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1、建筑构造（2）文字讲义绪论 建筑的建构1 建筑的建构由材料、结构和构造方式所形成的建造的逻辑关系被称之为建筑的建构，它是建筑形式产生的依据和物质技术基础。著名的建筑史学家、哥伦比亚大学建筑学教授肯尼思弗兰普顿在其所著的建构文化研究：19世纪和20世纪的建造美学中指出：“建筑的根本在于建造，在于建筑师应用材料将之构筑成整体的建筑物的创作过程和方法。”对他来讲，传统的并沿用至今的砖、瓦、灰、砂、石和现代的钢材、玻璃等，才是建筑的血和肉，与纯艺术不同，建筑不仅是时代价值观的体现，而且是我们现实生活的体验，建筑物是真实的存在而不是象征性的符号。以各种建筑风格为特点的形式是与一个时代的建筑技术水平、建造
2、方式以及应用的材料密切相关，当代建筑在材料的外部表现和建造技术方面讲究和追求忠实，导致了以更直接的方式表现从新技术而来的新的形式，即形式必须更直接地反映结构和构造关系，明确并始终如一地真实表现所应用的材料。2 材料材料运用是建筑形式设计语言的内在组成部分，材料与形式的融合是建筑设计的理想目标。毫无疑问，不同的材料具有不同的造型潜能，以及视觉、触觉感受，建筑师们不但要了解材料的物理性能，结构上的可能性，还必需要了解材料的造型特点。路易斯康把材料看成是一种“天赋”，属于自然法则，是人所不能改变的，任何一种材料都具有最适宜于它的结构形式。“要忠实于材料，并知道它究竞怎样，那么你所创造的东西就会是美的
3、”。“我既不会虚饰一个结点，也不虚饰一种材料，我使它们与建筑物的整体紧紧联系在一起”。3 结构建筑结构不仅是建筑的功能要素，它同时反映出建筑外在形象，也是极其重要的建筑形式要素。建筑师可利用建筑结构的组织规律来实现各种构思。结构可以确定空间，形成单元，并对建筑造型起着至关重要的作用，因此，结构不可避免地与建造建筑的每一个因素相联系，与建筑的品质相关联。4 构造建筑是由一系列的材料和构件组成的，构造问题与将这些材料和构件结为整体有关。建筑形式与建筑构造有着本质的关系，不同的构造方式必然会被表现出来。建筑的完美性与其恰当的构造密不可分。合理利用构造技术可以使建筑更美观、更高效和更趋理性，是建筑师运
4、用技术语言实现个人美学观的手段。密斯凡德罗将建造工艺视为建筑艺术，他说：“贝尔拉格处事严谨，他不能接受任何虚假之物。他说过，凡是构造不清晰之物均不应建造。通过他我获得了清晰的构造这一概念，并视为我们应该接受的基本原理之一。这一点知易行难。难就难在既要坚持这种基本构造，又要把他上升为一种结构。对结构，我们有一种哲学观念，结构是一种从上到下乃至最微小的细节全部都服从同一概念的整体。这就是我们所谓的结构。”“工艺运动超过一种方法，它本身就是一个世界。作为一种方法，它在几乎所有方面都是超绝的。然而，仅仅当它回复到自己，成为巨大工程结构物时，工艺才显示了自己的本性。只要工艺得到真正的体现时，它就升华为建
5、筑艺术。”第一章 高层建筑的构造第一节 高层建筑概况1 高层建筑的特点 增加了建筑的集中度，使横向和竖向联系结合起来，缩短了各部门相互间的距离，提高了工作效率。 从城市管理及规划角度看，城市建筑向高度发展，可缩短各种工程管线、道路长度。 节约用地。 造价高。 由于气流的绕行而形成紊流，使周围空间产生强烈缝隙风和涡流，这对通风和地面的行人均产生不利影响。 防灾难度大（风、火、地震）。2 风与高层建筑2.1 风与高层建筑的相互影响在建筑物的周围遇强风时会产生风向变化等影响，特别在高层建筑的周围会产生较大的影响。图中给出由风洞实验得到的建筑物建成后周边风速分布。另外，作用在建筑物上风的强弱是不断变化
6、的，因此建筑物还会产生振动问题。2.2 抗风对策在设计建筑物时，防风对策有许多种，以下介绍其中几种。2.2.1 遮挡以往人们一般采用种植防风林、绕宅林、树木等来预防强风带来的灾害。照片是日本出云地区种植的“筑地松”。出云地区常遭受冬天季节风的作用，为防止风灾，在住宅用地西侧和北侧种植抗强风的黑松，称为筑地松。1991年19号台风给这个地区造成很大的灾害，有“筑地松”的几家住宅受灾害程度较轻。如图是遮挡率分别为25%、60%和100%时，防风效果的变化。从挡风面高度的一半到4倍的距离分别对6个地点进行测定，进行风速比较。遮挡率不同。风速分布也大不相同。 遮挡率为100%时在防风围栏正后边的效果较
