本文作者：黃慶文,王 生
1.場(chǎng)館類建筑玻璃幕墻的概述
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,近年來(lái)在我國(guó)大中城市中涌現(xiàn)出了一大批場(chǎng)館類建筑,如大型的機(jī)場(chǎng)、會(huì)展中心、體育場(chǎng)館等。該類建筑大都具有恢宏磅礴的氣勢(shì)、獨(dú)具匠心的造型和時(shí)尚現(xiàn)代的外觀,成為當(dāng)?shù)氐牡貥?biāo)性建筑,引領(lǐng)了當(dāng)代建筑藝術(shù)的潮流。建筑
玻璃幕墻作為一種新興的建筑外裝飾技術(shù),具有現(xiàn)代感強(qiáng)烈、輕盈通透、節(jié)能環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn),受到了建筑師的青睞,被廣泛應(yīng)用于場(chǎng)館類建筑外維護(hù)結(jié)構(gòu)中。
2 場(chǎng)館類建筑玻璃幕墻的特點(diǎn)
目前我國(guó)場(chǎng)館類建筑玻璃幕墻具有以下幾個(gè)特點(diǎn):
(1)幕墻位于建筑中人流密集的區(qū)域,要求具有通透的視野和良好的采光性能,
玻璃面板建筑分格尺寸較大,安全節(jié)能性能要求高。
(2)玻璃幕墻
支承結(jié)構(gòu)跨度較大,采用的多是造型別致、構(gòu)造輕巧、觀感性強(qiáng)的新型結(jié)構(gòu),具有與眾不同的視覺(jué)沖擊力。
(3)連接節(jié)點(diǎn)功能性要求強(qiáng),且曝露在大眾視線中,要求制作精致華美,以襯托
建筑幕墻的時(shí)代質(zhì)感。
3 場(chǎng)館類建筑玻璃幕墻玻璃面板的設(shè)計(jì)
如上所述,幕墻玻璃面板的設(shè)計(jì)需遵循建筑采光性能良好,且兼具安全性能及節(jié)能性能。
3.1 幕墻玻璃面板的分格設(shè)計(jì)。
一般來(lái)說(shuō),為獲取良好的視野和采光性能,幕墻玻璃面板均采用了比較大的分格尺寸,如廣州新白云機(jī)場(chǎng)航站樓幕墻工程,其大面玻璃分格尺寸為1.5米(縱向) ×3.0米(橫向),廣州會(huì)展中心幕墻工程,其大面玻璃分格尺寸為2.0米(縱向) ×2.5米(橫向)等,一些工程項(xiàng)目為避免遮擋視線,距地面首塊玻璃的縱向尺寸加大,如重慶江北機(jī)場(chǎng)航站樓幕墻工程,其大面玻璃分格尺寸為2.8米(縱向) ×3.0米(橫向),但距地面苜塊玻璃的分格尺寸加大為2.8米(縱向) ×3.0米(橫向),這樣人站在幕墻下時(shí)視野就不受任何限制了。
但是太大的玻璃分格尺寸也會(huì)給玻璃的加工和制作帶來(lái)一定的難度,目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)玻璃廠的
鋼化玻璃生產(chǎn)尺寸能力有限,一般要求
玻璃板塊的一邊的尺寸不要超過(guò)2.5米,超大的玻璃板塊尺寸將大大增加玻璃加工和制作的成本。
3.2 幕墻玻璃面板配置的選擇原則。
(1)安全性原則。
作為人流密集的大型公共建筑的外維護(hù)結(jié)構(gòu),由于幕墻高度達(dá)十幾米甚至幾十米,所以其安全性是首先需要考慮的因素。幕墻玻璃面板的受力支承主要有四點(diǎn)支承、雙邊簡(jiǎn)支、四邊簡(jiǎn)支等幾種支承情況。四點(diǎn)支承的玻璃面板需要較高的
強(qiáng)度設(shè)計(jì)值,一般要選擇
