高層建筑玻璃幕墻設(shè)計(jì)與施工技術(shù)探究

鄔 四

（中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司，湖北 武漢 430014）

隨著人們審美意識的提高，玻璃幕墻設(shè)計(jì)能夠有效地滿足高層建筑的美觀要求，但是除了注重美觀外，還應(yīng)注重玻璃幕墻的牢固性，以保證高層建筑整體安全。由于玻璃幕墻具有易碎性特征，因此，在施工過程中應(yīng)注意原材料的采購和選擇，同時(shí)，加強(qiáng)設(shè)計(jì)方案的有效性，從而從根本上提高玻璃幕墻的整體質(zhì)量。

1 玻璃幕墻概述

1.1 玻璃幕墻的概念與特點(diǎn)

幕墻是建筑物的外墻護(hù)圍，是現(xiàn)代大型和高層建筑常用的帶有裝飾效果的輕質(zhì)墻體。由結(jié)構(gòu)框架和鑲嵌板材組成，不承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)荷載與作用的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)。幕墻并非只有安裝在建筑項(xiàng)目外墻的部分，也包括安裝的雨篷、采光頂?shù)?。隨著科技的不斷進(jìn)步，幕墻的優(yōu)勢越來越多，主要體現(xiàn)在美觀和安全性上。幕墻除了美觀性外，還具有一定的節(jié)能保溫效果；對于幕墻的安全性來說，防雨、抗風(fēng)壓、抗震、防雷效果都很好。因此，玻璃幕墻在高層建筑工程中的應(yīng)用越來越廣泛，它不僅可以滿足建筑師對各種造型設(shè)計(jì)的要求，而且可以系統(tǒng)化施工，促進(jìn)工程順利進(jìn)行。

1.2 玻璃幕墻的作用

隨著高層建筑工程的不斷發(fā)展，玻璃幕墻在工程施工中得到了廣泛應(yīng)用，具有一定的裝飾作用和良好的防護(hù)效果。結(jié)合當(dāng)前現(xiàn)狀分析，大多數(shù)高層建筑工程中使用的建筑玻璃是中空玻璃或真空玻璃，對玻璃熱工性能要求或?qū)χ锌詹ＡП砻孀冃我筝^高時(shí)，可采用三玻兩腔中空玻璃，并采用熱反射或低輻射鍍膜玻璃。它具有更好的保溫隔熱效果，還能在夏季減少太陽輻射，降低室內(nèi)溫度，為人們提供更舒適的生活環(huán)境。因玻璃幕墻的這些優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目標(biāo)，對生態(tài)環(huán)保具有重要作用。由此可知，玻璃幕墻除了具有節(jié)能保護(hù)功能外，還有很好的裝飾功能，不僅滿足大眾審美需求，而且還能提升城市形象，促進(jìn)城市的發(fā)展。

1.3 玻璃幕墻的類別

按幕墻形式可分為明框玻璃幕墻、隱框玻璃幕墻和半隱框玻璃幕墻；按幕墻安裝施工方法可分為單元式玻璃幕墻和構(gòu)件式玻璃幕墻。明框即幕墻的外框暴露在外面，玻璃嵌在其中，具有穩(wěn)定效果，其應(yīng)用率較高；而隱框是指不含金屬外框，與明框相比，隱框更美觀。玻璃幕墻由玻璃面板和骨架構(gòu)成，兩者通過有效結(jié)合形成玻璃幕墻，不僅具有保溫隔熱功能，而且具有一定的美觀性。另外，玻璃幕墻具有較高的穩(wěn)定性和安全性，同時(shí)，具有抗風(fēng)、抗震等性能。因此，在建筑工程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的玻璃幕墻類型，以保證施工的安全和質(zhì)量。

