玻璃幕墙反射影像变形分析及控制

玻璃幕墙光学反射影像变形分析及控制
北京兴电国际工程管理有限公司李起程
【摘要】本文结合实际的幕墙施工经验,以建筑幕墙用玻璃的加工及施工现场幕墙的安装工艺为切入点,综合分析建筑玻璃幕墙安装成型后反射影像变成产生变形的原因以及玻璃幕墙施工过程中对玻璃反射变形的控制，减少玻璃幕墙光学反射影像变形。

【关键词】建筑幕墙；玻璃；变形
一、前言
目前，绿色建筑逐渐成为现社会建筑工程发展的主流，而玻璃幕墙以节能、美观、易维护等优点成为绿色建筑的首选；在建筑艺术之中，玻璃幕墙的出现成为发达城市的象征；在城市景观角度来看更多的是一种丰富与增彩，在具体的施工中，自重轻、工序简洁、施工周期短更是提高了建筑物施工效率。

而玻璃幕墙的光学影像变形影响了幕墙的视觉效果，严重变形还会产生“哈哈镜”的效果，使得整个建筑的美感消失。

在建筑工程中，由此产生大量质量纠纷，但因目前无明确的国家标准或规范对此做出限制和解释，也成为了建设单位与施工单位扯皮的内容。

希望通过本文的初步论述,可以为建筑玻璃幕墙在实际施工管理方面提供可参考的信息。

二、幕墙玻璃反射影像变形的成因
1、玻璃原片生产因素：建筑用玻璃的生产是通过配料、熔制、成形、退火等工序；在玻璃成型工序中一般采用机械成形，在此机械设备的精度是玻璃质量好坏的关键；在退火工序中，因玻璃在成形过成中经受了激烈的温度变化和形状变化，这种变化在玻璃中留下了热应力。

这种热应力会降低玻璃制品的强度和热稳定性，致使在冷却过程中极小的应力释放亦会造成玻璃厚薄不均现象。

2、玻璃钢化因素：考虑建筑物的安全因素，幕墙面板主要采用钢化玻璃，玻璃的钢化处理需对玻璃原片再加热及冷却。

加热过程中玻璃的的刚度逐渐降低而塑性升高，此时钢化温度控制不均匀，玻璃表面各部位存在温度差，导致玻璃不同方向的弯曲。

其次钢化炉辊道的变形和磨损也会影响钢化玻璃的最终平整度。

玻璃的冷却是采用风力来降低玻璃的温度，而在此时钢化设备的各部位风压不均匀也成为钢化玻璃变形的因素。

玻璃钢化钢化变形示意
波形变形弓形变形
3、中空玻璃合片因素：中空玻璃时使用两片及以上以有效支撑均匀隔开并在周边进行粘结密封，玻璃层间形成干燥气体空间的制品。

目前中空玻璃的封胶基本采用卧式及立式两种方法，由于在玻璃进行合片过程中，受玻璃本身自重的作用，在封胶时玻璃向下或前后弯曲，在封胶后中空玻璃应力无法全部释放，造成玻璃弯曲，此现象在玻璃较薄、玻璃尺寸过大时更加明显。

玻璃的合片
4、中空玻璃层压因素：中空玻璃层间形成干燥气体空间主要以氩气为主，而氩气的压力、玻璃生产时的大气压力及使用时的变化也会引起中空玻璃的外鼓或内陷，严重时甚至会产生吸附及相邻两片玻璃贴合现象。

空腔压力变形示意空腔压力变形实际效果
5、Low-E因素：Low-E玻璃往往是与中空玻璃复合产品出现，Low-E玻璃室早玻璃表面上镀有低发射率薄膜的玻璃，物体光学影像再其表面会有反射。

当Low-E玻璃做成中空玻璃后，物体的光学影像在不同的玻璃面上会有不同的反射，而这些反射会互相干涉，产生衍射等光学效应。

6、幕墙玻璃安装因素：在现阶段任何形式的幕墙均是在工程现场安装的，因此施工人员的水平和现场的质量控制尤其重要，玻璃板块的安装误差正负不一，尤其是现场玻璃安装直线度及平面度不一的情况下，幕墙整体反射影像不在连续，整个反射影像变得支离破碎；其次在玻璃安装过程中为保证玻璃安装尺寸，采用紧固件控制安装误差，致使玻璃在各紧固件位置受力大小不一，致使玻璃变形。

玻璃节点示意图实际效果图
7、环境因素：环境因素主要体现在风压及温度两个方面；玻璃幕墙在使用时，在正负风压作用下，玻璃会向内外弯曲，形成凹凸曲面。

而在温度方面，密封在中空玻璃内的气体，在使用过程中随着外部环境温度的变化而产生膨胀或收缩，造成内部载荷的变化，使玻璃表面向内外弯曲，从而产生变形，颜色越深的玻璃此效果也明显。

