點式玻璃幕墻支承體系及其應用

　　摘要：點式玻璃幕墻以其外觀整潔、明麗、具有現代感而得到了廣泛的應用，支承體系為點式玻璃幕墻的重要組成部份。本文介紹了5種常見的支承體系，從建筑學與結構學的角度對比了各支承體系的特點，為工程師提供借鑒。

　　關鍵詞：點式玻璃幕墻；支承體系；桁架；索桁架；預應力
　
　　1 前言
    玻璃幕墻通過金屬構件和玻璃板組成建筑物外維護結構，使建筑物外觀整潔、明麗、具有現代感，早在100多年前已經開始在建筑中得到應用。但受限于幕墻材料和加工工藝的束縛，在本世紀中姐以前，玻瑞幕墻的發展十分級慢。隨著一些新材
料、新技術和新工藝的出現，自20世紀30年代以來，玻確幕墻得以迅速發展，在建筑中得到了廣泛的應用，我國從20世紀80年代開始在一些大中城市的建筑中采用玻璃幕墻。

　　點式玻璃摧墻采用金屬連接件4緊固件將建玻瑞與金屬〔或玻瑞等)支承結構連接成整體的型組合式建筑結構形式.由子點式玻璃的高透明性，使玻璃幕墻如同一道無形的帷幕，分割開室內和室外，又將室外的景色引進室內，讓室內外融為一體。同時山于點式玻璐技術的精細性和設計的貝活性，大大豐富了建筑立面和造型.這也是點式玻瑞受到工程師們的喜愛而常常被作為幕墻結構使用的重要原因。


　　2、點式玻璃幕墻體系組成部分
　　2.1玻璃
　　點式玻璃體系中，每塊玻璃與點式構件有4點、6點或8點等連接方式^[1]。點式玻璃通過孔洞與件連接，由于鉆孔而導致孔邊應力集中使玻璃力降低，故點式玻璃建筑必須采用張度較高且使用安全的鋼化玻璃。氣候寒冷地區的建筑物宜采用鋼化中空玻璃，它是在兩片鋼化玻璃之問夾有干燥的空氣層或惰性氣休層。在人流比較大或采光頂等對安全性能耍求較高的玻璃建筑，往往選用鋼化夾膠玻璃，即在兩層玻璃之間夾人PVC膠片。玻璃破碎時碎片仍會與PVC膠片粘在一起，避免玻璃掉落造成傷人或財產損失。另外，PVC膠片具有對聲波的阻尼功能，具有良好的隔音效果。由于鋼化夾膠玻璃能有效減弱陽光的投射，防止眩光，不致造成色彩失真。同時，‘它對紫外線有阻擋作用，保護陳列品和商品免受紫外線光輻射而褪變顏色，但對植物花卉的生長不利，因此在暖房和溫室就不宜選用。


    玻漓的基本物理特性主要表征為:抗壓強度大，抗拉性較差，易脆易斷裂。所以在設計中要場長避短，盡量避免將玻璃作為純粹的抗拉構件使用。


　　2.2金屬連操件
    金屬連接件是點式玻璃技術的關鍵，通常山鋼或鋁合金構件組成。它包括支承件和緊固件，又稱.爪件和扣件。緊固件與玻璃相連，或沉人玻璃表面之內，或突出在玻璃之卜。支承件與緊固件連接，象爪子一樣將玻璃緊緊抓住，將緊固件和支承玻璃的結構體系緊密相連.將荷載傳遞給結構。它的形式有I型爪件、H刑爪件、X型爪件和圓盤滑動固定件等。


　　2.3支承體系
    支承體系是將玻璃所承受的各種荷載直接傳遞到建筑物主體結構上，一般可以根據建筑的造型和荷載的大小來選擇合適的結構形式。應用于點式玻璃的支承體系主要有全玻璃支承結構、柱支承結溝、衍架支承結構、索析架支承結構和索網支承體系等。每種結構形式都有各自不同的變化形式，w適應不同情況下幕墻、屋頂和其他不同類型的建筑及其局部設計的要求。


　　2.4密封材料
    點式玻璃技術中玻璃與玻瑞之間采用耐候硅酮密封膠.而玻瑞與金屬則采用硅陰結構膠粘結。膠主要起密封作用.因此不必進行強度駿算。但在使用之前必須對膠與接觸材料進行相容性試驗，性能檢側必須合格，并且在有效期內使用，嚴格遵守操作規程，以確保施工質量口

