超大跨度无肋玻璃幕墙的设计及施工技术应用研究

超大跨度无肋玻璃幕墙的设计及施工技术应用研究

--以浦东美术馆幕墙工程为例

李哲

上海江河幕墙系统工程有限公司 上海 201601

摘 要：随着近几年来我国社会以及经济等方面的不断进步，建筑行业也得到了进一步的发展，各种造型独特的玻璃幕墙设计层出不穷。基于此，本文以浦东美术馆幕墙工程为例，结合实际建筑特点和设计需求，围绕超大跨无肋全玻幕墙的设计要点展开详细分析和探讨，以期能够为相关工作者提供有效的参考。

关键词：大跨度无肋；全玻幕墙；施工技术；设计要点；浦东美术馆

引言：

玻璃幕墙是建筑幕墙的一种，由玻璃以及支撑结构组成，是一种不承重的建筑物外墙围护结构，随着近年来我国科学技术、材料研究等方面的不断发展，越来越多的建筑物采用通透的全玻幕墙，建筑全玻璃幕墙也得到极大地发展，在当今建筑行业中有着十分重要的地位。相比于其他建筑而言，全玻幕墙会受到风力以及地震的影响，这也就对这类建筑形式提出了更高的要求，因此针对超大跨无肋全玻幕墙的设计分析是十分有必要。

1.全玻幕墙

传统意义的全玻幕墙分为两大类型：玻璃肋作为主受力构件的全玻幕墙和无玻璃肋的（橱窗式）玻璃幕墙。

1.1.玻璃肋式全玻幕墙

玻璃肋式全玻幕墙是常用的形式，玻璃面板作为外装饰面，玻璃肋作为主受力构件，玻璃面板受力形式为对边支撑面板或者四边支撑的面板，玻璃肋简化为简支梁的计算模型，安装方式通常是吊挂式。

1.2.无玻璃肋的（橱窗式）玻璃幕墙

无玻璃肋的（橱窗式）玻璃幕墙，是近几年逐渐流行的幕墙形式，以往无玻璃肋的（橱窗式）玻璃幕墙通常用于室内展厅。因为它的通透性和超宽超高的视觉效果，逐渐用于外装饰幕墙。玻璃面板既作为外装饰面又作为主受力构件，玻璃面板受力形式为对边支撑面板，安装方式通常是落地式。

2.浦东美术馆幕墙工程分析

2.1.规范要求

根据玻璃幕墙工程技术规范JGJ102-2003中第7.1.1表中的规定限制了玻璃的高度及厚度，主要考虑在自重作用下面板处于偏心受压状态容易发生失稳。玻璃面板的变形较大影响美观。随着玻璃制作工艺的不断进步，超宽超高全玻幕墙的应用越来越广泛。玻璃厚度可以根据实际受力情况增加到五层夹胶玻璃、六层夹胶玻璃。能有效的解决变形问题，于是越来越多的工程采用无肋全玻幕墙的形式。现在我要介绍的是

上海浦东美术馆的无玻璃肋的全玻幕墙的设计要点及施工措施。

2.2.工程概况介绍

浦东美术馆项目位于上海陆家嘴滨江1排1座，面对外滩历史建筑群，背靠东方明珠，总建筑面积约4万平方米，建筑地下二层、地上四层，由让·努维尔团队设计、一建集团建设。作为浦东新区重大文化工程，同时也是“国内首家以展示国外优秀艺术作品为特色的展示型美术馆”，浦东美术馆将被打造成为“上海国际文化场馆新地标”和“国际文化艺术交流的重要平台”。

3.设计要点

面朝黄浦江的观景长廊作为浦东美术馆的一大亮点，其面向黄浦江的外立面采用的正是“大玻璃”橱窗，该幕墙单块玻璃为中国目前面积最大、最重、无肋单元板块，单块大玻璃尺寸为3米×12.5米。

本工程所用玻璃原片均采用咸宁南玻苹果级超白玻璃，中空玻璃采用氩气+暖边条，一方面可以获取较高的可见光透射率以及较低的传热系数，可以节约室内照明和空调能源的利用；另一方面玻璃的反射率可以不超过 15%，满足地方规定的反射率指标，从而降低了光污染，减少了对周边建筑的影响。

3.1.玻璃等效厚度计算

面板采用超白钢化夹胶中空玻璃TP15+1.52SGP+ TP15+1.52SGP+ TP15+1.52SGP+ TP15+1.52SGP+ TP15+16Ar+ TP15+1.52SGP+ TP15,共七层。单块玻璃重量达10吨。玻璃面板采用落地式，上下边入槽，作用在玻璃面板上的荷载传递到上下端钢槽中。由于采用SGP胶片，计算玻璃的等效厚度大于所有玻璃厚度之和，计算思路将玻璃两两折算等效厚度，累加之和计算出强度等效厚度和刚度等效厚度。