8、视觉因素：玻璃幕墙反射影像的变形与观察距离成反比，距离越近变形越小，距离越远变形越大。

观察距离1米效果观察距离15米效果
三、幕墙玻璃反射影像变形控制
1、玻璃生产过程控制：通过增加设备的精度、生产工艺的科学性以及原材料等因素提高原片质量，严格执行国家标准去除不合格残次品，在钢化过程中提高温度控制工艺，保证玻璃加热和冷却时温度的稳定及均匀性可以最大限度的保证玻璃的平整；同时加强对辊道及设备的检修保养也是重要的控制途径；在玻璃成品出厂前采用专业仪器对出场玻璃变形情况及视觉效果进行检查对变形较大的产品严禁使用。

变形尺寸检查视觉效果检查
2、玻璃加工过程控制：玻璃加工控制主要是中空因素的控制以及Low-E因素的控制；其中中空因素造成变形的控制主要根据玻璃尺寸的大小采用相应的合片方式及改变封胶方
式，对于大气压力的影响可采用呼吸管或毛细管的方式平衡中空玻璃内外压强；而Low-E 中空玻璃光学影像的发射会相互干涉产生衍射等光学效应，这是一个物理现象，难以改变，但可采用加大两片玻璃平行度的方法，使得干涉尽量减少，以降低使用在建筑物后的光学影像变形。

3、设计因素的控制：为了追求建筑物的美观，设计师将玻璃板块一再加大，以为板块加大减少了拼接的胶缝，建筑立面显得简洁而干净，但是玻璃板块的增大使得玻璃加工过程中变形增大，亦使得单块玻璃承受的风荷载随之增大。

根据《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003的要求，幕墙玻璃在风荷载标准值作用下，挠度限值为短边变长的1/60，举例来说，单块宽度在1500mm的幕墙玻璃，允许极限挠度为25mm，设计师设计时计算玻璃的强度和刚度满足允许值即可，但幕墙玻璃在实际使用过程中，即使实际风荷载只有标准值的百分之四十，1500mm跨距的玻璃挠度都允许达到10mm，此时变形已远超玻璃产品标准对弯曲度的要求。

故在设计考虑分格时宜与室内空间相结合，分格长宽比一般在1:1.2至1:1.5之间，不宜采取1:2等过于细长的比例。

4、玻璃的选用控制：为了降低建筑工程的造价成本，设计时一般尽可能选用玻璃厚度较小的幕墙形式，而玻璃厚度越小产生变形越大，故在设计时尽可能选用厚度较大的玻璃，或较厚外片的中空或夹胶玻璃。

在幕墙玻璃颜色方面尽可能选用颜色较浅的玻璃，减少对热量的吸收，亦可减小温度多玻璃变形的影响。

在反射率方面尽可能选用反射率交底的玻璃，反射率较低玻璃反射影像变形较反射率高的玻璃影像变形效果不明显。

低反射率效果高反射率效果
5、环境因素控制：环境因素主要分为风压因素及温度因素，其中风压因素已在设计因素中说明。

温度因素中，有实验表明550mm：1100mm：（5+9A+5）mm的长方形镀膜中空玻璃，环境温度每变化1℃，单侧玻璃表面中心的位移变化约为0.03mm，由此可见外部温度的变化对玻璃的变形影响非常大，因此选用填充比热容较大的惰性气体，这样在提高玻璃热工艺性能的同时也可以减少因气体膨胀带来的影响，同时保证幕墙玻璃板块的胶缝宽度，使得玻璃在热应力下能够自由伸缩，降低玻璃在温度作用下的膨胀变形。

6、幕墙玻璃施工控制：在玻璃幕墙施工过程中作为施工的直接参与方，幕墙玻璃的安装质量时控制玻璃变形的最后一个工序，因此在幕墙玻璃安装过程中，对玻璃构件的进厂检验、材料复试、转接件安装尺寸以及现场的安装方法必须严格控制，最大程度减少现场的施工误差，从而尽可能的减小幕墙玻璃的光学反射变形。

四、结束语
综上所述，为了使幕墙玻璃反射影像变形得到有效控制，必须有高精度的加工设备、严格的工艺制度、相应的技术措施。

与此同时，还应积极地把好各工序的质量关，不断积累经验，为更优质的玻璃幕墙工程奠定基础。

【参考文献】
1、《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009
2、《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
3、《玻璃幕墙光学性能》GB/T18091-2000
4、《建筑幕墙》GB/T21086-2007
5、《建筑用安全玻璃第2部分：钢化玻璃》GB15763.2-2005
6、《镀膜玻璃》GB/T18915.1-2013~GB/T18915.2-2013
7、《中空玻璃》GB/T11944-2012
8、《玻璃幕墙工程质量检验标准》JGJ139-2001。