王瑜

摘 要： 本文介紹了點(diǎn)支式玻璃的發(fā)展過(guò)程、藝術(shù)表現(xiàn)力、現(xiàn)狀及特點(diǎn)，進(jìn)一步詳細(xì)敘述了點(diǎn)支式玻璃結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)造形式及其構(gòu)造設(shè)計(jì)方面的要求。同時(shí)結(jié)合建筑的舒適和節(jié)能，說(shuō)明了點(diǎn)支式玻璃幕墻在這方面所采取的技術(shù)及構(gòu)造措施。由此得出任何新的建筑材料及技術(shù)的出現(xiàn)有它先進(jìn)的一面，但同時(shí)存在構(gòu)造上的集體要求和不足，在實(shí)際的建筑設(shè)計(jì)中只有把藝術(shù)與技術(shù)很好地結(jié)合起來(lái)才能更好地發(fā)展建筑。

關(guān)鍵詞： 點(diǎn)支式玻璃幕墻 設(shè)計(jì)要求 熱工性能及措施

玻璃作為一種古老的建筑材料，從誕生那天起就是建筑重要的構(gòu)成元素之一。在古代，人們只是把玻璃作為采光窗，到了中世紀(jì)，工匠們通過(guò)彩色玻璃作為采光窗，進(jìn)行建筑空間和里面的塑造。20世紀(jì)，現(xiàn)代建筑大師們重新定義了玻璃在建筑中的地位和作用，使玻璃幕墻建筑幾乎一度成為現(xiàn)代建筑的代名詞。

開(kāi)放與交流、內(nèi)外環(huán)境的交融已成為公共建筑的發(fā)展趨勢(shì)，點(diǎn)支式玻璃幕墻的特點(diǎn)順應(yīng)了這一趨勢(shì)，越來(lái)越多地應(yīng)用到建筑上。為了能充分地表現(xiàn)玻璃的通透性和輕盈效果，反映建筑物內(nèi)外空間的相互滲透，點(diǎn)支式玻璃幕墻以獨(dú)特的富有現(xiàn)代高新技術(shù)與藝術(shù)表現(xiàn)力的支承方式，將玻璃幕墻的外形設(shè)計(jì)推到了極點(diǎn)。人們透過(guò)玻璃可以清晰地看到支承玻璃的整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，使幕墻骨架體系由單純的支承作用改變?yōu)橹С泻捅憩F(xiàn)結(jié)構(gòu)美學(xué)的雙重作用。

這一體系的最大特點(diǎn)是最大限度地表現(xiàn)了玻璃的通透性，最充分地顯示出金屬材料的結(jié)構(gòu)魅力。它可以按照不同的建筑空間形態(tài)，設(shè)計(jì)出獨(dú)特的結(jié)構(gòu)支撐體系，這種體系適應(yīng)不同建筑的需要，用不同的方式表達(dá)建筑語(yǔ)言。

一、點(diǎn)支玻璃幕墻的發(fā)展過(guò)程

由于玻璃材料本身的限制，20世紀(jì)80年代以前建筑大都采用單元使玻璃幕墻又稱(chēng)框式，是指玻璃面板通過(guò)鋁合金框架固定在建筑外墻上。隨著墊支使玻璃幕墻的出現(xiàn)，其將玻璃的固定方式由傳統(tǒng)的框接（明框或隱框）變?yōu)椴捎媒饘偎g接。一般每塊玻璃只需四個(gè)固定點(diǎn)，由不同形式的金屬受力支撐體系固定金屬栓。玻璃可以是單層或是中空的鋼化玻璃，必須先鉆孔再鋼化；金屬栓一般采用不銹鋼，與玻璃固定有多種方式，必須考慮到裝配的精度，駁接螺栓通常采用球狀鉸接螺栓，可在±10°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)玻璃在承受風(fēng)載產(chǎn)生撓度時(shí)，球鉸對(duì)玻璃的約束力就會(huì)降低，可以大大減少連接處的附加彎矩。根據(jù)氣候需要還可以做成“熱斷橋”的節(jié)點(diǎn)；金屬支撐結(jié)構(gòu)體系是按照建筑師的要求，根據(jù)不同的高度和跨度，可以是桁架式的，也可以是拉索式的，千變?nèi)f化。

