“悬在城市上空的痛”!玻璃幕墙需要在安全中绽放美丽

玻璃玩家 2023-04-21
3348 字丨阅读本文需 8 分钟

在过去的30年间,中国幕墙行业经历了爆炸式的增长,到目前为止,建筑幕墙的产量和拥有量已经居于世界首位。玻璃幕墙结构很好地将立面虚化,与建筑的实墙形成虚实对比,使建筑的立面更为丰富。玻璃可以满足采光和通风的要求。玻璃骨架可以将立面分隔,使立面有更多的变化。摩天大楼通体的玻璃幕墙映衬出空明的蓝天和飘舞的白云,更为之增添了绚丽的色彩。

但随着使用年限的增加造成构件和密封材料的老化,或者其他外力的影响(比如大风暴雨、台风等),玻璃幕墙掉落事故时有发生,被人们称为“悬在城市上空的痛”。

01

建筑幕墙的发展历史

建筑幕墙指不承担主体结构荷载与作用的建筑物外围结构体,通常由面板 (玻璃、铝板、石板等)与支承结构(铝合金横梁立柱、钢结构、玻璃肋等)组成。建筑幕墙在自身平面内可承受较大的变形,或者相对于主体结构可有足够的位移能力。

建筑幕墙主要用于高层建筑、大跨度公共建筑、建筑物采光顶、异型建筑等建筑物,可以实现建筑外围护结构中墙体与门窗的融合。 幕墙性能的衡量指标较多。从综合属性看,幕墙性能包括节能环保性、视觉美观性等。从技术属性看,幕墙的性能主要包括风压变形性能、空气渗透性能、 雨水渗漏性能、保温性能、隔声性能、平面内变形性能、耐冲击性能、防火性能、 防雷性能、防腐性能等。

在世界范围内,建筑幕墙产生于 19 世纪末的英国。1851 年,英国伦敦为工业博览会建造的“水晶宫”是世界上最早的初级建筑幕墙。到 20 世纪 80 年代, 随着幕墙技术的发展、玻璃生产工艺和二次加工工艺的进步,玻璃幕墙得到更广 泛的应用,点支式幕墙、光伏幕墙、单层索网玻璃幕墙、双层幕墙等新式幕墙不 断涌现;铝板、不锈钢板、搪瓷板、花岗石板及其他人造板材等面板材料的幕墙 得到使用和推广,打破了高层建筑在外墙装饰方面的限制,实现了幕墙面板的多 元化发展。

我国建筑幕墙从 20 世纪 80 年代开始发展。1983 年,以北京长城饭店幕墙项目和上海联谊大厦幕墙项目为标志,中国建筑幕墙行业正式起步。三十多年以 来,我国建筑幕墙行业实现了从无到有、从外资企业主导到国内企业主导、从模 仿引进到自主创新的跨越式发展。

到 21 世纪初,我国已发展成为幕墙行业世界 第一生产大国和使用大国。现阶段,幕墙行业坚持创新发展,不断提升建筑技术、 功能和艺术之间的融合度,在新技术研究、新产品开发、产业结构优化等方面取 得突破。

02

玻璃幕墙的概念

玻璃幕墙是指由支承结构体系与玻璃组成的。可相对于主体,结构有一定位移能力,不分担主体结构所受作用的建筑外围护结构或装饰结构,由于其具有吸收红外线,减少进入室内的太阳辐射,降低室内温度等优点,因此在我国建筑工程中得到广泛应用。玻璃幕墙是一种美观新颖的建筑墙体装饰方法,是现代主义高层建筑时代的显著特征。

一般情况下,玻璃幕墙是用铝合金或其他金属轧成的空腹型杆件做骨架,以玻璃封闭而成的房屋围护墙。有单层和双层玻璃墙体。反光绝缘玻璃厚6mm,墙面自重约40kg/m2,有轻巧美观,不易污染,节约能源等优点。幕墙外层玻璃的里侧涂有色彩的金属镀膜,从外观上看整片外墙犹如一面镜子。