2 高層建筑玻璃幕墻的發(fā)展現(xiàn)狀分析

2.1 設(shè)計(jì)靈活性

玻璃幕墻剛興起時(shí)，大部分建筑企業(yè)都是自己承擔(dān)設(shè)計(jì)和施工工作，這不僅增加了生產(chǎn)壓力，還會(huì)引發(fā)各種問題。由于缺乏專業(yè)人才，不能結(jié)合實(shí)際情況對玻璃幕墻進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，導(dǎo)致玻璃功能性得不到發(fā)揮，美觀度也不高。另外，設(shè)計(jì)靈活性不足，缺乏玻璃幕墻安裝技術(shù)，施工材料的質(zhì)量得不到保障，使用壽命有限，存在較大安全隱患。隨著外包行業(yè)的不斷發(fā)展以及優(yōu)秀設(shè)計(jì)公司的出現(xiàn)，能夠?qū)⒉Ａ粔こ坛邪o專業(yè)公司，不僅降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，而且能夠根據(jù)業(yè)主的實(shí)際需求進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，大大提高了設(shè)計(jì)靈活性和施工質(zhì)量。

2.2 環(huán)保性材料

隨著人們環(huán)保意識的提高，企業(yè)使用環(huán)保型材料來減少環(huán)境污染。在幕墻設(shè)計(jì)中，通過與自然環(huán)境的結(jié)合來降低資源能耗。例如，在隔熱設(shè)計(jì)時(shí)，可采用熱反射玻璃或低輻射鍍膜玻璃將具有加熱作用的遠(yuǎn)紅外光直接反射到戶外，提高透光率，增強(qiáng)建筑保溫效果，節(jié)約能源。另外，真空玻璃具有良好的隔熱性和環(huán)保性能，隨著科技的不斷進(jìn)步，新型化學(xué)物質(zhì)可以有效替代原玻璃類材料，不僅可以減少生產(chǎn)過程的污染，而且可以達(dá)到環(huán)保的目的。

3 高層建筑玻璃幕墻設(shè)計(jì)

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是玻璃幕墻設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于玻璃幕墻抗風(fēng)壓、抗震性等都需要通過支撐結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，因此，必須保證支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)符合規(guī)范要求，便于后續(xù)維護(hù)，提高其耐久性和安全性。一是重視預(yù)埋件設(shè)計(jì)，通?？蛇x用平板或槽形的錨板，并做好鍍鋅操作，避免腐蝕。錨板與鋼筋焊接完成后，應(yīng)在設(shè)計(jì)位置預(yù)埋。二是支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是立柱設(shè)計(jì)，要確保其滿足荷載要求，并從根本上提高其強(qiáng)度和穩(wěn)定性。另外，做好上下立柱連接設(shè)計(jì)非常重要，必須保證其符合規(guī)范要求。三是后置埋件設(shè)計(jì)，當(dāng)施工現(xiàn)場不具備預(yù)埋條件時(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)后置埋件，利用錨栓將埋件固定在建筑主體混凝土結(jié)構(gòu)上，達(dá)到承載力要求。

3.2 合理選擇材料

在材料的選擇上，以明框玻璃幕墻為例，包括玻璃、鋁型材、埋件、膠條、密封膠等，選用時(shí)應(yīng)確保材料具有耐久性、抗腐蝕性等，使用這些材料制作的玻璃幕墻穩(wěn)定性好，且不會(huì)出現(xiàn)變形等問題。

3.3 防火設(shè)計(jì)

在玻璃幕墻設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)防火設(shè)計(jì)，選用的填料是不可燃材料，并做好防火處理。對于沒有窗檻墻的玻璃幕墻，每一層的外沿部分都要進(jìn)行防火設(shè)計(jì)。另外，玻璃幕墻與樓層之間的空間應(yīng)采用厚度不小于1.5mm的鍍鋅鋼板支撐，便于承托填充的防火巖棉，鋼板與主體結(jié)構(gòu)、玻璃幕墻之間的間隙宜打防火密封膠。

3.4 安全設(shè)計(jì)

在玻璃幕墻設(shè)計(jì)中，也要注意安全設(shè)計(jì)，首先要對玻璃幕墻的氣密性、水密性等進(jìn)行明確規(guī)定，同時(shí)，嚴(yán)格檢查其承載力，檢查數(shù)值是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求。另外，在接地防雷設(shè)計(jì)中，預(yù)埋件應(yīng)與主體防雷鋼筋焊接，遇雷擊時(shí)可通過鋼筋傳至地面，并與接地部分進(jìn)行有效連接，保證高層建筑玻璃幕墻設(shè)計(jì)的安全。