由于它的材料加工、安裝特點(diǎn)，使得它具有很強(qiáng)的現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)表現(xiàn)力，也使建筑工程的精度達(dá)到限機(jī)械加工的水平。由于它的高技術(shù)特點(diǎn)及制造加工難度，雖然這項(xiàng)技術(shù)在國(guó)外已很成熟，但在國(guó)內(nèi)的采用還是近幾年的事。隨著國(guó)內(nèi)建筑業(yè)的發(fā)展，材料加工、玻璃加工技術(shù)已經(jīng)有所提高。對(duì)于點(diǎn)支式玻璃來(lái)說(shuō)，最難的問(wèn)題還是設(shè)計(jì)技術(shù)，因?yàn)檫@種體系是一種“量體裁衣”的結(jié)構(gòu)方式，每件產(chǎn)品都可能有不同的支撐體系，這才是點(diǎn)式玻璃幕墻能否達(dá)到完美的“工業(yè)技術(shù)”表現(xiàn)力的真諦所在，也是點(diǎn)支式玻璃能否產(chǎn)生無(wú)窮魅力的關(guān)鍵。

二、點(diǎn)支玻璃簡(jiǎn)介

普通的玻璃幕墻，其玻璃板塊的固定均為四邊支撐，而點(diǎn)支式玻璃幕墻的玻璃一般通過(guò)在玻璃上留洞，采用四點(diǎn)或六點(diǎn)支撐方式。玻璃接頭和支撐結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)顯得尤為重要，這不僅關(guān)系到點(diǎn)支式玻璃幕墻的安全性、可靠性，同時(shí)涉及鋼結(jié)構(gòu)骨架的整體美觀和藝術(shù)的表現(xiàn)力。如上海大劇院的點(diǎn)支式玻璃幕墻，點(diǎn)支式玻璃幕墻高15M，由500塊3000mm×1825mm×15mm的透明白片鋼化玻璃所組成，每塊玻璃的四個(gè)角上分別由不銹鋼支承爪件作四點(diǎn)固定。在支承爪件的背后設(shè)有直徑11mm的鋼索系統(tǒng)縱橫繃緊固定，這種鋼索（也稱(chēng)索桿）體系比普通的金屬骨架體系或全玻式玻璃幕墻體系更纖巧、通透。（圖1）

1.結(jié)構(gòu)形式

點(diǎn)支式玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)由玻璃面板、支承結(jié)構(gòu)、連接玻璃面板與支承結(jié)構(gòu)的支承裝置等組成。其支承結(jié)構(gòu)體系有桿件體系和素桿體系兩種。桿件體系一般采用鋼性構(gòu)件（即鋼結(jié)構(gòu)框架）組成的結(jié)構(gòu)體系。索桿體系是由拉索、拉桿和剛性構(gòu)件等組成的預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系。此外，點(diǎn)支式玻璃幕墻的支承結(jié)構(gòu)布置又可分為單向受力體系和雙向受力體系兩種方式。點(diǎn)支式玻璃幕墻的支承結(jié)構(gòu)，除承受幕墻系統(tǒng)的使用荷載（風(fēng)力、自重、地震荷載、溫度應(yīng)力等）外，還要承受拉桿結(jié)構(gòu)和索桁架的拉力，而且這些拉力相當(dāng)大。如果在積極筑物主體結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)支承拉桿或索桁架的支承結(jié)構(gòu)沒(méi)有考慮桁架的拉應(yīng)力產(chǎn)生的效應(yīng)，則張拉結(jié)構(gòu)的幕墻就無(wú)法安裝使用。