7、好，离防风围栏较远处效果较小。 遮挡率为25%时几乎无效。 遮挡率为60%时风速以80%递减，同时其效果波及的距离也长，防风效果最好。2.2.2 外形设计在设计建筑物时，可采取以下防风对策： 减少挡风面，选择合适的平面形状去掉建筑物的棱角（如图）。 让风穿过，选择合适的断面形状使中间层中空（如图）。2.2.3 结构设计如图分析一下在框架结构上加水平力的情况。可以看出，在梁柱接合处产生最大弯矩。框架结构也好，其他结构也好，恰当的节点连接设计是非常重要的。在框架结构中加入斜撑，将使其在水平力作用下产生的变形减小，结构变得更加牢固。与桁架结构相同，加入的斜撑根据外力的方向不同而产生拉力或压力以抵抗较
8、大的水平力。与斜撑起同样作用、能更好地抵抗水平力的构件是墙。将墙与框架结构相结合，就可以得到既经济、抗风、抗震效果又好的结构。适用的房屋最大高度（M）结构类型烈度6789框架结构同非抗震设 计554525框架-抗震墙结构12010050抗震墙结构12010060第二节 高层建筑防火构造1 防火原理1.1 火灾种类火灾时结构各部分的损伤程度依燃烧物种类的不同而不同。煤气爆炸和油箱爆炸作用在结构上的是冲击力和高热量。对一般的建筑物来说按抵抗冲击力设计是不经济的。一般的火灾，须考虑的是结构构件在热影响下受到损坏而使抵抗力降低。伦敦某公寓住宅于1968年发生煤气爆炸事故，该建筑为预制混凝土结构，由于1
9、8层发生煤气爆炸，使建筑物的一角全部破坏。如图是火灾时结构承受非常荷载作用的情况。此时，楼板由于高温作用使混凝土和钢筋强度降低，由上层重物倒塌落下的集中荷载作用所形成的破坏模式图即可作为预防对策的根据，要使钢筋有足够保护层的厚度。1.2 钢材耐热性结构材料主要采用钢和混凝土。钢材在通常的状态下可以承受较大荷载作用，但在高温下强度急剧降低，即使很小的荷载也不能承受。因此，使用钢材在火灾时很危险，应想办法隔热或采用隔热层使钢的温度保持在安全值以下。钢柱受热时会膨胀屈曲，出现将外墙推出等破坏。作为对策，应确保其耐火性能。1.3 防灾课题和对策防火灾最根本的是要防止火源。防火课题与建筑物的使用者、建筑
10、设计及设备设计的关系较大，而火灾对人的伤害大。结构设计的目标是在火灾时建筑物不倒塌。2 防火构造2.1 耐火涂料耐火涂料常用的有砂浆和硅酸钙板等，最近也有采用将耐火涂料等加热发泡，使其增厚以形成优良的隔热层的方法。2.2 高强耐火结构构件最近常使用如耐火钢和钢管混凝上柱一类，在受火灾产生的大量热量下不施加耐火保护层而能保持强度的构件。耐火钢在600C左右时的抗力也没有很大降低，对于局部火灾不必要施加耐火保护层。另外，钢管混凝土柱在火灾时外侧的钢管虽抵抗力下降，但内部的混凝土仍比较完好，能保持一定时间的轴向支承能力，在通常13小时的火灾中多数都不必作耐火保护层。2.3 避难层的设置及布置方式高层
11、民用建筑设计防火规范CB 50045-95(2001版)规定，建筑高度超过100m的公共建筑，应设置避难层(间)，首层至第一个避难层或两个避难层之间，不宜超过15层。避难层净面积按5人/m2计算。避难层可兼作设备层。避难层应设消防电梯出口，并设消防专用电话。避难层一般有敞开式和封闭式两种布置方式：敞开式即外墙为柱廊式装有可开启的百叶窗，烟雾可直接排出室外，不需设机械排烟设施，造价低，在目前高层建筑中广为采用；封闭式是在不具备自然排烟条件或使用功能，或立面要求不能作敞开或只能选用有排烟装置的情况下布置的避难层。2.4 直升飞机停机坪的设计为解决和缓和上部楼层人员在紧急情况下的疏散，高层民用建筑设
12、计防火规范规定，建筑高度超过100m，标准层面积超过1000m2的公共建筑，宜设置屋顶直升飞机停机坪，并须做到以下凡点： 必须避开高出屋顶的设备机房、电梯机房、水箱间、共用天线等突出物的距离应不小于5m。 停机坪为圆形时，其直径应为D10m，D为飞机旋翼直径。如为矩形，则短边宽度应不小于机身长度。 停机坪周围设8001000mm高的安全护栏。 通向停机坪的出口应不少于2个，每个宽不小于0.9m。 停机坪适当部位应设消火栓。 停机坪的承载能力应根据当地消防部门使用的直升飞机型号确定。起降区要考虑动荷载的冲击力。为保证夜间起降安全，应设置照明装置。应在停机坪两个方向设着陆方向灯，间距0.64m。泛
