点式玻璃幕墙支承体系及其应用

来源:上海建筑设计集团有限公司复杂结构分析研究中心　作者:许谋奎　日期:2007-5-23 　页面功能【字体：大中小】【打印】【投稿】【评论】

　　摘要：点式玻璃幕墙以其外观整洁、明丽、具有现代感而得到了广泛的应用，支承体系为点式玻璃幕墙的重要组成部份。本文介绍了5种常见的支承体系，从建筑学与结构学的角度对比了各支承体系的特点，为工程师提供借鉴。
　　关键词：点式玻璃幕墙；支承体系；桁架；索桁架；预应力
　
　　1 前言
    玻璃幕墙通过金属构件和玻璃板组成建筑物外维护结构，使建筑物外观整洁、明丽、具有现代感，早在100多年前已经开始在建筑中得到应用。但受限于幕墙材料和加工工艺的束缚，在本世纪中姐以前，玻瑞幕墙的发展十分级慢。随着一些新材
料、新技术和新工艺的出现，自20世纪30年代以来，玻确幕墙得以迅速发展，在建筑中得到了广泛的应用，我国从20世纪80年代开始在一些大中城市的建筑中采用玻璃幕墙。
　　点式玻璃摧墙采用金属连接件4紧固件将建玻瑞与金属〔或玻瑞等)支承结构连接成整体的型组合式建筑结构形式.由子点式玻璃的高透明性，使玻璃幕墙如同一道无形的帷幕，分割开室内和室外，又将室外的景色引进室内，让室内外融为一体。同时山于点式玻璐技术的精细性和设计的贝活性，大大丰富了建筑立面和造型.这也是点式玻瑞受到工程师们的喜爱而常常被作为幕墙结构使用的重要原因。

　　2、点式玻璃幕墙体系组成部分
　　2.1玻璃
　　点式玻璃体系中，每块玻璃与点式构件有4点、6点或8点等连接方式^[1]。点式玻璃通过孔洞与件连接，由于钻孔而导致孔边应力集中使玻璃力降低，故点式玻璃建筑必须采用张度较高且使用安全的钢化玻璃。气候寒冷地区的建筑物宜采用钢化中空玻璃，它是在两片钢化玻璃之问夹有干燥的空气层或惰性气休层。在人流比较大或采光顶等对安全性能耍求较高的玻璃建筑，往往选用钢化夹胶玻璃，即在两层玻璃之间夹人PVC胶片。玻璃破碎时碎片仍会与PVC胶片粘在一起，避免玻璃掉落造成伤人或财产损失。另外，PVC胶片具有对声波的阻尼功能，具有良好的隔音效果。由于钢化夹胶玻璃能有效减弱阳光的投射，防止眩光，不致造成色彩失真。同时，‘它对紫外线有阻挡作用，保护陈列品和商品免受紫外线光辐射而褪变颜色，但对植物花卉的生长不利，因此在暖房和温室就不宜选用。

    玻漓的基本物理特性主要表征为:抗压强度大，抗拉性较差，易脆易断裂。所以在设计中要场长避短，尽量避免将玻璃作为纯粹的抗拉构件使用。

　　2.2金属连操件
    金属连接件是点式玻璃技术的关键，通常山钢或铝合金构件组成。它包括支承件和紧固件，又称.爪件和扣件。紧固件与玻璃相连，或沉人玻璃表面之内，或突出在玻璃之卜。支承件与紧固件连接，象爪子一样将玻璃紧紧抓住，将紧固件和支承玻璃的结构体系紧密相连.将荷载传递给结构。它的形式有I型爪件、H刑爪件、X型爪件和圆盘滑动固定件等。

　　2.3支承体系
    支承体系是将玻璃所承受的各种荷载直接传递到建筑物主体结构上，一般可以根据建筑的造型和荷载的大小来选择合适的结构形式。应用于点式玻璃的支承体系主要有全玻璃支承结构、柱支承结沟、衍架支承结构、索析架支承结构和索网支承体系等。每种结构形式都有各自不同的变化形式，w适应不同情况下幕墙、屋顶和其他不同类型的建筑及其局部设计的要求。