玻璃幕墙根据构造的不同又细分为明框玻璃幕墙、全隐框玻璃幕墙、半隐框玻璃幕墙、点支撑玻璃幕墙以及全玻幕墙。

明框玻璃幕墙

明框玻璃幕墙:金属框架的构件显露于玻璃面板外表面的框支承玻璃幕墙。其按龙骨材质不同可分为型钢龙骨和铝合金型材龙骨。由于型钢龙骨抗风压性能优于铝合金型材龙骨,故其跨度尺寸可适当加大。

全隐框玻璃幕墙

全隐框玻璃幕墙:金属框架的构件不显露于玻璃面板外表面的框支承玻璃幕墙。其中玻璃用硅酮中性结构胶预先粘贴在铝合金附框上,铝合金附框及铝合金框架均隐藏在玻璃后部,从室外侧看不到铝合金框。这种幕墙的全部荷载均由玻璃通过硅酮中性结构胶传递给铝合金框架。

半隐框玻璃幕墙

半隐框玻璃幕墙:根据横梁、立柱隐现的不同分为横明竖隐玻璃幕墙(即立柱隐藏在玻璃后部,玻璃安放在横梁的玻璃镶嵌槽内,镶嵌槽外加盖铝合金装饰盖板)、横隐竖明玻璃幕墙(幕墙玻璃横向采用硅酮中性结构胶粘贴在铝合金附框上,然后挂在铝合金横梁上,竖向用铝合金盖板固定在铝合金立柱的玻璃镶嵌槽内)两种。

点支承玻璃幕墙

点支承玻璃幕墙:幕墙玻璃采用不锈钢驳接爪固定,不锈钢驳接爪焊接在型钢龙骨上。幕墙玻璃的四角在玻璃生产厂家加工好4个与不锈钢驳接爪配套的圆孔,每个爪件与1块玻璃的1个孔位相连接,即1个不锈钢驳接爪同时与4块玻璃相连接,或者1块玻璃固定在4个不锈钢驳接爪上。

全玻幕墙

全玻幕墙:由玻璃肋和玻璃面板构成的玻璃幕墙。此种玻璃幕墙从外立面看无金属骨架,饰面材料及结构构件均为玻璃材料。因其采用大块玻璃饰面,使幕墙具有更大的通透性,因此多用于建筑物裙楼。

通体玻璃幕墙的摩天大厦一度被认为是现代化大都市的标志,自1985年国内首座玻璃幕墙高层建筑北京长城饭店建成后,玻璃幕墙高层建筑便如雨后春笋般迅速在国内流行开来。目前,国内玻璃幕墙高层建筑数不胜数,我国玻璃幕墙面积也已远超两亿平方米,然而幕墙玻璃破裂坠落伤人的事故也是时有发生。

03

玻璃幕墙的优缺点

优点:

玻璃幕墙是当代的一种新型墙体,它赋予建筑的最大特点是将建筑美学、建筑功能、建筑节能和建筑结构等因素有机地统一起来,建筑物从不同角度呈现出不同的色调,随阳光、月色、灯光的变化给人以动态的美。在世界各大洲的主要城市均建有宏伟华丽的玻璃幕墙建筑,如纽约世界贸易中心、芝加哥石油大厦、西尔斯大厦都采用了玻璃幕墙。香港中国银行大厦、北京长城饭店和上海联谊大厦也相继采用。

缺点:

玻璃幕墙也存在着一些局限性,例如光污染、能耗较大等问题。此外,玻璃幕墙光洁透明的天生丽质并不耐污染,尤其在大气含尘量较多、空气污染严重、干旱少雨的北方地区,玻璃幕墙极易蒙尘纳垢,这对城市景观而言,非但不能增"光",反而丢"脸"。所用材质低劣,施工质量不高,出现色泽不均匀,波纹各异,由于光反射的不可控制性,导致了光环境的杂乱。但这些问题随着新材料、新技术的不断出现,正逐步纳入到建筑造型、建筑材料、建筑节能的综合研究体系中,作为一个整体的设计问题加以深入的探讨。