13、光灯应设在与着陆方向灯相反的方向，灯之间的间距不大于3m，并高出地面1.5m，见图1-83。第三节 电梯和自动扶梯1 电梯1.1 电梯的类型1.1.1 按使用性质分 客梯：主要用于人们在建筑物中竖向的联系。 货梯：主要用于运送货物及设备。 消防电梯：用于发生火灾、爆炸等紧急情况下作安全疏散人员和消防人员紧急救援使用。1.1.2 按电梯行驶速度分为缩短电梯等候时间，提高运送能力，需确定恰当速度。根据不同层数和不同使用要求可分为： 高速电梯。速度大于2.5ms，客梯速度随层数增加而提高，消防电梯常用高速。 中速电梯。速度在1.52.5ms，一般货梯按中速考虑。 低速电梯。速度在1.5ms以内，运送
14、食物电梯常用低速。1.2 电梯的组成1.2.1 电梯井道电梯井道壁多为钢筋混凝土井壁或框架填充墙井壁。观光电梯井壁可用通高玻璃幕墙。1.2.2 电梯机房机房和井道的平面相对位置允许机房任意向两个相邻方向伸出1米左右，如图1-79所示。1.2.3 井道基坑一般基坑深度大于等于1.4m，作为轿厢下降时所需的缓冲器的安装空间。1.2.4 组成电梯的有关部件（由电梯厂供应）1.3 电梯与建筑物的相关部位构造1.3.1 电梯井道、机房建筑的一般要求 机房内应当干燥，与水箱和烟道隔离，通风良好，寒冷地区应考虑采暖，并应有充分照明。 通向机房的通道和楼梯宽度不小于1.2m，并应有充分照明，楼梯坡度不大于45
15、。 机房楼板应平坦整洁，能承受6kPa的均布荷载。 井道壁应是垂直的、井道尺寸只允许正偏差，其值不超过：对于井道宽度和深度为50mm；在每个平面上，对井道壁与其相应的理想的偏差为30mm。 井道底坑应是防水的，300mm缓冲器水泥墩子，待安装时浇制；须留钢筋4根，伸出地面300mm。 井道壁为钢筋混凝土时；应预留150mm见方、150mm深孔洞、垂直中距2m，以便安装支架。 框架梁 (圈梁)上应预埋铁板，铁板后面的焊件与梁中钢筋焊牢。每层中间加圈梁一道。 井道壁为砖墙时，在安装时钻孔预埋导轨支架。 电梯为两台并列时，中间可不用隔墙而按一定的间隔放置钢筋混凝土梁或型钢过梁，以便安装支架。1.3.
16、2 电梯导轨支架的安装安装导轨支架分预留孔插入式和预埋铁焊接式。1.4 消防电梯的建筑要求 消防电梯应设前室，其面积居住建筑不小于4.5 m2；公共建筑不小于6 m2，若与防烟楼梯合用时居住建筑不小于6m2；公共建筑不小于10m2。 消防电梯井、机房与相邻电梯井、机房之间均应采用耐火极限不低于2h的墙隔开，如在隔墙上开门，应设甲级防火门。 前室应采用乙级防火门或具有停滞功能的防火卷帘。 井底应设排水设施。 消防电梯的行驶速度，应按从首层到顶层的运行时间不超过60s计算确定。 轿箱内应设专用电话。 应在首层设供消防队员专用的操作按钮。2 自动扶梯2.1 自动扶梯的布置方式自动扶梯在建筑物中主要有
17、以下几种布置方式(图1-81)。2.1.1 单台布置这种布置方式往往将两台自动扶梯分设于平面的两侧，一台负责向上运输客流，一台负责向下运输客流。该布置方式有利于在平面中部形成整体开敞的空间，但乘客流动不连续，上行下行的导向性也不明确。2.1.2 双台并列布置这种布置方式往往将两台电梯平行布置于一起，设在平面中部，乘客流动不连续，且搭乘场较近，升降流易发生混乱。2.1.3 双台串连布置该布置方式将各层自动扶梯有规律地偏移一定距离，其空间效果良好，同时乘客流动连续，导向性明确，但安装面积较大，适用于面积较大，进深较深且服务楼层不多的建筑。2.1.4 双台剪刀布置将两台自动扶梯交叉布置，使乘客流动升
