本文作者：黃慶文,王 生
1.場館類建筑玻璃幕墻的概述
隨著我國國民經濟的快速發展,近年來在我國大中城市中涌現出了一大批場館類建筑,如大型的機場、會展中心、體育場館等。該類建筑大都具有恢宏磅礴的氣勢、獨具匠心的造型和時尚現代的外觀,成為當地的地標性建筑,引領了當代建筑藝術的潮流。建筑
玻璃幕墻作為一種新興的建筑外裝飾技術,具有現代感強烈、輕盈通透、節能環保等諸多優點,受到了建筑師的青睞,被廣泛應用于場館類建筑外維護結構中。
2 場館類建筑玻璃幕墻的特點
目前我國場館類建筑玻璃幕墻具有以下幾個特點:
(1)幕墻位于建筑中人流密集的區域,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,安全節能性能要求高。
(2)玻璃幕墻
支承結構跨度較大,采用的多是造型別致、構造輕巧、觀感性強的新型結構,具有與眾不同的視覺沖擊力。
(3)連接節點功能性要求強,且曝露在大眾視線中,要求制作精致華美,以襯托
建筑幕墻的時代質感。
3 場館類建筑玻璃幕墻玻璃面板的設計
如上所述,幕墻玻璃面板的設計需遵循建筑采光性能良好,且兼具安全性能及節能性能。
3.1 幕墻玻璃面板的分格設計。
一般來說,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,如廣州新白云機場航站樓幕墻工程,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,如重慶江北機場航站樓幕墻工程,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視野就不受任何限制了。
但是太大的玻璃分格尺寸也會給玻璃的加工和制作帶來一定的難度,目前國內大多數玻璃廠的
鋼化玻璃生產尺寸能力有限,一般要求
玻璃板塊的一邊的尺寸不要超過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結構,由于幕墻高度達十幾米甚至幾十米,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支承、雙邊簡支、四邊簡支等幾種支承情況。四點支承的玻璃面板需要較高的
強度設計值,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
壓應力,強度一般比普通玻璃高4~5倍。鋼化玻璃在破碎時,會形成圓形的相對無傷害的小顆粒。鋼化玻璃雖然是
安全玻璃,但其在均質處理后仍然會有一定的自爆率,自爆后飛散的小顆粒自高空下落有較大的危險性,所以一般是將兩片鋼化玻璃通過PⅤB膜粘和在一起,制成
鋼化夾層玻璃使用。對于雙邊或四邊簡支的玻璃面板,在設計強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的安全隱患,也帶來了一個新的問題。當整個建筑幕墻的立面均采用夾層玻璃作為幕墻面板時,在緊急情況下(如大面的火災),建筑內的人們無法通過敲破玻璃面板逃生。所以應在幕墻立面首層適當位置采用非夾層玻璃板塊,以各應急之用。
(2)節能性原則。
節能設計是目前世界建筑設計的主流因素。我國是世界上人口最多的發展中國家,人均能源占有量與世界平均水平相比處于非常低的水平,我國的近、中期能源策略只能走“節能增效”的道路,構建節約型社會是我國未來可持續發展的重要條件,所以建筑幕墻的節能性在設計階段就要予以仔細考慮。由于場館類建筑玻璃幕墻主要是由玻璃面板構成的封閉結構,玻璃面板的內側就是室內空間,所以玻璃面板的節能參數基本上決定了玻璃幕墻節能性能。在我國玻璃幕墻發展的過程中,玻璃面板的配置的選擇經歷了一個過程。從早期的普通單片
鍍膜玻璃,到后來的中空鍍膜玻璃、中空
low-e玻璃(分單銀、雙銀、三銀low-e等)。目前節能參數最好的被廣泛使用的玻璃類型是中空low-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K值及
遮陽系數Sc值的同時,又不影響玻璃的
透光率。根據鍍膜工藝的不同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玻璃優點是其膜層牢固度、
耐久性好,玻璃可單片使用,也可作為夾層玻璃使用,缺點是節能性差且顏色均勻性差;離線low-e玻璃優點是節能性好且顏色均勻性好,缺點是膜層耐久性差,不能作為單片或夾層玻璃使用。中空low-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能參數的對比表。
需要注意的是,在玻璃面板節能參數選取時,并非
遮陽系數⒌ 和傳熱系數K值越小越好。我國的南方地區和北方地區由于氣候差異很大有明顯的區別,在南方的夏熱冬暖和夏熱冬冷地區,空調期太陽輻射得熱所引起的負荷是耗能的主要因素,因此對幕墻玻璃的遮陽系數的要求高于北方地區,而北方嚴寒和寒冷地區,
采暖期室內外溫差傳熱的熱量損失則是耗能的主要因素,所以對幕墻玻璃的傳熱系數的要求高于南方地區,需要根據熱工計算的結果綜合考慮上述因素。關于這一點可參照《公共
建筑節能設計標準》GB50189-2005中的有關規定。
3.3 玻璃面板與支承結構連接的設計。
玻璃面板與支承結構連接的形式主要有以下幾種:四點支承連接、矩形
夾具連接和四邊支承連接。為追求玻璃幕墻的通透性,四點支承連接是曾被廣泛采用的連接形式,構造特點是在玻璃板塊上開孔,利用金屬駁接頭通過
駁接爪轉接件與支承結構連接。為適應玻璃面板的變形,駁接頭內部的螺桿連接頭也設計成球頭的造型(如圖1)。該種連接形式優點是通透性好,適應玻璃面板的變形能力強,缺點是玻璃需開孔,加工復雜,孔周邊容易產生應力集中,造成玻璃的損壞,且中空玻璃開孔后容易產生漏氣現象。
矩形夾具連接是在四點支承連接形式之后又一種被廣泛采用的連接形式,其構造是利引
不銹鋼矩形夾具固定玻璃的四個角部,將玻璃所承受的
荷載通過矩形夾具傳遞給支承結構,玻璃與夾具接觸位置需設置柔性膠墊,以避免應力集中和適應玻璃面板的變形(如圖
2)。該連接構造的最大特點是玻璃面板無需開孔,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,所以其在場館類玻璃幕墻中的應用也受到了一定的限制。
4 場館類建筑玻璃幕墻支承結構的設計
在場館類建筑玻璃幕墻支承結構設計時,既要考慮結構的跨度較大、體型復雜、受力合理的因素,又要考慮建筑幕墻的通透性、時尚性和現代感,同時結構本身還需具有較強的裝飾性,大跨度的
鋼結構、
預應力鋼索結構以及玻璃肋結構等結構類型的結合應用是較好的選擇。
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