3.5 抗風(fēng)壓設(shè)計(jì)

在高層建筑工程的玻璃幕墻設(shè)計(jì)中，抗風(fēng)壓設(shè)計(jì)可以有效提高幕墻的安全性。因此，幕墻的抗風(fēng)壓設(shè)計(jì)應(yīng)予以重視。由于風(fēng)荷載受周圍場地和工程自身?xiàng)l件的影響，存在計(jì)算誤差，此時(shí)可采用風(fēng)洞試驗(yàn)處理，以獲取不同位置所能承載的最大風(fēng)荷載。在計(jì)算風(fēng)荷載時(shí)，不同位置的結(jié)構(gòu)不同，即使同一高度，其風(fēng)荷載也有一定差異。施工人員在計(jì)算構(gòu)件結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)校核好變形和強(qiáng)度兩個(gè)指標(biāo)，但需注意的是，不同材料的強(qiáng)度和變形值也會(huì)不同，分析時(shí)應(yīng)結(jié)合其他荷載組合計(jì)算，以提高玻璃幕墻的安全性，滿足工程建設(shè)的實(shí)際需求。

3.6 防雷設(shè)計(jì)

玻璃幕墻的防雷設(shè)計(jì)應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)，幕墻的立柱應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)的防雷體系可靠連接，連接部位應(yīng)清除非導(dǎo)電保護(hù)層。通常情況下，玻璃幕墻的鋁合金立柱在不大于10m的范圍內(nèi)宜有一根柱采用柔性導(dǎo)線上下連通，銅質(zhì)導(dǎo)線截面積不宜小于25mm2，鋁質(zhì)導(dǎo)線截面積不宜小于30mm2。對應(yīng)導(dǎo)電通路立柱的預(yù)埋件應(yīng)采用圓鋼或扁鋼與主體建筑的水平準(zhǔn)壓環(huán)焊接連通，形成防雷通路。幕墻防雷設(shè)計(jì)有助于提高整個(gè)項(xiàng)目的安全。

3.7 遮陽設(shè)計(jì)

良好的采光能給人們提供舒適的居住環(huán)境，因此，遮陽設(shè)計(jì)必須引起人們的重視。在玻璃幕墻的遮陽設(shè)計(jì)中，一般可以從以下兩個(gè)方面來研究。第一，遮陽系數(shù)較低玻璃的應(yīng)用。在高層建筑的遮陽設(shè)計(jì)中，采用遮陽系數(shù)較低的玻璃可以有效提高玻璃幕墻的隔熱效果。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于玻璃通透性較弱，會(huì)影響采光。第二，遮陽裝置的應(yīng)用。玻璃幕墻外側(cè)安裝遮陽裝置，常見的類型是百葉型等。目前，高層建筑大多采用電動(dòng)方式對遮陽裝置進(jìn)行控制，根據(jù)季節(jié)變化和光照的變化情況進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過程序的設(shè)置或人工形式對其進(jìn)行有效控制。電動(dòng)遮陽裝置的應(yīng)用不僅具有一定的遮陽功能，而且作為一種先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，能有效提高高層建筑的外觀效果。

4 高層建筑玻璃幕墻施工技術(shù)要點(diǎn)

4.1 準(zhǔn)備工作

為了提高玻璃幕墻的安裝質(zhì)量，在主體結(jié)構(gòu)施工中同步進(jìn)行預(yù)埋，檢查預(yù)埋件的變形和位移情況，如果不能完成預(yù)埋操作，施工人員就要安裝后置埋板，用錨栓固定，保證安裝的準(zhǔn)確性，錨栓必須經(jīng)過現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的承載力。在施工過程中，施工單位還可以應(yīng)用先進(jìn)的BIM技術(shù)優(yōu)化玻璃幕墻方案，提高施工水平。