18、降方向均为连续，且搭乘场远离，升降流不易发生混乱，安装面积较小，是目前运用较多的一种布置方式。2.2 自动扶梯的尺寸自动扶梯的角度有三种，正常情况下应选用30；当扶梯兼作楼梯使用时可选27.3 ；当紧凑布置时选用35 。扶梯宽度考虑单人上下时为600mm，单人携物时800mm，考虑双人上下时可选用1000、1200mm。其他相关尺寸如图1-82所示。2.3 自动扶梯的客流量自动扶梯踏板的宽度一般为6001000mm不等，速度为0.450.75 m/s。常用速度为0.5m/s。自动扶梯的理论载客量为400013500人次/h。其计算方法如下:Q=nv3600/0.40 Q每小时载客人次n每级踏板
19、站靠人数600mm踏板n=1800mm踏板n=1.51000mm踏板n=2.0v扶梯速度(m/s)0.40踏板螺距(m)第四节 高层建筑设备层1 定义设备层是指高层建筑的某一层，其有效面积全部或大部分用来作为空调、给排水、电气、电梯机房等设备的布置。2 位置设备层的布置一般从以下几个方面综合考虑。2.1 合理利用建筑空间高层建筑由于埋深的要求，往往都要设地下室，地下室空间不能自然采光、通风，难以满足建筑功能要求。所以，一般情况下设备层通常设在地下室或顶层。2.2 满足设备布置的要求在高层建筑中，一般将产生振动、发热量大的重型设备(如制冷机、水泵、蓄水池等)，放在建筑最下部，即地下室；将竖向负荷
20、分区用的设备(如中间水箱、水泵、空调器、热交换器等)，放在中间层；而将利用重力差的设备，或体积大、散热量大、需要对外换气的设备(如屋顶水箱、冷却塔、锅炉、送风机等)，放在建筑的最上层。2.3 与结构布置相结合高层建筑结构布置中的结构转换层、加强层等特殊楼层，由于结构构件较多、尺度较大，空间难于利用，往往用来布置设备层。2.4 与避难层相结合避难层往往用来布置设备层。3 中间设备层在高层建筑中，由于建筑高度大、层数多，设备所承受的负荷很大，因此，各设备系统(给排水、空调等)往往需要按高度进行分区，从而达到有效利用与节约设备管道空间、合理降低设备系统造价的目的。因此，高层建筑除了用地下层或屋顶层作
21、为设备层外，往往还有必要在中间层设置设备层，以使空调、给水等设备的布置达到经济、合理。设置中间设备层有以下特点： 为了支承设备重量，要求中间设备层的地板结构承载能力比标准层大，而考虑到设备系统的布置方式不同，中间设备层的层高会低于或高于标准层。 施工时，需要预埋管道附件(支架)或留孔、留洞，结构上需考虑防水、防振措施。 从高层建筑的防火要求来看，设备竖井应处理层间分隔；但从设备系统自身的布置要求来看，层间分隔增加了设备系统的复杂性，需处理好相互关系。 标准层中插入设备层增加了施工的复杂程度。从目前国内外高层建筑的情况来看，采用中间设备层有利于设备系统(特别是空调和给排水)的布置和管理。一般情况
22、下，每1020层(通常为15层)设一层中间设备层。设备层高度以能满足各种设备及其管道的布置要求为准。如果没有制冷机和锅炉，仅有各种管道和其他分散的空调设备，国内常采用层高2.2m以内的技术夹层。第五节 高层建筑地下室构造1 地下室设计原则和防潮、防水设计方案1.1 地下室设计原则1.2.1 减少埋深地下构筑物投资费用较大，施工困难，建设周期大，且随着地下室深度的增加，其压力也加大。故在满足使用条件下，应尽可能减小地下室埋深。1.2.2 简化外形地下室的外形应力求简单，减少凹凸变化，方便施工操作，保证工程质量。1.2.3 适当集中相距较近和独立分散的小地下室，应尽量合并集中，以缩小防水层面积，减
23、少透水与漏水的机会。1.2.4 脱开重载遇有局部荷载大的柱、墩、墙，或可能出现不均匀沉降的构件，应与地下室脱开，防止沉降时将防水层拉破。1.2 不同地基土和地下水高度的影响根据不同地基土与地下水位高度决定地下室防潮、防水方案。原则是： 当地下室周围土层属于强透水性的土(如砂、砾石、矿渣等)，应使地下室地面标高超过最高地下水位以上。无滞水存在时，可以考虑设一般防潮层。当地下室地面低于最高地下水位时，应根据地下水位情况，设置一定高度的防水水层。防水层的设置高度应考虑到工程建成后地下水位上升的可能性。 当地下室周围土层属于弱透水性的土，并有滞水存在的可能，防水层必须按有压水考虑。设防高度应超过地面以
