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    大尺寸全玻璃幕墙的加工与安装

    时间：2023-02-08 20:35:04 来源：东东创业网 本文已影响人 东东创业网手机站

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    孙仓龙

    上海临港新片区经济发展有限公司 上海 201306

    随着我国建筑业的发展和幕墙技术的不断成熟，幕墙的应用范围日益广泛，在众多种类的幕墙当中，又以玻璃幕墙最为主流。

    全玻璃幕墙是随着玻璃加工技术的提高和产品的多样化而诞生的一种构造形式，它为建筑师创作奇特、透明、视野开阔的建筑提供了条件。全玻璃幕墙目前也已经发展成为一个独立的多品种幕墙体系，它包括点式连接全玻璃幕墙、拉索式全玻璃幕墙和玻璃肋全玻璃幕墙[1]。

    点式连接全玻璃幕墙是目前应用最广泛、技术最成熟的一种全玻璃幕墙，也有人称之为接驳式全玻璃幕墙。该类幕墙需要在强化后的玻璃四个角部打孔，然后用内外连接板夹住玻璃，并用螺栓加以固定。内侧连接板通过后侧的钢结构龙骨或者铝龙骨相连来固定面板玻璃。

    拉索式全玻璃幕墙是一种比较先进的全玻璃幕墙结构，其集建筑、结构、功能、艺术于一体，结构轻巧、承载力强、空间通透、造型美观，但是相应的工艺也更加复杂，施工难度较大，拉索式全玻璃幕墙主要通过索结构与主体连接，以达到受力的效果[2-3]。

    玻璃肋全玻璃幕墙不同于其他全玻璃幕墙，其支撑系统不是金属结构，而是采用玻璃支撑，这样的构造大幅提高了幕墙系统的通透性，此外玻璃肋作为刚性支撑系统，相较于柔性拉索支撑幕墙而言，玻璃的尺寸可以做得更大，让玻璃朝着更高、更宽、更厚的方向发展[4]。

    随着玻璃肋全玻璃幕墙的不断发展，从加工制作、节点设计到现场安装都已经有了较为成熟的工艺，然而对于大尺寸的全玻璃幕墙，各方面的加工及施工工艺也仍在摸索阶段[5]。本文以大尺寸玻璃肋全玻璃幕墙系统为研究对象，研究其加工及安装工艺。

    玻璃肋全玻璃幕墙由外侧玻璃面板与内侧玻璃肋组成，剖面呈T形。玻璃面板及玻璃肋顶端开孔与不锈钢吊挂件连接，吊挂件与结构预留预焊件连接，下部设置U形槽，U形槽内设置弹性垫片保证玻璃可以正常变形，玻璃肋的主要作用是承载玻璃面板的风荷载。

    常规全玻璃幕墙无论是加工、运输还是安装都已经有一套成熟的工艺，但是随着玻璃尺寸越来越大，其施工难度也呈指数级上升。

    1.1 大尺寸玻璃配置设计

    由于大尺寸的玻璃迎风面积大，相应的风荷载也大，设计师通常都通过增加玻璃的厚度，或者叠加玻璃的层数来确保玻璃的安全性，考虑到中空层，一般至少需要4块玻璃叠加，且玻璃的厚度均至少在10 mm，如果没有后续玻璃肋的支撑，部分全玻玻璃幕墙甚至用8块玻璃之多，因此在选择原片玻璃时一定要考虑其自身的平整度，否则在玻璃合片完成后就会形成“哈哈镜”效果，影响整个全玻璃幕墙的视觉效果。

    另外，使用全玻璃幕墙就是为了追求超高的透光率，然而玻璃数量的叠加却会影响玻璃的透光性，所以在制作大尺寸的玻璃时，设计师肯定都会偏向于超白玻璃。

    超白玻璃又被称作无色玻璃、高透明玻璃，是所有玻璃产品中最高档的品种，其具有高透光率、高透明性，产品表面晶莹剔透、典雅，在整个玻璃家族中拥有“水晶王子”的美称。高透光率决定了玻璃自身的品质，像其他类型的玻璃，比如浮法玻璃，透光率仅为86%，而超白玻璃透光率可达92%以上，也正是因为如此，超白玻璃的科技含量很高，生产难度也十分大，较高的品质也决定了其不菲的价格。

