大型超高层公共建筑玻璃幕墙设计分析

大型超高层公共建筑玻璃幕墙设计分析

发表时间：2018-07-13T11:21:23.760Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第6期作者：芮毕海[导读] 本文结合工程实例，对超高层建筑玻璃幕墙的设计进行了分析，可供类似工程设计参考。

深圳市方大建科集团有限公司上海分公司

摘要：玻璃幕墙具有结构简单、自重小、装饰效果好等特点，是现代建筑幕墙的主要形式。本文结合工程实例，对超高层建筑玻璃幕墙的设计进行了分析，可供类似工程设计参考。

关键词：苏州中心广场；玻璃幕墙；性能设计；设计措施

1工程概况

“苏州中心广场项目”地处江苏省苏州市工业园区湖西CBD核心区域东端部，北临苏秀路、南到苏惠路、西起星阳街、东至星港街的地块，由两幢23层超高层塔楼组成，建筑高度107.5m，本工程主要系统为塔楼横明竖隐单元式玻璃幕墙、塔楼横向装饰条横明竖隐单元式玻璃幕墙、塔楼横向装饰条弯弧横明竖隐单元式玻璃幕墙。本项目幕墙面积约35000m2， 2设计原则

2.1安全可靠原则

作为大型公共建筑，安全是首要考虑的因素。针对本工程的特点，选用的结构充分考虑了风荷载、温度应力和地震作用等对幕墙的影响，设计安全系数完全满足国家规定及本工程的要求。

2.2造型美观原则

大型建筑的优雅、和谐、流畅是公众和城市的必然要求，而幕墙本身已经具备了非常高的可观赏性。在效果设计上，对业主提供的图纸、效果图进行了认真的分析，力求采用最合理可行的结构来完成设计师的创意及构思。确保型材的固定件、连接件不外露，幕墙产品均采用先进的尖端设备加工、组装而成，精度高，具有较高的工艺观赏性，充分展现了机械创造的美感。

2.3结构轻巧而稳定原则

结构稳定可以保证结构的安全，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。但过于保守、粗放的设计则又显得笨拙、累赘，缺乏灵气，也会使人不愉快。本工程幕墙系统在满足结构强度要求的前提下，采用最合理的断面设计，是结构稳定与轻巧明快完美结合的典范。

2.4可拆卸更换、维修方便原则

当幕墙的某个局部受损、更新时，幕墙板块能否灵活方便地进行拆卸更换，直接关系到幕墙的功能能否得到保持、结构能否受到影响等因素，因此在幕墙结构设计时要求必须可更换，并且要很方便，且不能影响幕墙的正常使用。 3幕墙性能设计指标

3.1抗风压性能

幕墙的抗风压性能是指幕墙在与其相垂直的风荷载作用下，保持正常使用功能、不发生任何损坏的能力。分级指标P3是对应主要受力杆件或支撑结构的相对挠度值达到规定值时的瞬时风压，即3秒钟瞬时风压，单位为KPa。幕墙的抗风压性能指标根据幕墙所受的风荷载标准值WK确定，其指标值不应低于WK。

根据GB50009的规定，通过业主提供的风洞试验参数，计算确定本工程按国标最大风荷载标准值WK=2.37kN/m2，风洞试验最大风荷载负值WK=-4.37kN/m2，最大风荷载正值WK=2.26kN/m2。结合下表1的规定：

确定本工程幕墙平面内变形性能设计等级为2级。在本工程幕墙结构设计中，按招标要求及相关标准取用风荷载和地震力的组合效应，在地震或大风作用下，产生强制水平位移时，由于板块之间由缝隙的横竖框分隔，相互独立，不会造成板块间的挤压破损。型材连接处均设置伸缩缝，也起到避免型材在幕墙变形时互相挤压产生破坏，有较好的抗震能力。因此，可以满足本工程平面内变形性能的级别要求。

4建筑玻璃幕墙的设计措施 4.1玻璃幕墙的结构设计

支护结构体系是玻璃幕墙中相当重要的部分，玻璃幕墙的自重、动荷载效应、风荷载效应以及抗震性能在主结构与幕墙支撑结构体系之间传递，因此，这就要求建筑幕墙的支护结构要有一定的强度与刚度，为后期的维修工作提供方便，它的耐久性需要满足25a设计使用年限。

