耐候硅酮密封膠填嵌密實，以防雨水滲漏。另外，支承連接玻璃的不銹鋼爪件與玻璃空的接口必須密封防水。在防火安全設計方面，要求點支式玻璃幕墻與每層樓板、隔墻交界處的縫隙采用不燃材料填充，并用防火板托住。防火板與玻璃間應灌注防火密封膠，并作技術處理；有條件的也可采用防火玻璃作層間隔斷。

三、點支式玻璃幕墻的熱工性能及措施

由于點支式玻璃幕墻體系采用的都是透明玻璃，普通透明玻璃的光線穿透率最大，最容易吸收室外熱量，也就是說，采用這種體系的建筑必須采用相應的構造技術手段進行節(jié)能控制。

玻璃幕墻的保溫熱工性能受許多因素的影響，其中影響最大的指標就是傳導系數(shù)和遮擋系數(shù)（遮陽系數(shù)）。一般來說，傳熱系數(shù)受構造和材料厚度的控制，遮擋系系數(shù)則受到玻璃本身特性的控制，比如采用絲網(wǎng)印刷圖案的玻璃、著色玻璃、鍍膜玻璃、固定遮陽構件、百葉、室內(nèi)窗簾、室外遮陽，等等。

采用鍍膜玻璃、著色玻璃和印刷圖案等方法，都能發(fā)揮遮擋太陽輻射和室外光線的作用，但這種方法不論春夏秋冬，將室外能量一概拒之窗外。其實在冬季，人們需要陽光的熱量，盡可能使室外能量傳入室內(nèi)。在早晨、傍晚或陰天的時候，人們需要室外光線盡可能傳入室內(nèi)。盡管在建筑材料研究者的一再努力下，對于玻璃的選擇有所進展，但既能透過自然光又能避免熱損失的理想材料還是難以找到。

透明玻璃加遮陽體系是合理解決節(jié)能和有效利用日光能源的理想途徑。也就是說，由遮陽體系為幕墻提供遮擋系數(shù)，在需要陽光的時候收起遮陽裝置，使在建筑內(nèi)部的人能夠享受陽光。根據(jù)法國ElectricdeFrance對此類建筑的研究，對一座具有32%直接受光面的建筑物，從太陽處所獲得的熱量，占其所吸收各種熱量總和的28%左右。采用遮陽裝置對于緩解太陽負荷十分有效。簡單地說，內(nèi)遮陽系統(tǒng)可減少這種熱負荷的50%左右，而外遮陽系統(tǒng)可減少這種熱負荷的75%左右，可以看出外遮陽比內(nèi)遮陽有效得多。這是由于內(nèi)遮陽在玻璃窗內(nèi)所引起溫室效應，不可避免使室內(nèi)熱量積聚，而外遮陽則不受這種效應的制約，因此歐洲建筑界的認識，已經(jīng)把外遮陽系統(tǒng)作為一種活躍的立面元素，加以利用，甚至稱之為雙層立面形式。一層是建筑物體本身的立面，另一層則是動態(tài)的遮陽狀態(tài)的立面形式。這種具有“動感”的建筑物形象不是因為建筑立面的時尚需要，而是現(xiàn)代技術解決人類對建筑節(jié)能和享受自然需求而產(chǎn)生的一種新的現(xiàn)代建筑形態(tài)。

總的來說，點支式玻璃作為一種新的建筑技術，它使我們在欣賞建筑通透與輕盈的同時，又展現(xiàn)了結構之美和精細的施工、構件工藝之美。但也對我們提出了問題，在利用新的建筑材料創(chuàng)造建筑形式的同時，我們也需要利用一定的構造技術達到建筑節(jié)能和舒適。這兩方面相輔相成，在生態(tài)建筑大方向下，建筑師只有把二者很好地結合起來才能更好地推動建筑的發(fā)展。