鋼化玻璃。所謂鋼化玻璃是將普通玻璃加熱到650℃ ,然后快速冷卻,使其表面形成較高的
壓應(yīng)力,強(qiáng)度一般比普通玻璃高4~5倍。鋼化玻璃在破碎時(shí),會(huì)形成圓形的相對(duì)無(wú)傷害的小顆粒。鋼化玻璃雖然是
安全玻璃,但其在均質(zhì)處理后仍然會(huì)有一定的自爆率,自爆后飛散的小顆粒自高空下落有較大的危險(xiǎn)性,所以一般是將兩片鋼化玻璃通過(guò)PⅤB膜粘和在一起,制成
鋼化夾層玻璃使用。對(duì)于雙邊或四邊簡(jiǎn)支的玻璃面板,在設(shè)計(jì)強(qiáng)度值滿足要求的情況下,建議采用普通夾層玻璃或半鋼化夾層玻璃,這樣可以免去鋼化玻璃自爆后更換玻
璃板塊的麻煩。
夾層玻璃面板解決了玻璃破裂時(shí)的安全隱患,也帶來(lái)了一個(gè)新的問(wèn)題。當(dāng)整個(gè)建筑幕墻的立面均采用夾層玻璃作為幕墻面板時(shí),在緊急情況下(如大面的火災(zāi)),建筑內(nèi)的人們無(wú)法通過(guò)敲破玻璃面板逃生。所以應(yīng)在幕墻立面首層適當(dāng)位置采用非夾層玻璃板塊,以各應(yīng)急之用。
(2)節(jié)能性原則。
節(jié)能設(shè)計(jì)是目前世界建筑設(shè)計(jì)的主流因素。我國(guó)是世界上人口最多的發(fā)展中國(guó)家,人均能源占有量與世界平均水平相比處于非常低的水平,我國(guó)的近、中期能源策略只能走“節(jié)能增效”的道路,構(gòu)建節(jié)約型社會(huì)是我國(guó)未來(lái)可持續(xù)發(fā)展的重要條件,所以建筑幕墻的節(jié)能性在設(shè)計(jì)階段就要予以仔細(xì)考慮。由于場(chǎng)館類建筑玻璃幕墻主要是由玻璃面板構(gòu)成的封閉結(jié)構(gòu),玻璃面板的內(nèi)側(cè)就是室內(nèi)空間,所以玻璃面板的節(jié)能參數(shù)基本上決定了玻璃幕墻節(jié)能性能。在我國(guó)玻璃幕墻發(fā)展的過(guò)程中,玻璃面板的配置的選擇經(jīng)歷了一個(gè)過(guò)程。從早期的普通單片
鍍膜玻璃,到后來(lái)的中空鍍膜玻璃、中空
low-e玻璃(分單銀、雙銀、三銀low-e等)。目前節(jié)能參數(shù)最好的被廣泛使用的玻璃類型是中空l(shuí)ow-e玻璃。low-e玻璃又叫
低輻射玻璃,其制作工藝是在玻璃的一個(gè)面上鍍銀、鈦、鎳鉻合金及化合物等組成的膜層,在降低玻璃
傳熱系數(shù)K值及
遮陽(yáng)系數(shù)Sc值的同時(shí),又不影響玻璃的
透光率。根據(jù)鍍膜工藝的不同low-e玻玻璃又分為在線low-e玻玻璃和離線low-e玻璃,在線low-e玻璃優(yōu)點(diǎn)是其膜層牢固度、
耐久性好,玻璃可單片使用,也可作為夾層玻璃使用,缺點(diǎn)是節(jié)能性差且顏色均勻性差;離線low-e玻璃優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能性好且顏色均勻性好,缺點(diǎn)是膜層耐久性差,不能作為單片或夾層玻璃使用。中空l(shuí)ow-e玻璃大多采用的是離線low-e的鍍膜工藝,且膜層朝向
中空玻璃的空氣層。下表是各類玻璃的節(jié)能參數(shù)的對(duì)比表。
需要注意的是,在玻璃面板節(jié)能參數(shù)選取時(shí),并非