在玻璃幕墙支撑结构中，立柱的结构设计是最重要的部分。立柱的强度与刚度，应满足设计荷载的要求，保证其稳定性。上下连接的设计也是非常重要的，一定要符合目前的设计规范。预埋件的设计也是不可忽视的问题，该工程预埋件采用槽式埋件，物理性能不低于Q235B 的钢材，可见部位的钢材均应钢结构防腐要求进行表面处理，采用热浸方法施加镀锌保护层，镀锌膜层厚度85μm。槽式埋件具有安装方便的特点。槽式埋件由一条“Ｃ”形槽钢和至少两个布置在槽钢背面的锚钉组成。槽式埋件的出现有效的解决了大型外装幕墙受力点的难题。应用槽式埋件幕墙工程可实现真正意义上的单元式施工程序。其优点是受力均衡，安装方便，易余调整。

4.2玻璃幕墙的防火设计

幕墙作为建筑物的外围护结构，是建筑重要组成部分，因此防火设计是非常重要的。为了达到防火要求，采用以下方法：结构楼板上、下二层间通过设计安装断火设施（层间封修，且连续整个平面周区），房间之间在隔墙部分安装断火设施与层间封修连成一体，能有效地阻止一旦失火而造成的火势蔓延。防火性能设计和防火等级大小，是衡量幕墙功能优良与否的一个重要指标。

根据《建筑设计防火规范》中规定：窗间墙的填充材料采用非燃烧材料，如其墙面采用耐火极限不低于2h的非燃烧材料时，其墙内填充材料可采用难燃烧材料。本工程所使用保温材料燃烧性能应为A级；保温材料应采用不燃材料作防护层。防护层应将保温材料完全覆盖。防护层厚度不应小于3mm；

玻璃幕墙的窗间墙、窗槛墙、裙墙的耐火极限和防火构造应符合现行防火规范关于建筑幕墙的有关规定；基层墙体内部空腔及建筑幕墙与基层墙体、窗间墙、窗槛墙及裙墙之间的空间，应在每层楼板处采用防火封堵材料封堵；防火设计具体措施有： 4.2.1在每层楼板边缘与幕墙间的缝隙都用防火岩棉板填实，外加1.5mm厚镀锌板装饰，这样既保温，同时又防止一旦失火，火从缝隙向楼上蔓延，形成自下而上的拔火风道，造成大面积火灾。

4.2.2幕墙与主体结构的连接件和预埋件外露部分均设在防火保护区内。

4.2.3避免采取一大块玻璃跨越上、下两个防火分区的分格，以防某层失火，玻璃很快爆裂，火势殃及邻层，造成大面积火灾。

4.2.4采用以上措施，本工程幕墙和楼板间耐火极限可达2h以上。幕墙层间位置有不小于800mm高的耐火隔断，耐火极限1h以上。耐火极限能够满足本工程的要求，为消防工作争取了时间，有效地保障人员和财产的安全。

4.3玻璃幕墙的受力设计

4.3.1幕墙结构安全度

幕墙的安全度与荷载的大小和材料的强度有关，在两者设计计算时所采用的规范必须相同，否则就会导致设计的安全度偏低。

4.3.2承载力设计

承载力设计表达主要分为：内力表达式与应力表达方式。由于玻璃幕墙的受外力复杂，在设计过程中主要采用应力表达方式。

4.3.3荷载与作用效应的组合

幕墙将同时承受各种荷载的作用。在考虑幕墙综合荷载下受力情况，其承载力设计值小于材料的强度实际值。并运用弹性计算方法对各种荷载进行组合计算。

4.3.4风荷载设计

风荷载是幕墙的主要受力形式，其是一种宜接作用在幕墙上的垂宜力，根据规范标准的要求，风的作用力在2.0kN/m～5.0kN/m之间，幕墙在其作用下会产生较大的弯矩，因此要着重防止幕墙的弯曲。

4.4防结露设计

防结露设计是幕墙设计中需要重点考虑的问题之一，结露的产生是因为在一定的湿度下，维护结构内表面温度低于室内空气露点温度。故我们考虑使维护结构的总热阻大于产生空气露点温度的热阻。因此在材料的选择和应用上，我们选择幕墙的玻璃为8+1.52PVB+6（low-e）+12A+8钢化夹胶中空玻璃，中空隔条采用暖边间隔条。经过计算，采取以上措施可以使维护结构的总热阻大于产生空气露点温度的热阻，避免了结露问题的产生。

5结语

随着城市现代化的发展，玻璃幕墙工程将得到更广泛的应用。建筑玻璃幕墙的设计应结合工程特点选择合理的结构形式，玻璃幕墙结构设计能满足设计的强度和刚度要求，以保证玻璃幕墙的安全可靠。参考文献

［1］JGJ102 -2003《玻璃幕墙工程技术规范》［S］

［2］GB50017 -2003《钢结构设计规范》［S］

［3］试论高层建筑玻璃幕墙设计［J］. 李双江. 门窗. 2015-08-20