2.爪件構(gòu)造

點(diǎn)式玻璃幕墻的支承爪件按固定點(diǎn)數(shù)和外形可分為下列五類(lèi)：

（1）單點(diǎn)爪—I/2型、V/2型；（圖2）

（2）二點(diǎn)爪—U型、V型和K型；（圖3）

（3）三點(diǎn)爪—Y型；（圖4）

（4）四點(diǎn)爪—X型和H型；（圖5）

（5）多點(diǎn)爪。

支承爪件一般使用不銹鋼或碳素鋼，由于直接暴露在外，外觀顯得格外重要，因此，構(gòu)件表面加工精度要求也較高。支承爪件可分為可轉(zhuǎn)動(dòng)和不轉(zhuǎn)動(dòng)兩種形式，為便于安裝施工，爪件應(yīng)有調(diào)節(jié)能力（圖6）。

3.建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)要求

點(diǎn)支式玻璃幕墻支承結(jié)構(gòu)的形式靈活多樣，應(yīng)綜合建筑物的使用功能、立面造型設(shè)計(jì)，節(jié)能要求和工程投資等技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件來(lái)確定幕墻的構(gòu)造類(lèi)別和結(jié)構(gòu)形式，并與建筑整體和周?chē)h(huán)境相協(xié)調(diào)。對(duì)于立面和分格設(shè)計(jì)應(yīng)與室內(nèi)空間布局、樓地面標(biāo)高位置相適應(yīng)；同時(shí)，要便于防火構(gòu)造處理及有效提高玻璃面板的成材率。由于點(diǎn)支式玻璃幕墻一般選用透明白片鋼化玻璃，立面設(shè)計(jì)更應(yīng)綜合考慮室內(nèi)外視覺(jué)效果。

點(diǎn)支式玻璃幕墻的玻璃，一般根據(jù)建筑物的使用功能可采用單層鋼化玻璃、鋼化夾層玻璃和鋼化中空玻璃等。對(duì)于鋼化鉆孔玻璃，玻璃面板的最大應(yīng)力往往在支撐點(diǎn)的鉆孔處，氣孔邊產(chǎn)生的引力最危險(xiǎn)的部位。因此，有關(guān)點(diǎn)支式幕墻玻璃鉆孔的孔徑、孔維和孔距有以下規(guī)定：

（1）孔徑不小于5mm，且不小于玻璃厚度t；

（2）孔徑不大于玻璃面板短邊長(zhǎng)度的1/3；

（3）孔邊緣至玻璃面板邊緣的距離不小于2t，且不小于孔徑；

（4）位于玻璃面板角部的鉆孔，孔邊緣至玻璃面板角部頂點(diǎn)的距離不小于4t；

（5）玻璃面板短邊長(zhǎng)度不小于8t。

點(diǎn)支式玻璃幕墻面板間的接縫寬度與玻璃的厚度，應(yīng)更具結(jié)構(gòu)計(jì)算來(lái)確定，以滿足平面內(nèi)發(fā)生最大控制位移值時(shí)面板間不擠壓碰撞，面玻璃的接縫則應(yīng)采用耐候硅酮密封膠填嵌密實(shí)，以防雨水滲漏。另外，支承連接玻璃的不銹鋼爪件與玻璃空的接口必須密封防水。在防火安全設(shè)計(jì)方面，要求點(diǎn)支式玻璃幕墻與每層樓板、隔墻交界處的縫隙采用不燃材料填充，并用防火板托住。防火板與玻璃間應(yīng)灌注防火密封膠，并作技術(shù)處理；有條件的也可采用防火玻璃作層間隔斷。

三、點(diǎn)支式玻璃幕墻的熱工性能及措施

由于點(diǎn)支式玻璃幕墻體系采用的都是透明玻璃，普通透明玻璃的光線穿透率最大，最容易吸收室外熱量，也就是說(shuō)，采用這種體系的建筑必須采用相應(yīng)的構(gòu)造技術(shù)手段進(jìn)行節(jié)能控制。