　　3.點式玻翻幕墻支承體系
    點式玻璃幕墻按照支承結構的不同將其分成:種主耍體系，它們是:全玻璃結構點式玻璃幕墻、柱支承體系、珩架支承體系、索朽架支承體系及索因支承體系。本文將介紹這幾種常見的點式玻璃幕墻支承結構體系，以饗讀者。


　　3.1全玻璃結構點式玻璃幕墻
    全玻璃結構點式玻璃幕墻亦稱為玻璃肋式幕墻，該體系由幕墻面玻璃和玻璃肋組成。其中，抵抗橫向荷載，尤其是風荷載的結構主要由平面玻璃肋承擔。全玻璃結構點式玻璃幕墻光學效果與關學效果都非常突山玻璃作為土承重件，金屬結構件少.透明度高，日景與夜景中均能營造出通明剔透的品瑩光感，這一特性在同類結構，是出類撥粹的。


    全玻璃結構點式玻璃幕墻最大的限制在于空間的高度。由于受玻璃本身的結構性能的限制，面玻璃有它的最大尺寸(口前最長為6m)。單體玻璃肋因此也有一定的空間高度限制，無法超越6m空問高度。幕墻高度較大時，設計時應選擇適當幕墻玻璃尺寸大小以及增加每塊幕墻玻璃的點支承數目。由于全玻璃結構是玻璃主承重結構，在玻璃尺寸較大，高度較高時，影響立面玻璃劃分的不僅有玻璃的特性、構件尺寸和生產工藝，還要考慮風荷載和其他橫向荷載的影響。同時，合適的幕墻尺寸有助于立面尺度的界定，也能使單塊肋玻璃尺寸減小，從而均衡了玻璃墻的荷載分配。還可以通過適當的結構鋪助措施來加強幕墻的剛度和穩定性，增強抵抗橫向荷載的能力。例如，巴黎拉德方斯COEUR大廈也有較高的全玻璃點式玻璃幕墻，設計者在室內應用橫向的拉索加強穩定，在室外用不銹鋼梁分割立面。玻璃肋和鋼梁形成空間骨架，同時還有后部的穩定索加強設計的安全性。每塊玻璃用8點支承，適宜的玻璃劃分，同樣豐富立面部效果，以另一種方式加強了立面的精細程度。


　　3.2 柱支承體系
　　柱支承點市玻璃以鋼柱為支承結構，點式構件由柱子上伸出，從而支承幕墻玻璃。該體系特點是承載力較高，剛度較大，與玻璃的連接處細部
構造較為簡潔，能懸掛較大而積或較厚的單面玻璃。因此，這種結構形式較適用于大跨度柱距和應用特種玻璃的建筑。這一玻璃幕墻體系由于鋼柱不能承擔房屋主體的荷載，也可以承擔玻璃幕墻的荷載，因此結構傳力路線清晰合理，構造簡單，造價較低，施工方便，在國內外應用較多。但是造型也因此相對單一。同時，這種體系由于柱子承擔所有橫向和豎向的荷載，截面相對較大，在一定程度上降低了玻璃幕墻結構中造型語言也可以來自于此，鋼柱形式設計較為靈活，可以直線性垂直矗立，，也可以是帶有一定的曲率，還可以是變截面的既可以位于建筑室內，也能在建筑室外;不但可以直接伸出爪件和玻璃相連，還能伸出不同形式的手臂后再通過點式構件連接玻璃。總之，不同形式柱子，為滿足建筑造的不同需求帶來了極方便。例如，倫敦Paddington地鐵站候車廳采用帶有率的型鋼作為支承柱，加強了空間橫向方向上的律感和趣味性。


　　3.3架支承體系
　　這種支承體系玻摘幕坡使用各種類型的朽結構作為受力支承休系.從桁架上伸出爪件連接玻璃。桁架承受橫向和堅向的荷載，玻璃僅僅傳遞橫向的風荷載，因此桿件桁架體系的玻璃幕都是次承重結構。