24、上。1.3 防潮、防水基本方案1.3.1 挡利用各种防水材料的不透水性，挡住地下室外的液态水，防止室外水流人室内，这是目前应用最广的防水方案。1.3.2 排地下室设有良好的排水系统，将渗入地下室的积水引人集水井，然后用泵排出。此法常设有夹层墙或楼地面。排水法可以与防水层共同使用，或用于常年地下水位低于地下室地面的情况，以及用于地下室易产生大量生产、生活废水和大量凝结水，使它汇同渗入地下室的水一起排除。1.3.3 降利用人工方法，将地下室外的地下水降低到地下室地面以下，排除了压力水。此法多用于防水要求不高的地下工程，或常年地下水位低于地下室地面，仅丰水期水位增高的弱透水性土壤，或较密集的地下建筑
25、群，以及渗漏后无法补救的地下工程。2 地下室防潮构造当最高地下水位低于地下室地坪0.30.5m而无滞水可能时，地下室外墙和底板只受到土层中潮气影响，这时，一般只作防潮处理。其构造是在地下室顶板和底板中间设置水平防潮层，在地下室外墙外侧先做20mm厚1:2.5水泥砂浆找平层，并高出散水300mm以上，然后刷冷底子油一道，热沥青两道(至散水底)，最后在地下室外墙外侧回填隔水层(粘土夯实或灰土夯实)。3 地下室防水构造当最高地下水位高于地下室地坪时，因为地下水不仅可以浸入地下室，而且地下室的外墙和地板还分别受到地下水的侧压力和浮力。这种水压力大小与地下水高出地下室地坪高度有关，高差越大，压力越大，这
26、时，对地下室必须采取防水处理。常用的防水措施是采用卷材防水。3.1 柔性材料防水地下室防水工程，由于具有较大水压力以及建筑基础和地下室结构可能产生一定的变形和移位，因而，更要求防水材料特别具备有拉伸强度高、拉断延伸率大，能承受一定的荷载冲击力，适应防水基层的伸缩及开裂变形，因此，在国内外采用了以高分子合成材料和合成橡胶及树脂涂膜的弹性防水层。3.1.1 材料三元乙丙橡胶卷材。有A型和B型两种，它是冷作业，单层施工(地下室防水加附加层)。它能充分适应基层伸缩开裂变形。聚氨酯涂膜防水材料。我国现在生产双组分型聚氨酯防水材料，甲料和乙料按一定比例配合均匀，即可进行涂膜施工。3.1.2 做法一般把柔性
27、材料防水层设在地下室外墙外侧，称为外防水，它与柔性材料防水设在地下室外墙内侧相比较具有以下优点：外防水的防水层在迎水面，受压力水的作用紧压在外墙上，防水效果好，而内防水的卷材防水层在背水面，受压力水的作用容易局部脱开，外防水造成渗漏机会比内防水少。因此，一般多采用外防水，仅在修缮工程中才采用内防水。3.2 刚性材料防水刚性材料防水由防水混凝土依靠其材料本身的憎水性和密实性来达到防水目的。混凝土防水结构既是承重、围护结构、又应有可靠的防水性能。它简化了施工，加快了工程进度，改善了劳动条件。防水混凝土分为普通混凝土和掺外加剂防水混凝土两类。3.2.1 普通防水混凝土它是以调整配合比的方法，在普通混
28、凝土的基础上提高其自身密度和抗渗能力的一种混凝土。混凝土抗渗性能的好坏不仅在于材料的级配，更主要取决于混凝土的密实度。因为混凝土为非匀质材料，它的渗水是通过孔隙和裂缝进行的。提高混凝土抗渗性就要提高其密实度，抑制孔隙。但孔隙的形状和大小都与水灰比密切相关。因此，控制水灰比、水泥用量和砂率来保证混凝土中砂浆的质量和数量以抑制孔隙，使混凝土浸水一定深度而不致透过。同时，混凝土中掺用减水剂，使用水量减少，也取得了良好的抗渗效果。水灰比在0.55以内，坍落度为35cm，水泥用量以不小于320kg/m3，砂率以35%45%，灰砂比在1:1.51:2.5范围内为宜。防水混凝土结构厚度不小于250mm。3.
29、2.2 外加剂混凝土外加剂有加气混凝土(加松香皂)、三乙醇铵、三氯化铁、木质磺酸钙、建型减水剂。混凝土中加人外加剂后能增强混凝土防水性能，抗渗等级提高三倍或三倍以上。为防止地下水对防水混凝土的浸蚀，在墙外侧应抹水泥砂浆，然后涂刷沥青。第六节 高层建筑外墙构造1 高层建筑外墙的特点出于美观、耐久性要求和减轻建筑物自重等因素的考虑，高层建筑外墙多采用轻质薄壁和高档饰面材料。高层建筑外墙施工不但工作量大，而且又是高空作业，多采取标准化、定型化、预制装配等构造方式，以减少现场作业量和加快施工速度。2 高层建筑外墙类型高层建筑外墙一般为非承重墙，它的重量由主体结构支承。根据外墙的构造形式和支承方式不同分