　　2.4密封材料
    点式玻璃技术中玻璃与玻瑞之间采用耐候硅酮密封胶.而玻瑞与金属则采用硅阴结构胶粘结。胶主要起密封作用.因此不必进行强度骏算。但在使用之前必须对胶与接触材料进行相容性试验，性能检侧必须合格，并且在有效期内使用，严格遵守操作规程，以确保施工质量口

　　3.点式玻翻幕墙支承体系
    点式玻璃幕墙按照支承结构的不同将其分成:种主耍体系，它们是:全玻璃结构点式玻璃幕墙、柱支承体系、珩架支承体系、索朽架支承体系及索因支承体系。本文将介绍这几种常见的点式玻璃幕墙支承结构体系，以飨读者。

　　3.1全玻璃结构点式玻璃幕墙
    全玻璃结构点式玻璃幕墙亦称为玻璃肋式幕墙，该体系由幕墙面玻璃和玻璃肋组成。其中，抵抗横向荷载，尤其是风荷载的结构主要由平面玻璃肋承担。全玻璃结构点式玻璃幕墙光学效果与关学效果都非常突山玻璃作为土承重件，金属结构件少.透明度高，日景与夜景中均能营造出通明剔透的品莹光感，这一特性在同类结构，是出类拨粹的。

    全玻璃结构点式玻璃幕墙最大的限制在于空间的高度。由于受玻璃本身的结构性能的限制，面玻璃有它的最大尺寸(口前最长为6m)。单体玻璃肋因此也有一定的空间高度限制，无法超越6m空问高度。幕墙高度较大时，设计时应选择适当幕墙玻璃尺寸大小以及增加每块幕墙玻璃的点支承数目。由于全玻璃结构是玻璃主承重结构，在玻璃尺寸较大，高度较高时，影响立面玻璃划分的不仅有玻璃的特性、构件尺寸和生产工艺，还要考虑风荷载和其他横向荷载的影响。同时，合适的幕墙尺寸有助于立面尺度的界定，也能使单块肋玻璃尺寸减小，从而均衡了玻璃墙的荷载分配。还可以通过适当的结构铺助措施来加强幕墙的刚度和稳定性，增强抵抗横向荷载的能力。例如，巴黎拉德方斯COEUR大厦也有较高的全玻璃点式玻璃幕墙，设计者在室内应用横向的拉索加强稳定，在室外用不锈钢梁分割立面。玻璃肋和钢梁形成空间骨架，同时还有后部的稳定索加强设计的安全性。每块玻璃用8点支承，适宜的玻璃划分，同样丰富立面部效果，以另一种方式加强了立面的精细程度。

　　3.2 柱支承体系
　　柱支承点市玻璃以钢柱为支承结构，点式构件由柱子上伸出，从而支承幕墙玻璃。该体系特点是承载力较高，刚度较大，与玻璃的连接处细部
构造较为简洁，能悬挂较大而积或较厚的单面玻璃。因此，这种结构形式较适用于大跨度柱距和应用特种玻璃的建筑。这一玻璃幕墙体系由于钢柱不能承担房屋主体的荷载，也可以承担玻璃幕墙的荷载，因此结构传力路线清晰合理，构造简单，造价较低，施工方便，在国内外应用较多。但是造型也因此相对单一。同时，这种体系由于柱子承担所有横向和竖向的荷载，截面相对较大，在一定程度上降低了玻璃幕墙结构中造型语言也可以来自于此，钢柱形式设计较为灵活，可以直线性垂直矗立，，也可以是带有一定的曲率，还可以是变截面的既可以位于建筑室内，也能在建筑室外;不但可以直接伸出爪件和玻璃相连，还能伸出不同形式的手臂后再通过点式构件连接玻璃。总之，不同形式柱子，为满足建筑造的不同需求带来了极方便。例如，伦敦Paddington地铁站候车厅采用带有率的型钢作为支承柱，加强了空间横向方向上的律感和趣味性。

　　3.3架支承体系
　　这种支承体系玻摘幕坡使用各种类型的朽结构作为受力支承休系.从桁架上伸出爪件连接玻璃。桁架承受横向和坚向的荷载，玻璃仅仅传递横向的风荷载，因此杆件桁架体系的玻璃幕都是次承重结构。

