玻璃幕墙与金属幕墙设计要点分析

玻璃幕墙与金属幕墙设计要点分析

刘飞1黄子荣2

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摘要：幕墙由于具有多元素、时代感、美观大气等特征，被各种建筑广泛应用。超高层、商业综合体及各类大型项目等，应用较多。幕墙作为外围护结构，其外表皮的处理方案基本不仅满足了建筑外围护的功能需求，同时还减轻了外立面材料的重量，丰富建筑立面造型及色彩。本文根据多年工程实践，对幕墙结构设计、节能设计、防水节点设计几个方面论述选型与控制要点，供同行借鉴参考。

关键词：玻璃幕墙；金属幕墙；幕墙设计；装配式建筑

一、幕墙分类

如果按照面板固定方式进行分类，可分为以下几种：构件式，单元式为框支承幕墙，金属结构支撑式，玻璃肋支撑式，拉杆（索）式的为点支承幕墙，坐落式，后支撑式，吊挂式为全玻璃幕墙。按材料分类主要有玻璃幕墙、金属幕墙、石材幕墙、其他面材、组合幕墙等，玻璃幕墙：中空玻璃、夹层玻璃（钢化玻璃、半钢化玻璃）、防火玻璃等明框式；半隐框式；隐框式；金属幕墙：单层铝板、蜂窝铝板、穿孔铝单板、不锈钢板、钛锌板、铜板等密闭式；开放式；石材幕墙：花岗岩、砂岩、洞石、复合石材等背栓式；挂件式；其他面材：陶土板、玻璃纤维增强混凝土、光伏电池、微晶玻璃、千思板等；组合幕墙：由玻璃、金属、石材、人造板材等不同面板组成的建筑幕墙。

二、幕墙系统的选型

（一）幕墙系统选择的原则

幕墙设计从外部分格设计到内部结构设计的整个过程应遵循如下几条设计原则：①安全可靠原则。幕墙作为建筑物的外维护结构，长时间承受交变风荷载、雪荷载、自重荷载、温度应力荷载等，有时还要经受地震的考验。在设计使用寿命周期内幕墙应是安全可靠的。因此幕墙的安全性是设计首要考虑的因素，是重中之重；②造型美观原则。在划分幕墙立面线条时，力求采用最合理可行的结构来完成设计师的创意及构思。原则上应遵照原设计师和业主的初衷，在保证幕墙结构设计能实现的前提下尽量满足其想法、实现其想法，在此基础上进行合理的创意，使最终的幕墙产品具有较高的观赏性；③结构轻巧且稳定原则。结构轻巧体现了设计师的匠心独运，是一种创造性的成果，本身也降低了结构材料的重量，直接降低了造价。结构稳定是结构设计安全的一个方面，同时也会产生一种结构稳定所特有的美感，失稳的结构会给人带来危机感，造成人的紧张，使人很不愉快；④环保节能原则。现代幕墙已不再仅仅是一种装饰、一种简单的外维护结构，而是越来越深入地成为整个建筑的一个有机组成部分，越来越多地参与了整个建筑的功能建设。其对于整个建筑的环保节能性能的影响，已经到了至关重要的地步。幕墙的环保节能程度也已成为人们衡量幕墙品质的一个重要指标；⑤技术先进、创新原则。随着新材料的发明、新技术的出现，在幕墙设计过程中，应持续注意这方面的动向，在条件允许的情况下尽量采用最新技术，从而完善、提高幕墙设计水平；⑥经济性原则。在以上原则得到充分保证的基础上，要充分考虑幕墙的经济性、效益性，提高幕墙的性价比。保证资金投向合理，在确保满足国家规范的基础上，合理地选择材料至关重要。

（二）装配式钢结构+幕墙

装配式钢结构建筑，在幕墙系统选型时，大量使用单元体幕墙、框架式幕墙及点式玻璃幕墙。

在项目整体规划背景下，方案以水平线条及动感的几何造型传达项目的未来感。建筑主立面采用框架式铝板幕墙和框架式半隐框玻璃幕墙相结合的处理手法，并结合立面四周横向出挑铝板造型，以及玻璃间固定式铝单板遮阳板，实现体现项目的横向建筑肌理及概念。

幕墙选型既体现了展览馆项目的挺拔庄重，也突出了建筑造型及现代感，又在一定程度上压缩了投资成本。

2.3幕墙材料选择

幕墙设计既要满足设计师的设计理念和业主的功能定位，也要考虑到结构受力的安全性、防风防雨、节能效果、幕墙耐久使用年限。同时影响幕墙造价主要因素，诸如：原材料特性选择、加工工艺、安装工艺、维修保养的全过程，也是幕墙设计的重要组成部分。