30、为填充墙和幕墙两类。2.1 填充墙填充墙是用砖或轻质混凝土块材砌筑在结构框架梁柱之间的墙体，既可用于外墙，也可用于内墙。填充墙属手工砌筑，取材容易，造价较低，根据我国情况，在层数不多的高层建筑中，仍有其较广泛的应用前景。 2.2 幕墙2.2.1 定义幕墙是以板材形式悬挂于主体结构上的外墙，犹如悬挂的幕而得名。2.2.2 特征幕墙不承重，但要承受风荷载，并通过连接件将自重和风荷载传到主体结构。2.2.3 分类按材料区分为轻质幕墙和重质幕墙。轻质幕墙如玻璃幕墙、金属板材幕墙、纤维水泥板幕墙、复合板材幕墙等；钢筋混凝土外墙挂板则属于重质幕墙。本节主要讲授玻璃幕墙和铝板幕墙，重质幕墙在“工业化建筑构造
31、”一章中讲授。3 玻璃幕墙的优缺点玻璃幕墙是一种新型墙体，它将建筑美学、功能、技术和施工等因素有机地统一起来。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。总而言之，玻璃幕墙不仅装饰效果好，而且质量轻，安装速度快，是外墙轻型化、装配化较理想的形式。4 玻璃幕墙类型玻璃幕墙以其构造方式分为有框和无框两类。在有框玻璃幕墙中，又有明框和隐框两种。明框玻璃幕墙的金属框暴露在室外，形成外观上可见的金属格构；隐框玻璃幕墙的金属框隐蔽在玻璃的背面，室外看不见金属框。隐框玻璃幕墙又可分为全隐框玻璃幕墙和半隐框玻璃幕墙两种，半隐框玻璃幕墙可以是横明竖隐，也可以是竖明横隐。无框玻璃幕墙则不设边框，以高
32、强粘结胶将玻璃连接成整片墙，又可分为全玻璃幕墙、点支承玻璃幕墙。无框幕墙的优点是透明、轻盈、空间渗透强。玻璃幕墙以施工方法分为现场组装(元件式玻璃幕墙)和预制装配(单元式玻璃幕墙)两种。有框玻璃幕墙可现场组装，也可预制装配；无框玻璃幕墙则只能现场组装。5 元件式玻璃幕墙构造元件式玻璃幕墙是在施工现场将金属边框、玻璃、填充层和内衬墙，以一定顺序进行安装组合而成。玻璃幕墙通过边框把自重和风荷载传递到主体结构，有两种方式：通过垂直方向的竖挺或通过水平方向的横档。采用后一种方式时，需将横档支搁在主体结构立柱上，由于横档跨度不宜过大，要求框架结构立柱间距也不能太大，所以实际工程中并不多见，而多采用前一种
33、方式，如图1-32所示。元件式玻璃幕墙施工速度较慢，但其安装精度要求不很高。目前，这种幕墙在国内应用较广。5.1 金属框的断面与连接方式5.1.1 金属框常用断面形式金属边框可用铝合金、铜合金、不锈钢等型材作成。铝合金型材易加工、外表美观、耐久、质轻，是玻璃幕墙最理想的边框材料。竖挺和横档的断面形状根据受力、框料连接方式、玻璃安装固定、幕墙凝结水的排除等因素确定。图1-33是国内一些玻璃幕墙所采用的边框型材断面举例。5.1.2 竖挺与楼板的连接竖挺通过连接件固定在楼板上，连接件的设计与安装，要考虑竖挺能在上下左右前后均可调节移动，所以连接件上的所有螺栓孔都设计成椭圆形的长孔。图1-34是几种不
34、同的连接件示例。连接件可以置于楼板的上表面、侧面和下表面，一般情况是置于楼板上表面，因便于操作，故采用得较多。竖挺与楼板之间应留有一定的间隙，以方便施工安装时的调差工作。一般情况下，间隙为100mm左右，见图1-35(C)。5.1.3 竖挺与横档的连接竖挺与横档通过角形铝铸件或专用铝型材连接。铝角与竖挺、铝角与横档均用螺栓固定，见图1-35(a)、(b)。5.1.4 竖挺与竖挺的连接通常玻璃幕墙的竖挺依一个层间高度来划分，即竖挺的高度等于层高。因此，相邻层间的竖挺需要通过套筒来连接，竖挺与竖挺之间应留有1520mm的空隙，以解决金属的热胀问题。考虑到防水，还需用密封胶嵌缝。见图1-35(c)。
35、5.2 玻璃的选择与镶嵌5.2.1 玻璃的种类、性能与选择在选择玻璃时，应主要考虑玻璃的安全性能和热工性能。从热工性能方面来看，可考虑选择吸热玻璃、反射玻璃、中空玻璃等。 吸热玻璃是在透明玻璃生产时，在原料中加入极微量的金属氧化物，便成了带颜色的吸热玻璃，它的特点是能使可见光透过而限制带热量的红外线通过，由于其价格适中，热工性能较好，有一定的应用范围。 反射玻璃是在透明玻璃、钢化玻璃、吸热玻璃一侧镀上反射膜，通过反射太阳光的热辐射而达到隔热目的。6mm厚的普通玻璃透过太阳的可见光高达78%，而同样厚度的反射玻璃仅能透过26%，见图3-40 (a)、(b)。目前，低反射玻璃采用较多，因为高反射玻