　　桁架支承体系同柱支承体系有很多相似之处。如：由玻璃背后的主体围护结构来承担横向和竖向荷载，能悬挂较大较厚的单块平面玻璃，主体围护结构形式可以随建筑设计的要求而灵活改变等。同时它有自己更为突出的优势：首先，桁架设计上多应用杆件的组合体，而不像钢柱那使用大体量的实心体，因此对视线的遮挡较少，立面显得更为通透。同时这也直接加强了钢构件和玻璃的对比交果，使幕墙体系更加精细，通透性更好。其次，在桁架的方向在设计上也更灵活，可以竖直立于建筑造型和立面设计的要求。第三，因为桁架的设计跨度较大，建筑的跨度可以设计地更大，可以应用尺度更大更厚的特种玻璃。

　　3.4索衍架支承体系
    索拓架支承体系实际上是朽架支承体系的一种变化形式，即川钢索作为桁架体系中的拉杆，与受压杆相结合作为玻璃的支承结构.通过施加预应力产生平面内刚度，构成预应力索杆结构体系^[3]。与以上的几种形式相比.索衍架支承体系的杆件〔索)直径较细.使整个结构体系轻盈而飘逸。杆件和节点虽然多.但是不觉繁项，却更显抬细，增添与玻璃的对比，体现出结构的梢巧性。同时该体系将预应力技术与空问结构技术有机地结合在一起，受力合理、技术先进、结构安全。上海大剧院是我国最早采用拉索式析架支承体系的玻璃幕墙工程，由于当时国内在这一结构形式的研究近乎空白，设计与施工采用了国外的技术与材料，造价较高^[4]。南京会展中心玻璃幕墙是国内首例自行设计、自行施工的大面积拉索式析架支承体系的玻璃幕墙工程，具有良好的经济性，造价仅为上海大剧院的1/6，为索析架支承体系玻璃幕墉在国内的普遍应用奠定了墓础^[5]。

　　3.5索网支承体系
　　索网支承体系由交叉的水平索和垂直索组成，该体系结构形式简单明了，布置灵活，同时有其玻璃幕墙支承体系所难以达到的通透性，而与玻璃璃肋板式的玻璃幕端相比，它又具有质感强的特点。该结构与索析架支承结构相比，在构造上可以省去玻璃幕墙的抓件，直接由杆件上缚一玻璃扣件，玻璃与玻璃之间直接用扣件相连，扣件与杆件之间通过一定的联系件相连，免去了杆件。索网支承体系由于共自身变形大的特点，无法应用于跨度较大的结构中，这在很大程度上限制了它的工程应用。将索网结构与索析架、鱼腹式柔性支承、钢桁架、钢柱相结食.能够发押索网支承体系结构形式简单、通透性好的同时;亦能将其应用于跨度相对较大的结构。

    索网支承体系设计难度较高、安装调试较复杂和造价昂贵，这些因素成为其发展的阵碍，在近年来实现的建筑还较少。但由于空间结构和点式玻璃在技术上有着良好的契合点，而且空间结构形式多样，对于建筑设计的适用性很强.因此，索网支承体系点式玻确幕墙已受到广泛的关注和研究，相信会成为未来玻璃幕墙发展的一种重要趋势。
　
4、结语
    玻璃幕墙以其外观整洁、明丽、具有现代感而得到了广泛的应，作为玻瑞幕堵的重要组成部分一支承休系，具有各自的特点和优势，工程师在方案设计时应了解各支承体系的特点，根据工程的实际情况采用合适的支承体系。

　　参考资料:
[1]王海，建筑幕墙技术的最新发展，建筑技术，1998，Vo1.29(7)456-458
[2]赵西安，韩平原，点支式玻璃幕墙设计，建筑结构，1999，Vo1.29（9）58--60
[3]刘军进，陈新杰，孙永新，点式玻璃幕墙预应力索佑架结构设什的几个概念.工业建筑，2002，Vo1.32(7):59一61
[4]朱铭煌，钱佩珠，上海大剧院钢索玻璃幕墙的工程实践及质量控制，建筑施工，1999，VoL21(1):37-40
[5]深圳三鑫特种玻瑞技术股份有限公司，南京国际展览中心预应力拉索点支玻瑞幕墙研究技术报告.2001,NO.10

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