参考规范：ASTM E1300（2012）

用于强度计算时的等效厚度h_1ef=80.62 mm

用于挠度计算时的等效厚度h_2ef=80.44 mm

3.2.荷载分析过程

3.2.1工况一分析过程

玻璃面板分析过程如下：正常情况下，该面板承受水平风荷载与地震荷载，即为工况一。以图例的形式进行说明：

图1： 工况一

3.2.2工况二分析过程

该面板承受地震荷载，即为工况二。相邻玻璃面板的错动为15mm,下部平面内转动功能的支撑点以适应地震层间变形。以图例的形式进行说明：

图2： 工况二

3.2.3工况三分析过程

当楼面恒荷载、活荷载长期作用下，主体结构发生竖向沉降，即为工况三。玻璃平面内侧向约束点，确保玻璃板块竖直，不发生侧向倾倒，避免结构胶长期受力,竖直方向可伸缩,随主体结构一起沉降。以图例的形式进行说明：

图3： 工况三

3.3.节点设计的关键把控

设计思路是玻璃底部只有一个承重点，原因是避免超重玻璃设置两个承重点，左右端竖向沉降不一致，出现错缝的现象。如果设置两个垫块，玻璃竖向位移相差较多的情况下，其中一个垫块失效。玻璃面板发生倾斜的现象。因此考虑在正中位置安置滑动支座承重，微调玻璃处于垂直状态。安装到位后通过角码和机制钉进行限位。设计时还需要考虑玻璃入槽满足楼层间的变形要求，本工程主体结构变形57mm,所以上部玻璃入槽深度要有足够的搭接量。同时主体结构梁预起拱30mm。以期安装完成后变形不至于过大，有个完美的视觉效果。上部节点增加侧向约束，确保玻璃板块竖直，不发生侧向倾倒。槽内螺栓位置开竖向长腰孔，能容纳主体结构的位移量。竖直方向可伸缩, 避免结构胶长期受力。同时考虑防坠落措施，当玻璃面板破损的时候，上部节点槽内连接螺栓起到防坠作用。

4.现场施工方案

4.1.施工顺序

现场进行大玻璃的吊装及安装也绝非易事，超大玻璃安装顺序为：将玻璃板块与背负钢架绑扎—起吊—玻璃起吊到定位点—面板微调—压板固定，安装完成。

图4：现场施工吊装图

4.2.施工难点

观景长廊的“大玻璃”安装阶段对于风险点防控有着极高的要求。安装“大玻璃”存在四大难点：一是受限于现场施工场地狭小，运输车无法直接进入场内，故超大、超重的单块玻璃，其现场运输与倒运十分困难；二是玻璃由垂直到水平的这个过程极易造成玻璃损坏，中间的玻璃防护措施难度大；三是镜面玻璃由室外运输到室内安装位置的过程中，机械操作与人工配合的难度大；四是常规的定制吸盘已不能满足超大玻璃的安装要求。

4.3.施工技术突破

于是我们设计出新型玻璃安装带大玻璃安装背负钢架技术，经专业机构论证有效解决了传统措施无法施工的技术难题。12.5m高超大尺寸双层玻璃吊装施工方案，着手制定了超大全玻幕墙工程质量验收标准，解决了超大玻璃幕墙验收问题，填补了此项行业质量验收的空白。

大玻璃安装背负钢架由背负钢架、吊带。吊带松紧器和橡胶垫块组成。幕墙玻璃安装时将玻璃安置在背负钢架上，用橡胶垫块包在绷带与玻璃边的接触面。吊装绑带将玻璃与背负钢架绑扎牢固后，检查绑扎松紧度，同时吊装钢丝绳通过U型环与背负钢架连接固定，起吊时控制起吊速度，平稳吊装至安装高度，下口记住安装位置，根据位置调整上口固定节点。临时固定好玻璃后拆除吊装带，将背负钢架脱离玻璃吊装至地面。背负钢架能大大减小玻璃至安装过程中挠度变形过大的问题，可根据玻璃尺寸和安装节点可定制不同尺寸的背负钢架。

5.结论与展望

综上所述，在进行无玻璃肋的（橱窗式）玻璃幕墙的过程中，结构的安全设计直接影响着整体工程质量安全，需要对其力学原理以及荷载等相关数据进行科学准确的计算分析，才能够保障设计的合理性。相信随着对于幕墙设计的不断深入研究，我国建筑幕墙行业将会得到进一步发展。今年7月，让我们在浦东美术馆继续我们的艺术之旅，期待与你的相遇。

参考文献:

[1]《上海市幕墙工程技术规范》DGJ08-56-2012

[2]《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003

[3]《建筑幕墙》GB21086-2007

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