该项目幕墙选用6063-T5/T6铝合金型材（3mm厚）；8low-E+12A+8中空钢化超白玻璃；6low-E+12A+6中空钢化超白玻璃；6+1.14pvb+6mm钢化夹胶玻璃；3003-H14仿石材铝单板（3mm厚）。

超白玻璃的选用，既增加了可见光的通透性，又大幅减少了玻璃的自爆程度，降低了后续维护更新的费用。

仿石材铝板既体现了石材的庄重效果，同时避免了立面石材分格尺寸的规范限制，又减少了外立面材料的重量，从而降低钢材使用量，降低造价。

幕墙自身重量的减轻，不仅可以直接降低幕墙造价，同时由于其对主体的反作用力要求降低，也提高了钢结构主体材料的优化空间，有利于降低整体建筑造价。

三、幕墙设计控制要点分析

（一）结构设计

该幕墙工程的结构设计，在保证结构安全，满足某地区地震基本设防烈度7度的前提下，主要从以下方面优化结构设计：

①在满足设计师及业主外立面玻璃分割尺寸不变的要求下，将玻璃由12low-E+12A+10+1.52pvb+8中空钢化夹胶超白玻璃优化为一层6low-E+12A+6中空钢化超白玻璃及二层8low-E+12A+8中空钢化超白玻璃；

②通过在钢结构翼缘板间增加钢板，作为幕墙双支座受力支点，避免了在原钢结构上增加幕墙支撑钢构件，既保证了幕墙外观效果，又减少了室内精装修的封修工程量及难度（见图1）；

图1钢结构翼缘板间增加钢板作为幕墙受力构件（mm）

③在玻璃优化后的基础上，优化了铝合金立柱的截面、壁厚设计，将原设计180系列铝型材优化为140系列断桥隔热铝型材，在降低铝型材含量基础上，同时节约了铝型材的开模费，提高了材料的供应速度，加快了施工进度，降低了现场措施费及管理费；

④综合考虑铝合金横梁结构设计，玻璃板面较大，为预防铝横梁产生侧翻，不仅增加了螺栓固定数量，同时在玻璃下口、铝合金立柱上增加铝托，分担横梁受力（见图2）。

图2铝合金横梁竖向剖面（mm）

（二）节能设计

图3玻璃幕墙侧向与结构间增加封修钢板防水（mm）

①铝板幕墙内侧保温节能设计为薄抹灰系统，保温岩棉的密度、厚度、憎水率、选型满足设计院《建筑节能设计报告书》要求。该保温系统有效降低了保温棉长期使用后的脱落现象，从而降低了后续维护更新的费用。

②玻璃幕墙为竖明横隐半隐框幕墙，选用穿条式隔热铝型材，低辐射双银Low-E中空玻璃，既具有优异的隔热效果又有良好的透光性。

（三）防水节点设计

①由于本项目一层结构未设置200mm高挡水反坎，因此幕墙底口封修成为防水节点的关键部位。通过1.5mm镀锌铁皮将结构与幕墙横梁连接并打胶密封，并在外侧

设置收口铝板，形成双层防水体系（见图3）。

②玻璃幕墙与两侧转角收边墙体，采用1.5mm镀锌铁皮将结构与幕墙立柱连接并打胶密封，墙体保温一体板在封修铁皮外侧施工，并打胶密封，形成双层防水体系。

③LED屏幕顶部铝板幕墙，为防止雨水渗漏对内部设备的损坏，采用1.5mm镀锌钢板将结构与幕墙钢架连接并打胶密封，铁皮上方再施工铝板幕墙，并打胶密封，形成双层防水体系（见图4）。

图4LED屏顶部与铝板间增加封修钢板防水（mm）

四、结束语

该幕墙工程的设计及施工过程，充分体现了幕墙设计提前介入的重要性。在满足功能、概算的前提下，提早介入深化节点，不仅为后期施工奠定了良好基础，还大幅减少了施工过程中设计变更的工作。钢结构+幕墙的应用模式，如果幕墙立柱受力钢构件在钢结构制作加工时同步在构件厂施工，直接成型运至现场吊装，既减少焊接工作量，减少质量隐患，也加快了幕墙工程进度。

参考文献：

[1]王明强，徐伟强.浅议建筑幕墙施工的安全控制与技术创新[J].建材与装饰，2018（19）：11-12.

[2]刘德泉，姬鸿飞.浅谈建筑玻璃、石材和金属幕墙的设计与施工[J].科技与企业，2016（02）：171-173.