　　桁架支承體系同柱支承體系有很多相似之處。如：由玻璃背后的主體圍護結構來承擔橫向和豎向荷載，能懸掛較大較厚的單塊平面玻璃，主體圍護結構形式可以隨建筑設計的要求而靈活改變等。同時它有自己更為突出的優勢：首先，桁架設計上多應用桿件的組合體，而不像鋼柱那使用大體量的實心體，因此對視線的遮擋較少，立面顯得更為通透。同時這也直接加強了鋼構件和玻璃的對比交果，使幕墻體系更加精細，通透性更好。其次，在桁架的方向在設計上也更靈活，可以豎直立于建筑造型和立面設計的要求。第三，因為桁架的設計跨度較大，建筑的跨度可以設計地更大，可以應用尺度更大更厚的特種玻璃。


　　3.4索衍架支承體系
    索拓架支承體系實際上是朽架支承體系的一種變化形式，即川鋼索作為桁架體系中的拉桿，與受壓桿相結合作為玻璃的支承結構.通過施加預應力產生平面內剛度，構成預應力索桿結構體系^[3]。與以上的幾種形式相比.索衍架支承體系的桿件〔索)直徑較細.使整個結構體系輕盈而飄逸。桿件和節點雖然多.但是不覺繁項，卻更顯抬細，增添與玻璃的對比，體現出結構的梢巧性。同時該體系將預應力技術與空問結構技術有機地結合在一起，受力合理、技術先進、結構安全。上海大劇院是我國最早采用拉索式析架支承體系的玻璃幕墻工程，由于當時國內在這一結構形式的研究近乎空白，設計與施工采用了國外的技術與材料，造價較高^[4]。南京會展中心玻璃幕墻是國內首例自行設計、自行施工的大面積拉索式析架支承體系的玻璃幕墻工程，具有良好的經濟性，造價僅為上海大劇院的1/6，為索析架支承體系玻璃幕墉在國內的普遍應用奠定了墓礎^[5]。


　　3.5索網支承體系
　　索網支承體系由交叉的水平索和垂直索組成，該體系結構形式簡單明了，布置靈活，同時有其玻璃幕墻支承體系所難以達到的通透性，而與玻璃璃肋板式的玻璃幕端相比，它又具有質感強的特點。該結構與索析架支承結構相比，在構造上可以省去玻璃幕墻的抓件，直接由桿件上縛一玻璃扣件，玻璃與玻璃之間直接用扣件相連，扣件與桿件之間通過一定的聯系件相連，免去了桿件。索網支承體系由于共自身變形大的特點，無法應用于跨度較大的結構中，這在很大程度上限制了它的工程應用。將索網結構與索析架、魚腹式柔性支承、鋼桁架、鋼柱相結食.能夠發押索網支承體系結構形式簡單、通透性好的同時;亦能將其應用于跨度相對較大的結構。


    索網支承體系設計難度較高、安裝調試較復雜和造價昂貴，這些因素成為其發展的陣礙，在近年來實現的建筑還較少。但由于空間結構和點式玻璃在技術上有著良好的契合點，而且空間結構形式多樣，對于建筑設計的適用性很強.因此，索網支承體系點式玻確幕墻已受到廣泛的關注和研究，相信會成為未來玻璃幕墻發展的一種重要趨勢。

　
4、結語
    玻璃幕墻以其外觀整潔、明麗、具有現代感而得到了廣泛的應，作為玻瑞幕堵的重要組成部分一支承休系，具有各自的特點和優勢，工程師在方案設計時應了解各支承體系的特點，根據工程的實際情況采用合適的支承體系。



　　參考資料:
[1]王海，建筑幕墻技術的最新發展，建筑技術，1998，Vo1.29(7)456-458
[2]趙西安，韓平原，點支式玻璃幕墻設計，建筑結構，1999，Vo1.29（9）58--60
[3]劉軍進，陳新杰，孫永新，點式玻璃幕墻預應力索佑架結構設什的幾個概念.工業建筑，2002，Vo1.32(7):59一61
[4]朱銘煌，錢佩珠，上海大劇院鋼索玻璃幕墻的工程實踐及質量控制，建筑施工，1999，VoL21(1):37-40
[5]深圳三鑫特種玻瑞技術股份有限公司，南京國際展覽中心預應力拉索點支玻瑞幕墻研究技術報告.2001,NO.10

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