遮陽(yáng)系數(shù)⒌ 和傳熱系數(shù)K值越小越好。我國(guó)的南方地區(qū)和北方地區(qū)由于氣候差異很大有明顯的區(qū)別,在南方的夏熱冬暖和夏熱冬冷地區(qū),空調(diào)期太陽(yáng)輻射得熱所引起的負(fù)荷是耗能的主要因素,因此對(duì)幕墻玻璃的遮陽(yáng)系數(shù)的要求高于北方地區(qū),而北方嚴(yán)寒和寒冷地區(qū),
采暖期室內(nèi)外溫差傳熱的熱量損失則是耗能的主要因素,所以對(duì)幕墻玻璃的傳熱系數(shù)的要求高于南方地區(qū),需要根據(jù)熱工計(jì)算的結(jié)果綜合考慮上述因素。關(guān)于這一點(diǎn)可參照《公共
建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB50189-2005中的有關(guān)規(guī)定。
3.3 玻璃面板與支承結(jié)構(gòu)連接的設(shè)計(jì)。
玻璃面板與支承結(jié)構(gòu)連接的形式主要有以下幾種:四點(diǎn)支承連接、矩形
夾具連接和四邊支承連接。為追求玻璃幕墻的通透性,四點(diǎn)支承連接是曾被廣泛采用的連接形式,構(gòu)造特點(diǎn)是在玻璃板塊上開孔,利用金屬駁接頭通過(guò)
駁接爪轉(zhuǎn)接件與支承結(jié)構(gòu)連接。為適應(yīng)玻璃面板的變形,駁接頭內(nèi)部的螺桿連接頭也設(shè)計(jì)成球頭的造型(如圖1)。該種連接形式優(yōu)點(diǎn)是通透性好,適應(yīng)玻璃面板的變形能力強(qiáng),缺點(diǎn)是玻璃需開孔,加工復(fù)雜,孔周邊容易產(chǎn)生應(yīng)力集中,造成玻璃的損壞,且中空玻璃開孔后容易產(chǎn)生漏氣現(xiàn)象。
矩形夾具連接是在四點(diǎn)支承連接形式之后又一種被廣泛采用的連接形式,其構(gòu)造是利引
不銹鋼矩形夾具固定玻璃的四個(gè)角部,將玻璃所承受的
荷載通過(guò)矩形夾具傳遞給支承結(jié)構(gòu),玻璃與夾具接觸位置需設(shè)置柔性膠墊,以避免應(yīng)力集中和適應(yīng)玻璃面板的變形(如圖
2)。該連接構(gòu)造的最大特點(diǎn)是玻璃面板無(wú)需開孔,加工制作更加方便快捷,且避免了玻璃開孔造成的容易漏氣等缺陷。
四邊支承連接形式是在框架式幕墻中最為常見的一種形式,其特點(diǎn)是玻璃板塊制作加工安裝方便快捷,受力均勻合理,但由于其玻璃板塊之間有橫豎框架存在,影響了幕墻的通透性,所以其在場(chǎng)館類玻璃幕墻中的應(yīng)用也受到了一定的限制。
4 場(chǎng)館類建筑玻璃幕墻支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
在場(chǎng)館類建筑玻璃幕墻支承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),既要考慮結(jié)構(gòu)的跨度較大、體型復(fù)雜、受力合理的因素,又要考慮建筑幕墻的通透性、時(shí)尚性和現(xiàn)代感,同時(shí)結(jié)構(gòu)本身還需具有較強(qiáng)的裝飾性,大跨度的
鋼結(jié)構(gòu)、
預(yù)應(yīng)力鋼索結(jié)構(gòu)以及玻璃肋結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)類型的結(jié)合應(yīng)用是較好的選擇。
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