36、璃会产生强烈的光污染问题。 中空玻璃系将两片以上的平板透明玻璃、钢化玻璃、吸热玻璃等与边框焊接、胶接或熔接密封而成。玻璃之间有一定距离，常为612mm，形成干燥空气间层，或抽成真空，或者充以惰性气体，以取得隔热和保温效果。热工性能、隔声效果较吸热玻璃、反射玻璃更佳。图1-36为一种常见中空玻璃单元的构造示意。它的传热系数可由单层玻璃的5.8W/(m2K)降为1.7W/(m2K)，透过的阳光可降到10%左右，如图3-40(C)。从安全性能方面来看，可考虑选择钢化玻璃、夹层玻璃等。 钢化玻璃是把浮法玻璃加热至650C，并同时在玻璃表面统一吹入空气，而使玻璃迅速冷却制作的。钢化玻璃的强度是普通玻璃的
37、1.533倍，当被打破时，它变成许多细小、无锐角的碎片，从而避免伤人。 夹层玻璃是由两片或多片玻璃用透明的聚乙烯醇酯丁醛 (PVB)胶片牢固粘结而成。夹层玻璃具有良好的抗冲击性能和破碎时的安全性能。因为当夹层玻璃受到冲击破碎时。碎片粘在中间PVB膜上，不会有玻璃碎片伤人，透光系数为28%55%。5.2.2 明框幕墙的玻璃安装在明框玻璃幕墙中，玻璃是镶嵌在竖挺、横档等金属框上，并用金属压条卡住。玻璃与金属框接缝处的防水构造处理是保证幕墙防风雨性能的关键部位。接缝构造目前采用的方式有三层构造层，即密封层、密封衬垫层、空腔，如图1-37所示。密封层是接缝防水的重要屏障，它应具有很好的防渗性、防老化性
38、、无腐蚀性，并具有保持弹性的能力，以适应结构变形和温度伸缩引起的移动。密封层有现注式和成型式两种，现注式接缝严密，密封性好，采用较广。成型式密封层是将密封材料在工厂挤压成一定形状后嵌入缝中，施工简便。密封衬垫，它具有隔离层作用，使密封层与金属框底部脱开，减少由于金属框变形引起密封层变形。密封衬垫常为成型式。根据它的作用，要求密封衬垫应以合成橡胶等粘合性不大而延伸性好的材料为佳。玻璃是由垫块支撑在金属框内，玻璃与金属框之间形成空腔。空腔可防止挤入缝内的雨水因毛细现象进人室内。图1-38为玻璃镶嵌在金属框中的节点详图。5.2.3 隐框幕墙玻璃板块的制作与安装在隐框玻璃幕墙中，金属框隐蔽在玻璃的背面
39、。因此，它需要制作一个从外面看不见框的玻璃板块，然后采用压块、挂钩等方式与幕墙的主体结构连接，见图1-39。玻璃板块由玻璃、附框和定位胶条、粘结材料组成，见图1-40。附框通常采用铝合金型材制作，然后用双面贴胶带将玻璃与附框定位，再现注结构胶。待结构胶固化并达到强度后，方可进行现场的安装工作。 在玻璃的安装过程中，板块与板块之间形成的横缝与竖缝都要进行防水处理。首先是在缝中填塞泡沫垫杆，垫杆尺寸应比缝宽稍大，才能嵌固稳当。然后用现注式耐候密封胶灌注。5.3 立面划分玻璃幕墙的立面划分系指竖挺和横档组成的框格形状和大小的确定，立面划分与幕墙使用的材料规格、风荷载大小、室内装修要求、建筑立面造型等
40、因素密切相关。图2-42是元件式玻璃幕墙立面划分的几种分格方式。幕墙框格的大小必须考虑玻璃的规格，太大的框格容易造成玻璃破碎。竖挺是元件式玻璃幕墙的主要受力杆件，竖挺间距应根据其断面大小和风荷载确定。风荷载是玻璃幕墙的主要荷载，一般不仅做正风力计算，对高层建筑还应该作负风向力(吸力)计算。后者易被忽略，但却是最危险的，刮台风时，许多玻璃是被吹离建筑物，而不是吹进建筑物。风荷载的选取视地区、气候和建筑物的高度而定。我国一般地区100m以下的高层建筑承受1.97kPa的风压，沿海地区为2.60kPa，而台湾、海南地区则可达4.90kPa。通常竖挺间距不宜超过1.5m。横档的间距除了考虑玻璃的规格外
41、，更重要的是如何与开启窗位置、室内吊顶棚位置相协调。一般情况下，窗台处和吊顶棚标高处均宜设一根横档，这样可使窗台与幕墙、吊顶棚与幕墙的连接更方便。在一个楼层高度(H)范围内平均出现两根横档，它们之间的间距视室内开窗面积大小、窗台高低、顶棚位置、立面造型等因素而定。横档间距一般不宜超过2m。 5.4 玻璃幕墙的内衬墙和细部构造5.4.1 幕墙内衬墙由于建筑造型需要，玻璃幕墙建筑常常设计成面积很大的整片玻璃墙面，这给建筑功能带来一系列问题，多数情况下，室内不必用这么大的玻璃面来采光通风，加之玻璃的热工性能差，大片玻璃墙面难以达到保暖隔热要求，幕墙与楼板和柱子之间均有缝隙，这对防火、隔声均不利，这些