04

玻璃幕墙的结构设计原则

一般来说,玻璃幕墙都是竖直的,而且面积很大,所以风荷载的作用下,玻璃会产生很大的弯曲应力,这是玻璃幕墙结构设计中首先需要考虑的因素。而在地震作用下,由于强烈的震动,可能会引起构件连接点的震动,从而引发松弛现象,导致玻璃幕墙坍塌事故,所以在结构设计中也要加强对其抗震性能的优化。

玻璃幕墙的结构设计要遵循以下的原则:

① 玻璃幕墙不能承受主题建筑的荷载作用力和地震作用,幕墙上的构件应该悬挂在主题建筑商,玻璃幕墙的施工要秉承围护的原则,而不是支撑。

② 对于玻璃幕墙和连接构件的刚度有一定的要求,要求能够在主体建筑在风荷载、地震和温度等作用发生位移变形的时候,避免出现幕墙的破坏。

③ 对于非抗震设计下的玻璃幕墙,应该保证在风荷载的作用下玻璃的完整无损,此时连接构件也应该要保证玻璃幕墙能够有足够的能力应对主体的位移变形。

④ 对于需要抗震设计的重要建筑,玻璃幕墙在遇到地震的时候应该不能破损,按照一定的抗震烈度进行设计,要保障在地震之后,玻璃幕墙基本完好,超过地震烈度的时候,玻璃幕墙的主体骨架可以再次利用。

⑤ 一般在玻璃幕墙的结构设计中,应该要全面考虑自重荷载、风荷载、地震和温度等因素,各因素综合优化,提出最合理的设计方案。

05

既有玻璃幕墙检测项目及方法

幕墙的检查、检测,在室内可检查到的部分,可进行室内检查;在室外主要以目视、望远镜检查为主。如需室外登高,在与委托方协商确定后,主要依靠现有的清洗吊篮系统,如现场无吊篮系统,则采用蜘蛛人吊索方式,并应由目前的幕墙维护公司配合。

1、玻璃幕墙结构承载力的验算

根据现场复核或测绘结果,对既有玻璃幕墙进行承载力验算,主要对玻璃面板、立柱、横梁、结构胶等受力构件在不同荷载作用下的承载能力进行验算,以保证玻璃幕墙在结构在受最不利荷载作用时的安全。

2、雨水渗漏情况检查

雨水渗漏是玻璃幕墙检查的一个重要环节,通过检查渗漏可以发现潜在的胶脱粘、结构变形等隐患。现场检查时,对可检查到部位均需进行雨水渗漏检查。对发现渗漏的部位,通过现场分析和调查,明确渗漏的原因,以排查可能存在的隐患。

3、现场检查点的布置

现场检查包括室外检查、室内检查。室内检查,采用在楼层面逐区域进行检查的方式,原则上所有区域均应检查。室外检查,采取蜘蛛人悬吊检查、地面望远镜普查的方式,原则上各立面均应进行蜘蛛人下降检查,并按立面宽度调整检查道数。

4、分析评估

幕墙的分析评估,主要包括:横梁、立柱抗风压承载力的计算分析;玻璃面板的计算分析;结构胶连接承载力的计算分析等。

及时进行玻璃幕墙安全隐患排查、安全性鉴定可以及早发现存在的问题,通过提前干预、维修、加固等,可以有效避免事故的发生。要防范、减少玻璃掉落危险的发生,就需业主和安全维护单位及时对家中窗户、玻璃幕墙等,再多点检查与“关心”。

文章来源: 鸿飞工程质量鉴定, 腾兴钢构幕墙, 思瀚研究院

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