李新平 山西建筑工程集团有限公司

1 前言

玻璃幕墙是现在建筑物常用围护结构类型，除了有与其他围护结构相同的功能，还能起到一定装饰作用，更迎合当代人的审美，很多人都觉得采用玻璃幕墙的建筑更高档、更先进，正因如此，玻璃幕墙被大量应用到高层甚至超高层建筑当中。然而，对于幕墙结构设计而言，与其他结构设计完全不同，可能没有足够的资料或经验可供参考，而且不同类型和功能用途的建筑对幕墙设计的要求不尽相同，这就容易使幕墙设计产生问题或疏漏。因此，有必要针对当下应用最普遍的幕墙形式——玻璃幕墙，对其设计的要点予以整理和分析，以此为实际的玻璃幕墙设计工作提供参考依据。

2 玻璃幕墙常用类型

结构设计在幕墙系统的设计中属于重要环节之一，如前所述，玻璃幕墙作为常用幕墙类型在建筑中属于围护结构，也可起到一定装饰作用，在设计工作中要遵循围护结构设计相关标准及要求。玻璃幕墙的结构主要包含两个部分，即支承结构和玻璃。不同于建筑的主体结构，幕墙是可以位移的，但不会承担主体结构自身重力。在设计过程中，要综合考虑以下几个方面的荷载：一，幕墙自重；二，风荷载；三，地震荷载。不同类型荷载对幕墙的作用或影响是不同的，在设计时要做好综合考虑，保证幕墙的安全性与稳定性，避免安全事故的发生。

就目前来看，玻璃幕墙常用下列三种类型：

（1）框支承型，这种类型的玻璃幕墙，若按照结构构造还可细分成明框型、暗框型和半隐框型三种。所谓框支承型，实际上就是在玻璃面板的周围采用金属框架来支承[1]。

（2）全玻幕墙，顾名思义就是一种采用玻璃肋与玻璃面板形成的幕墙，其面板采用对边简支形式或多点简支的形式，玻璃面板的常用固定安装方式如图1所示。其中，玻璃肋所起到的作用和简支梁十分类似，常见构造形式如图2所示。对于加肋玻璃，其相交面的处理形式主要有如图3所示几种。

图1 玻璃面板的常用固定安装方式

图2 玻璃肋常见构造形式

图3 加肋玻璃相交面的处理形式

（3）点支撑型，这种类型的玻璃幕墙主要由三部分构成，分别为支承结构、玻璃面板与不同的点支承装置。

3 玻璃幕墙设计要点

3.1 连接件

玻璃幕墙传力路径是：面板自身重量与承受的荷载（包括风荷载与地震荷载）都通过连接件向横梁不断传递，然后从横梁传递至立柱，再从立柱通过锚接点传递到主体结构（如框架等）。基于此，对连接件而言，它和主体结构之间的锚固承载力必须必连接件自身承载力要大。对幕墙而言，其变形能力很小，尤其是玻璃幕墙，在受到荷载作用时，建筑主体结构很容易发生侧移，由于幕墙无法承受，所以需要采用弹性连接件来减小主体结构侧移造成的不利影响。另外，幕墙和横梁及立柱之间的连接要做到可靠传递荷载，并减小主体结构可能发生的水平方向位移带来的不利影响，即连接件要能良好适应位移。当幕墙破坏时，通常最先表现在连接点或连接处，如果连接点或连接处存在问题，将导致整个结构产生安全隐患，因此连接点作用至关重要，在设计中必须做好精密的分析与计算[2]。

在风荷载的持续作用下，幕墙和主体结构连接件很少发生严重破坏，如折断或拔出等，若连接件有良好活动能力，则能减小幕墙受建筑主体结构的影响。而当发生地震时，由于连接件将受到很大动力作用，所以很容易产生破坏。要想减轻或者避免这种震害，需要从加强构造措施方面入手，做到精心设计。