42、缝隙成为左右相邻房间、上下楼层之间噪声传播的通路和火灾蔓延的突破口。因此，在玻璃幕墙背面一般要另设一道内衬墙，以改善玻璃幕墙的防火性能、热工性能和隔声性能。内衬墙可按隔墙构造方式设置，通常用轻质块材做成砌块墙，或在金属骨架外装钉饰面板材做成轻骨架板材墙。内衬墙一般支搁在楼板上，并与玻璃幕墙之间形成一道空气间层，它能够改善幕墙的保温隔热性能。如果在寒冷地区，还可用玻璃棉、矿棉一类轻质保暖材料填充在内衬墙与幕墙之间，如果再加铺一层铝箔则隔热效果更佳。5.4.2 幕墙防火构造根据玻璃幕墙工程技术规范JGJl022003和高层民用建筑设计防火规范GB 5004595的有关规定，高层建筑的水平和竖向防火
43、分区应在构造上予以保证。玻璃幕墙与各层楼板和隔墙间的缝隙，必须采用耐火极限不低于1h的防火材料填堵密实，见图1-43(a)。一般来说，同一幕墙单元不宜穿越两个防火分区，若建筑设计要求通透隔断时，可采用防火玻璃，但耐火极限应满足要求。当建筑设计不考虑设衬墙时，可在每层楼板外沿设置耐火极限不小于1h，高度不小于0.8m的实体墙裙或防火玻璃墙裙。5.4.3 幕墙排冷凝水构造在明框幕墙中，由于金属框外露，不可避免的形成了“冷桥”。因此，在玻璃、铝框、内衬墙和楼板外侧等处，在寒冷天气会出现凝结水。因此，要设法将这些凝结水及时排走，可将幕墙的横档作成排水沟槽，并设滴水孔，见图1-43(b)。此外，还应在楼
44、板侧壁设一道铝制披水板，把凝结水引导至横档中排走，如图1-43(a)。在隐框幕墙中，金属框是隐蔽在玻璃的背面的，因而避免了冷桥的出现，它的热工性能优于明框幕墙。6 单元式玻璃幕墙构造这是一种工厂预制组合系统，铝型材加工，墙框组合，镶装玻璃，嵌条密封等工序都在工厂进行，玻璃幕墙的产品标准化、生产自动化，最重要的是容易严格控制质量。预制组合好的幕墙板，运到现场直接与建筑结构连接而成，为便于安装，板的规格应与结构相一致。当幕墙板悬挂在楼板或梁上时，板的高度为层高，若与柱连接。板的宽度为一个柱距。6.1 幕墙定型单元单元式玻璃幕墙在工厂将玻璃、铝框、保温隔热材料组装成一块块的幕墙定型单元，每一单元一般
45、为一个层高，甚至23个层高，其宽度视运输安装条件而定，一般为34m。图2-41为幕墙定型单元示例，由于高层建筑大多用空调来调节室内气候，故定型单元的大多数玻璃是固定的，只有少数玻璃扇开启。开启方式多用上悬窗或推拉窗，开启扇的大小和位置根据室内布置要求确定。6.2 幕墙立面划分元件式幕墙的立面常以竖挺拉通为特征，而单元式幕墙的安装元件是整块玻璃组成的墙板，因而其立面划分比较灵活。除横缝、竖缝拉通布置外，也可采用竖缝错开，横缝拉通的划分方式。单元式幕墙进行立面划分时，上下墙板的接缝 (横缝)略高于楼面标高(200300mm)，以便安装时进行墙板固定和板缝密封操作，左右两块幕墙板之间的垂直缝宜与框架
46、柱错开，所以幕墙板的竖缝和横缝应分别与结构骨架的柱中心线和楼板梁错开，如图2-42所示。6.3 幕墙板的安装与固定幕墙板与主体结构的梁或板的连接通常有两种方式。6.3.1 扁担支撑式如图1-47所示，先在幕墙板背面装上一根镀锌方钢管(俗称铁扁担，如图1-47中立面图虚线所示)，幕墙板通过这根铁扁担支搁在角形钢牛腿上，为了防止振动，幕墙板与牛腿接触处均垫上防振橡胶垫。当幕墙板就位找正后，随即用螺栓将铁扁担固定在牛腿上，而牛腿是通过预埋槽铁与框架梁相连的。6.3.2 挂钩式如图1-48所示，相邻幕墙单元的竖框通过钢挂钩固定在预埋铁角上。6.4 幕墙板之间的接缝构造由于幕墙板之间都留有一定空隙，因此该处的接缝防水构造就十分重要，通常有三种方法进行处理。内锁契合法，见图1-49(a)。衬垫法，见图1-49 (b)。密封胶嵌缝法，见图1-49 (C)。在以上三种方法中，都运用了等压腔原理，因此防水效果是有保障的。7 无框式玻璃募墙构造7.1 全玻璃幕墙这种玻璃幕墙在视线范围不出现铝合金框料，为增强玻璃刚度，每隔一定距离用条形玻璃板作为加强肋板，玻璃板加强肋垂直于玻璃幕墙表面设置。因其设置的位置如板的肋一样，又称为肋玻璃，玻璃幕墙称为面玻璃，面玻