    1.2 大尺寸玻璃节能设计

    随着建筑业的不断发展，绿色建筑的要求也越来越高，目前对全玻璃幕墙的节能要求也特别高，为了确保全玻璃幕墙的节能效果，通常都会采用Low-E玻璃。Low-E玻璃即低辐射玻璃，其工艺原理是在玻璃基片的表面，镀上一层具有低辐射特性的多层金属（银、铜、锡等）或其他化合物组成的膜层，从而使得玻璃具有更好的节能效果。镀膜层大大降低了玻璃表面的辐射率，搭配常见的中空玻璃使用，能使玻璃的传热系数（K值）、太阳得热系数（SHGC）、遮阳系数（SC）等性能参数得到大幅提高，因此，目前的办公楼基本都会采用镀膜玻璃以达到绿色节能的效果。

    由于大尺寸全玻璃的玻璃层数和厚度一般很大，目前市面上的镀膜设备基本上只能在厚度不大于20 mm的玻璃上镀膜，因此，在大尺寸玻璃镀膜工艺上，使用的是耐高温的Low-E膜，采用先镀膜，后钢化夹胶合片的工艺，这对膜的性能、稳定性，以及加工厂的设备及工艺的要求更高，稍有不慎就会使得Low-E膜在玻璃钢化的时候遭到破坏，影响最终的传热系数。

    玻璃肋与玻璃面板的常规连接方式有3种。

    第1种是机械连接型，利用螺栓的抗压、抗剪和玻璃孔壁的抗压能力，抵抗风荷载和自重。这种节点形式一旦有局部位置受损，整体结构形式就会失效，无法保证玻璃肋的整体功能和安全性。

    第2种采用的是黏结型连接，通过运用抗剪型树脂胶将不锈钢夹板与玻璃肋黏结在一起，通过胶料产生的剪力，抵抗风荷载和自重作用，这种节点对厂家的树脂加工工艺要求极高，如果树脂的抗剪能力失效，整体结构也就没有了作用。

    第3种是目前使用得最多、最可靠的连接形式，即将上述工种连接方式结合在一起的组合型连接形式。在承压型金属垫片内填充承压树脂胶料，确保整个冗余结构共同承担风荷载和自重作用，以减少部分玻璃破碎的风险。

    随着SGP胶片技术越来越成熟，大尺寸的全玻璃幕墙对于抗剪树脂的选用都更加倾向于SGP胶片，离子型胶片SGP的剪切模量是PVB胶片的50倍以上，撕裂强度是PVB胶片的5倍以上，采用SGP胶片生产的夹层玻璃受力时，2片玻璃之间基本不会出现相对滑动，对玻璃的黏结能力也很强，能防止玻璃的破碎飞散。尤其是根据设计规范，SGP胶片相对于PVB胶片而言，可以参与抗风荷载的计算，对于玻璃肋大尺寸全玻璃幕墙而言，这可以大大减少玻璃的厚度，节约了成本。

    然而，上述节点虽然有效解决了传统节点的安全性问题，但是外观上仍然能看到不锈钢夹具，对建筑的整体效果有一定的影响。

    设计师为了追求全玻璃幕墙的通透性，在玻璃连接节点上也有所创新，比如某工程的玻璃连接节点，采用了国内比较新的钛合金SGP夹胶连接节点，在玻璃夹胶合片前，提前开槽将与玻璃热膨胀系数接近的钛合金连接板内嵌进玻璃，用SGP胶片将其固定在玻璃肋内，通过预留的钛合金连接件与玻璃面板相连，小巧的钛合金片使得全玻璃幕墙更为通透（图1）。

    图1 钛合金SGP夹胶连接节点

    除此之外，通过钛合金内嵌在玻璃中的节点形式，使得玻璃面板和玻璃肋本身不需要开孔，减少了玻璃因为开孔后孔边应力集中导致玻璃破碎的风险，在节点安全性上考虑得更加周到。

    3.1 托架法安装

    对于大尺寸的全玻璃幕墙，在安装过程中需要十分谨慎，施工过程所产生的应力对玻璃的影响很大，就算玻璃没有破碎，也会导致玻璃产生严重的变形，对后续的运营使用产生不小的影响。