玻璃幕墻的保溫?zé)峁ば阅苁茉S多因素的影響，其中影響最大的指標(biāo)就是傳導(dǎo)系數(shù)和遮擋系數(shù)（遮陽(yáng)系數(shù)）。一般來(lái)說(shuō)，傳熱系數(shù)受構(gòu)造和材料厚度的控制，遮擋系系數(shù)則受到玻璃本身特性的控制，比如采用絲網(wǎng)印刷圖案的玻璃、著色玻璃、鍍膜玻璃、固定遮陽(yáng)構(gòu)件、百葉、室內(nèi)窗簾、室外遮陽(yáng)，等等。

采用鍍膜玻璃、著色玻璃和印刷圖案等方法，都能發(fā)揮遮擋太陽(yáng)輻射和室外光線的作用，但這種方法不論春夏秋冬，將室外能量一概拒之窗外。其實(shí)在冬季，人們需要陽(yáng)光的熱量，盡可能使室外能量傳入室內(nèi)。在早晨、傍晚或陰天的時(shí)候，人們需要室外光線盡可能傳入室內(nèi)。盡管在建筑材料研究者的一再努力下，對(duì)于玻璃的選擇有所進(jìn)展，但既能透過(guò)自然光又能避免熱損失的理想材料還是難以找到。

透明玻璃加遮陽(yáng)體系是合理解決節(jié)能和有效利用日光能源的理想途徑。也就是說(shuō)，由遮陽(yáng)體系為幕墻提供遮擋系數(shù)，在需要陽(yáng)光的時(shí)候收起遮陽(yáng)裝置，使在建筑內(nèi)部的人能夠享受陽(yáng)光。根據(jù)法國(guó)ElectricdeFrance對(duì)此類(lèi)建筑的研究，對(duì)一座具有32%直接受光面的建筑物，從太陽(yáng)處所獲得的熱量，占其所吸收各種熱量總和的28%左右。采用遮陽(yáng)裝置對(duì)于緩解太陽(yáng)負(fù)荷十分有效。簡(jiǎn)單地說(shuō)，內(nèi)遮陽(yáng)系統(tǒng)可減少這種熱負(fù)荷的50%左右，而外遮陽(yáng)系統(tǒng)可減少這種熱負(fù)荷的75%左右，可以看出外遮陽(yáng)比內(nèi)遮陽(yáng)有效得多。這是由于內(nèi)遮陽(yáng)在玻璃窗內(nèi)所引起溫室效應(yīng)，不可避免使室內(nèi)熱量積聚，而外遮陽(yáng)則不受這種效應(yīng)的制約，因此歐洲建筑界的認(rèn)識(shí)，已經(jīng)把外遮陽(yáng)系統(tǒng)作為一種活躍的立面元素，加以利用，甚至稱(chēng)之為雙層立面形式。一層是建筑物體本身的立面，另一層則是動(dòng)態(tài)的遮陽(yáng)狀態(tài)的立面形式。這種具有“動(dòng)感”的建筑物形象不是因?yàn)榻ㄖ⒚娴臅r(shí)尚需要，而是現(xiàn)代技術(shù)解決人類(lèi)對(duì)建筑節(jié)能和享受自然需求而產(chǎn)生的一種新的現(xiàn)代建筑形態(tài)。

總的來(lái)說(shuō)，點(diǎn)支式玻璃作為一種新的建筑技術(shù)，它使我們?cè)谛蕾p建筑通透與輕盈的同時(shí)，又展現(xiàn)了結(jié)構(gòu)之美和精細(xì)的施工、構(gòu)件工藝之美。但也對(duì)我們提出了問(wèn)題，在利用新的建筑材料創(chuàng)造建筑形式的同時(shí)，我們也需要利用一定的構(gòu)造技術(shù)達(dá)到建筑節(jié)能和舒適。這兩方面相輔相成，在生態(tài)建筑大方向下，建筑師只有把二者很好地結(jié)合起來(lái)才能更好地推動(dòng)建筑的發(fā)展。