幕墙和主体结构要采用预埋件的形式来连接，一般是在主体结构施工过程中埋设，必须保证位置的准确性。然而，在实际情况下，有很多都是在主体结构完工以后才着手设计，导致预埋工作无法做到事先完成。在没有预埋条件的情况下，要采用其它方式来连接，同时通过相应的试验来确定承载力能否达到要求。当无法预埋时，最常用的做法是化学植筋螺栓，对于螺栓的直径与数量，都要通过专门的计算来确定，同时要做好承载力相关试验，在必要的情况下，还要进行极限抗拉及抗拔试验等。在实际操作中，要注意躲避主体结构上的受力筋，避免受力筋因妨碍操作而被截断，这样会影响到主体结构的受力。对于螺栓锚固长度，要切实满足相关计算要求。在具体案例中，可能会在屋顶的女儿墙或楼板混凝土栏板进行连接件的设置，这种情况下可能无法满足锚固长度方面的要求，要以实际情况为依据采取有效的措施。除此之外，栏板上可能会有从幕墙上传递而来的其它作用，此时要对栏板实施验算。当与幕墙相连的是砌体时，建议设计时要在连接处设置钢筋混凝土梁柱，条件允许时也可采用钢结构梁柱。设计中还应注意，对于轻质填充墙，不能用于支承幕墙[3]。

受重力荷载作用时，结构胶会受到一定程度的幕墙自重，使胶缝长时间受到剪力，由所受荷载引起的应力会影响到幕墙整体安全性。因此，结构胶也是分重要，需做好承载力验算工作，使粘接宽度及厚度都能达到要求。

3.2 防火设计

幕墙和主体结构间隙，以及和楼板及隔墙之间存在的缝隙如果都只用普通材料来密封，则根本无法达到防火方面的要求，一旦楼层发生火灾，将无法立即隔断，导致火势快速增大。对此，常用做法为防火封堵法，在缝隙中塞入具有难燃或者是不燃性质的材料，以此形成防火系统，起到防止烟气与火焰不断扩散的作用。审图时，经常会发现存在封堵不严的情况，对这一问题，常用做法为将封堵材料更换为岩棉或者是矿棉，对岩棉进行衬托时使用的镀锌钢板，其厚度应达到1.5mm以上，同时岩棉厚度要达到100mm以上。另外，为防止相邻的防火分区由于玻璃面板破碎导致相通，使火势蔓延，每个防火分区都要配置单独的玻璃面板，即同一块玻璃不能跨越两个防火分区[4]。

3.3 防雷设计

建筑，尤其是高层建筑在使用玻璃幕墙进行围护以后，原有的防雷装置可能会因为玻璃幕墙具有屏蔽效应而无法起到应有的防雷及接闪等作用，在这种情况下，建筑物所受雷击将会演变为玻璃幕墙直接受到雷击作用。基于此，在玻璃幕墙设计中还要对防雷设计引起足够的重视，切不可疏忽。一些项目在玻璃幕墙设计过程中没有进行防雷设计，或尽管进行了防雷设计，但设计与所采用的技术措施都不适宜，导致幕墙防雷和建筑防雷之间的连接不可靠[5]。

建筑采用的防雷装置主要有以下三个部分：其一，接闪器；其二，引下线；其三，接地装置。现在为避免侧击雷，常用做法为：对于高度超过30m 的部分，按三层间隔设置均压环，使幕墙的横竖向龙骨与建筑防雷网可以形成一个完整的防雷体系，确保雷击后电流可以通过接地系统进入地下，避免对幕墙和建筑主体造成影响[6]。

3.4 雨水渗透性能

对玻璃幕墙而言，其雨水渗透性能主要是指受风、雨同时作用后，雨水透过幕墙的性能。在热带风暴与台风等恶劣天气条件多发的地区，可按照以下公式通过计算得出幕墙的水密性能指标：

式中，P表示水密性能指标；μz表示风压高度变化系数；μc表示风力系数，大多取1.2；W0表示基本风压，单位：kN/m2。

在其它地区，可在采用以上公式计算水密性能指标后乘以75%得出，同时固定部分的取值应达到70Pa以上。

根据经计算确定的水密性能指标，可确定渗透性能具体分级：对于固定部分，当水密性能指标在500～700（含500）范围内时，为1级；当水密性能指标在700～1000（含700）范围内时，为2级；当水密性能指标在1000～1500（含1000）范围内时，为3级；当水密性能指标在1500～2000（含1500）范围内时，为4级；当水密性能指标在2000（含2000）以上时，为5 级。对于可启动的部分，当水密性能指标在250～350（含250）范围内时，为1级；当水密性能指标在350～500（含350）范围内时，为2 级；当水密性能指标在500～700（含500）范围内时，为3级；当水密性能指标在700～1000（含700）范围内时，为4 级；当水密性能指标在1000（含1000）以上时，为5级。

4 结束语

综上所述，玻璃幕墙在当前的建筑工程中得到了越来越广泛的应用，但是玻璃幕墙的设计和传统幕墙形式设计存在很大不同，需要引起相关人员的高度重视，关注所有设计要点，保证设计质量，使玻璃幕墙发挥出应有的作用效果。