浅谈U型玻璃组合节能幕墙设计及应用

摘要：u型玻璃是一种新颖的建筑玻璃型材，因截面呈u型，使之比普通平板玻璃有较高的机械强度，并具有理想的透光性，较好的隔音性、保温隔热性，能节省大量金属材料，以及施工简便等优点，适用于建筑的内外墙、隔断、屋面及窗等。本文从对玻璃幕墙的设计要点分析入手，重点论述了u型玻璃幕墙的设计方法，并对u型玻璃的应用进行了简要介绍。


1、概述：
u型玻璃又常称为槽形玻璃,它是一种断面为u型的玻璃，原产于德国，在欧美已有30多年的生产应用历史。u型玻璃因截面呈u型，与普通平板玻璃相比，除了保持了理想的透光性外，还具有较高的强度。u型玻璃墙体系统除两端的固定用金属型材外，主要靠玻璃的两翼作为抵抗水平荷载的构件，如同全玻璃幕墙的玻璃肋板。因此，与普通玻璃幕墙相比，u型玻璃墙体系统能节省大量金属型材，施工更为简便。与其他传统墙体材料相比，u型玻璃具有自重轻、耐候性及耐久性强(使用100年以上),施工方便，透光不透视，无需二次装修，无放射性物质等优点，但玻璃材质的特性决定了它的强度较差，不像普通墙体可钉可钻孔。在建筑中，u型玻璃常用于非承重外墙、内墙、隔断甚至采光顶棚、雨篷等。由于非光面u型玻璃的透光不透视性能，运用于墙体时能够产生柔和的光线漫射效果，使室内照度更为均匀，避免了阳光直射引起的不适；夜晚，室内的灯光则使建筑成为一个柔和的发光体，使它和周围的环境融为一体。u型玻璃特殊的断面形式及比例在立面上形成了特殊的条纹状肌理，不同的表面处理、色彩，又形成不同的朦胧透光效果。目前，在我国建筑和装饰设计部门、生产部门等各方的共同努力下，这种新型建筑玻璃在我国得到一定范围的推广和应用。因而在工程实践中加强对u型玻璃组合节能幕墙设计及应用的研究具有非常重要的现实意义。
2、玻璃幕墙的设计要点
2.1、结构的完整性
幕墙结构的完整性和可靠性，是幕墙设计的首要任务。幕墙的自重可使横框构件产生垂直挠曲，全部元件都会沿着风荷作用向产生水平挠曲，而挠度的大小，决定着幕墙的正常功能和接缝的密封性能，过大的挠度会导致玻璃的破裂，同时，框架构件在风荷的作用下，由于竖梃和横框各自的惯性矩设计不当，从而使挠曲得不到平衡，则使缝隙产生不同的挠度值，从而导致幕墙的渗漏。因此，完整合理的结构布置，能够有效传递幕墙自重和风荷载，有效控制温度变化引起的变形，从而防止幕墙渗漏甚至倒塌。
2.2、活动量的考虑
幕墙设计时要考虑构件之间的相对活动和附着于墙和建筑框架之间的相对活动。这种活动不仅是由于风力作用，而且也是由于自重的作用而产生的。由于这些活动而导致了承重框架变形或移位，因此在设计中不能轻视这些活动量。温度变化产生的膨胀和收缩也是产生活动量的重要因素，由于幕墙边框为铝合金材料，膨胀系数比玻璃大，故设计幕墙时，必须考虑接缝的活动量。
2.3、防风雨
幕墙技术的最新发展是采用“等压原理”结构来防止雨水渗透。简而言之，就是要有一个通气孔，使外墙表面与内墙表面之间形成一个空气腔，腔内压力与墙外压力保持相等，而空气腔与室内墙表面密封隔绝，防止空气通过，这种构造大大提高了防风雨渗漏的能力。
2.4、隔热
幕墙构造的主要特点之一，是采用高效隔热措施，嵌入金属框架内的隔热材料是至关重要的，如采用隔热性能良好的中空玻璃或热反射镀膜玻璃作为镶嵌隔热材料的透明部分，不透明部分多数是用低密度、多孔洞、抗压强度很低的保温隔热材料。因此，需进行密封处理和内外两面施加防护措施，一般由三个主要部分构成，即外表面防护层、中间隔热层、内表面防护层；另外金属框架也需考虑隔热，以防止热桥的产生。
2.5、隔声
幕墙建筑外部的噪声一般是通过幕墙结构的缝隙而传递到室内的，应通过幕墙的精心设计与施工组装处理好幕墙结构之间的缝隙，避免噪声传人。幕墙建筑室内噪声可通过幕墙传递到同一建筑物的其他室内，可采用吸声顶棚、吸声地板等措施加以克服。
2.6、结露
在幕墙设计中，必须考虑将框架型腔内的冷凝水排出，同时还要充分考虑防止墙壁内部产生的水凝结，否则会降低幕墙的保温性能，并产生锈蚀，影响使用寿命。
3、u型玻璃幕墙设计方法分析
u型玻璃幕墙设计是一项较复杂的工作，它包括建筑设计、结构设计、性能设计、构造设计等几个方面。
3.1、玻璃幕墙的结构设计
3.1.1、承受荷载
玻璃幕墙是非承重墙。主要承受下列两种荷载：
1）幕墙自身质量荷载。幕墙自身质量视幕墙材质和种类而定，它对墙框的影响视支点的位置而异。
2）风荷载。风荷载是玻璃幕墙承受的主要荷载，一般不仅做正风力计算，对高层建筑特别是超高层建筑还应做负风力(吸力)计算。后者易被忽略，但却是最危险的。如沿海地区刮台风时，许多玻璃幕墙是被吸离建筑物而不是吹进建筑物。风荷载的取值视地区、气候和建筑物的高度而定。
3.1.2、计算内容
为了保证玻璃幕墙具备足够的安全度。结构计算时必须考虑以下几方面内容：
1）骨架强度和刚度。玻璃幕墙的骨架，是承受风力的主要杆件，选择断面时，应首先进行强度、刚度及变形的复核。看其在最大风压下的强度及变形是否符合设计规范的要求。重要的受力构件应该考虑在循环应力作用下的抗疲劳强度。
2）各种连接件及紧固件。各种型号和规格的连接件与紧固件。有的受剪，有的则受弯，计算时应根据受力状态，分别进行复核，切不可因为是小零件而疏忽大意。因为一个小螺丝的松脱，都有可能给建筑带来隐患，甚至酿成大祸。
3）玻璃厚度与面积。玻璃主要是对厚度及单块使用面积进行计算。单块面积大，相应地厚度也要增大，但要用某种厚度的玻璃允许使用的最大面积来限制。当然，这种限制还与固定形式、风压大小有关。为了提高玻璃在高层建筑中的安全程度。一定选用钢化或半钢化安全玻璃。