    某工程采用由高10 m、宽1.8 m的超大玻璃单元板块组成的全玻璃幕墙系统，玻璃单元板超高，安装难度极大，经多种安装方案分析、论证，最终采用托架法进行安装。为此定向设计并使用了与玻璃等高的铝合金龙骨工装托架，并通过7道横向的绑带将玻璃与托架绑扎固定，然后采用汽车吊通过工装托架上预留的吊装孔进行吊装。起吊时玻璃自重能够通过7道绑带均衡地传递至托架上，确保超大玻璃变形控制在允许范围之内。待玻璃吊装至安装位置后，将超大玻璃上方的不锈钢夹具与结构进行固定连接，即可拆除玻璃托架，流水安装后续玻璃单元板，安装过程安全高效。

    值得注意的是，大尺寸玻璃在使用托架法吊装时，其翻身转换工况较为关键和复杂。由于玻璃高10 m，在安装托架时玻璃水平放置在地面，但是安装完成面是竖直状态，因此在翻身过程中，需要采用2台汽车吊，一台作为主吊，另一台作为辅吊，通过“设备先同步抬升、主吊继续抬升、辅吊同步下降”的双机协同技术，完成大尺寸玻璃单元板块“平至立”的转换，极大地降低了玻璃尾部区域起扳时产生的集中应力风险。

    3.2 吸盘法安装

    吸盘法是目前安装大尺寸玻璃最安全、通用性相对最强的方法。当然，有别于安装小型玻璃的常规吸盘，大尺寸玻璃板块往往采用带电动吸盘和转动机构的定制支承框架系统，在玻璃支承结构框架上，沿长度方向均匀布置匹配玻璃自重的电动吸盘，在框架背后设置可转动传动机构，不仅解决了玻璃翻身困难的难题，也可实现不同角度大尺寸玻璃的可靠安装。

    值得注意的是，电动吸盘实用性很强，但是一旦玻璃因为意外发生破碎很有可能造成真空吸盘失效而导致玻璃滑落，因此采用吸盘法吊装时，也应采用绑带将玻璃与吸盘支架进行绑扎，增加一道保险措施，防止玻璃的高空的滑落。

    对于玻璃肋全玻璃幕墙而言，在前期施工及安装过程中，通常都是先安装内侧的玻璃肋，再安装外侧的玻璃面板，这已经是一套非常成熟的施工工艺。然而如果玻璃肋破碎了，玻璃肋的更换就会变得十分困难。常规做法是根据安装流程倒序施工，拆除与玻璃肋连接的2块玻璃面板，再拆除并更换破碎的玻璃肋，最后恢复安装2块玻璃面板。这种做法的更换周期长，还需要拆除面板玻璃，施工风险大，可能会导致完好的面板玻璃破碎。

    本文主要介绍某项目采用的室内玻璃肋更换工艺，在不拆除面板玻璃的情况下，完成室内玻璃肋拆除及安装。

    某项目玻璃肋破碎后采用的了一种轨道式玻璃肋入槽安装拆除工艺，通过在玻璃肋两侧架设轨道，安装滑轮的方式将玻璃肋“抽”出完成面。

    1）先在主体结构上焊接1根横向转换梁用于电动葫芦的生根以及右侧安装玻璃肋的入槽轨道安装。电动葫芦需要设置2个吊点（图2）。第1个吊点用于将玻璃肋从室内平躺的位置转至竖直方向，由于吸盘法本身吸盘的自重很大，电动葫芦的起重性能有限，所以在室内更换玻璃时均采用的是托架法安装工艺；
    第2个吊点则是配合操作人员将需要更换的玻璃肋入槽至轨道处，进行后续的玻璃肋滑移安装作业。

    图2 入槽滑移法

    2）在玻璃肋顶部不锈钢挂件的两侧焊接U形滑轮组，在结构上采用2根方管作为滑移轨道，待玻璃肋进入轨道后，即可通过轨道准确地将玻璃肋推移至安装位置，达到不用拆除玻璃面板的情况下，完成对玻璃肋的更换（图3）。

    图3 玻璃肋滑轮节点示意

    入槽滑移法除了可以用在室内更换破碎的玻璃肋，同样也适用于一些狭小空间内无法使用汽车吊等大型设备的工况下，通过电动葫芦及滑轮配合入槽将大尺寸玻璃面板及玻璃肋安装到位。

    本文介绍了大尺寸玻璃肋全玻璃幕墙从节点设计的发展和不断优化、加工厂的加工制作难度到现场安装的施工工艺及风险控制，并通过工程实践分析总结了2种不同的安装技术方法和施工工艺，为类似超大面积全玻璃幕墙工程的建造提供了借鉴，也希望对玻璃肋全玻璃幕墙的应用发展起到抛砖引玉的作用。

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