4.2 測量放線

測量放線在玻璃幕墻施工中起著重要作用。施工人員深入現(xiàn)場進(jìn)行測量，確保測量數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)要求。保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為后續(xù)施工打下基礎(chǔ)。測量完數(shù)據(jù)后，施工人員選擇玻璃幕墻基準(zhǔn)軸，確定重要位置點(diǎn)，施工人員可根據(jù)基準(zhǔn)軸線選擇，也可根據(jù)樓層選擇，但不得超過兩個(gè)，以保證施工質(zhì)量。完成測量和選點(diǎn)工作后，再進(jìn)行放線操作。實(shí)際測量要結(jié)合工程實(shí)際，全面分析影響因素，確保施工質(zhì)量。

4.3 預(yù)埋件安裝

在高層建筑工程施工中，應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)內(nèi)容做好玻璃幕墻預(yù)埋件的加工，嚴(yán)格驗(yàn)收，為施工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為了保證安裝位置的準(zhǔn)確性，可采用點(diǎn)焊方式完成安裝，并固定好預(yù)埋件，以保證安裝位置不發(fā)生位移。但需要注意的是，預(yù)埋件安裝時(shí)應(yīng)確保偏差在20mm以內(nèi)，后期龍骨安裝時(shí)，發(fā)現(xiàn)預(yù)埋件位置偏差過大或未設(shè)置預(yù)埋件時(shí)應(yīng)采取補(bǔ)救措施，確保施工順利。

4.4 主龍骨安裝

主龍骨的安裝作為高層建筑工程施工中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，必須嚴(yán)格按照圖紙施工，立柱由鋼轉(zhuǎn)件與埋件固定，立柱與鋼轉(zhuǎn)件之間用螺栓連接，上下立柱通過插芯方式連接。龍骨安裝完成后，還要檢查龍骨是否有問題，立柱安裝軸線偏差不應(yīng)大于2mm，相鄰兩根立柱安裝標(biāo)高偏差不應(yīng)大于3mm，立柱安裝就位、調(diào)整后應(yīng)及時(shí)緊固。一旦發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)整改，避免龍骨安裝過程中出現(xiàn)的問題影響到整個(gè)工程的進(jìn)度。

4.5 次龍骨安裝

高層建筑施工中，次龍骨安裝操作相對簡單，安裝前應(yīng)注意橫梁是否處于水平位置。從安全和質(zhì)量分析的角度出發(fā)，在骨架安裝過程中，應(yīng)注意防腐和防雷處理，可采用噴涂等方式對橫梁進(jìn)行氟碳噴涂或粉末噴涂，以保證噴涂厚度達(dá)到規(guī)范要求。為了提高施工質(zhì)量，必須做好檢驗(yàn)記錄，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)整改，內(nèi)部檢查合格后上報(bào)，確保驗(yàn)收質(zhì)量。

4.6 玻璃安裝

玻璃屬于易碎性材料，應(yīng)注意玻璃的搬運(yùn)和運(yùn)輸，使用緩沖材料防止玻璃損壞。為避免玻璃的二次損壞，玻璃到達(dá)施工現(xiàn)場后應(yīng)立即檢查并安裝，避免長時(shí)間放置。另外，安裝玻璃時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：一是玻璃安裝前應(yīng)進(jìn)行表面清潔。二是要按照設(shè)計(jì)圖紙編號選擇正確的玻璃，采用玻璃吸盤安裝。三是玻璃打膠，膠縫要飽滿美觀。安裝完成后，還要嚴(yán)格檢查玻璃是否平整，確保施工質(zhì)量。

5 結(jié)語

總之，隨著高層建筑工程的不斷發(fā)展，玻璃幕墻在施工過程中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，不僅增加建筑的美感，還為人們提供了舒適的環(huán)境。但在實(shí)際應(yīng)用中存在著一些不足之處，影響著人們的日常生活，因此，需要結(jié)合新技術(shù)，充分發(fā)揮玻璃幕墻的優(yōu)勢，為人們創(chuàng)造更好的生活環(huán)境。