玻璃幕墙构造原理PPT课件

1 玻璃幕墙构造原理与实例分析 建筑101班于凌岩2010051103齐岳2010051117赵芸浩2010051 2 1高层玻璃幕墙建筑的源起 1851年约瑟夫 帕克斯顿在英国世界博览上设计的水晶宫是历史上第一个大型的玻璃幕墙建筑 开创了采用标准构件 钢铁和玻璃两种新材料的设计和建造的先河 此后 随着20世纪初钢筋混凝土结构体系的成熟 框架理论的应用 传统建筑中墙体结构与建筑的支撑体系得以分离 简洁实用 直截了当和功能至上 成为先锋派设计师们的价值追求 大面积的连续横向开窗替代了旧式建筑厚重的外墙和各式窄窗 解放了建筑的立面 使室外景观传统立面设计的束缚 3 高层玻璃幕墙建筑开始于1919年斯 凡 德 罗在他设计的弗雷德里希路办公大楼e 图1 提出了将窗墙合二而一 成为世界上第一个采用全部玻璃 钢结构设计的高层建筑方案 被密斯称之为 骨头与皮肤 的结构 也是目前全世界玻璃幕墙建筑结构的雏形 1921年 他进一步发展这种形式 建造了一个采用这两种建筑材料做成的高层玻璃摩天大楼模型 成为 玻璃摩天大楼 图2 整个建筑立面采用玻璃幕墙结构 完全通透 体现了整个建筑结构 这两 4 个设计都具有简单到极点的形式特点 是密斯 少就是多 原则的最早集中体现 他认为玻璃幕墙起反射作用 没有阴影 可得出最简洁的造型 同时 映现出周围景色 可得到丰富多彩的艺术效果 密斯的方案 完全是从造型艺术角度提出的 但用当时仅有的透明玻璃来做墙 其导热系数约为5千卡 小时 平米 这样大型的全玻璃幕墙建筑 冬天取暖与夏天制冷是难以承受的负担 加上眩光使人眼花缭乱 在当时是不切实际的 5 进入国际主义建筑时期 密斯对于 少就是多 和高度工业化语汇的立场到美国之后逐步明朗化 1958年 密斯与菲利普 约翰逊 PhillipJohnson 合作完成38层玻璃幕墙的西格拉姆大厦 SeagramBuilding 图3 实现了密斯本人在20世纪20年代初的摩天楼构想 建筑外形极为简单 为直上直下的正六面体 按照密斯一贯主张 采用20世纪50年代新材料染色隔热玻璃作幕墙 夏季可以避免阳光的曝晒 节约制冷费 还可避免眩光 整个建筑的细部 6 7 8 9 10 处理都经过慎重推敲 简洁细致 突出材质和工艺的审美品质 西格拉姆大厦虽还没达到密斯设想的高反射全玻璃幕墙的境地 但它新颖的造型与较为适用的功能 讲求技术精美的风格和 少就是多 的主张以及对玻璃的使用 大大地丰富了建筑艺术 使西格拉姆大厦成了高层玻璃幕墙建筑的纪念碑 11 而实际上 1952年建成的由SOM设计事务所 Skidimore Owings Merrill 设计的21层纽约利华公司大厦 图4 是世界上第一座高层玻璃幕墙建筑 它比密斯的 西格拉姆大厦 早6年完成 大厦采用全部玻璃幕墙结构 建筑所有功能部分都包裹在简单的玻璃外壳之内 可说是吸收了密斯思想和设计原则的 早于密斯同类建筑在纽约的第一个国际主义风格高层建筑 12 此后 直到后现代主义运动兴起 高层玻璃幕墙建筑基本保持着密斯玻璃盒子的国际主义风格 比如 1952年由美国建筑师华莱士 哈里逊主持设计的纽约联合国大厦 图5 大厦2700个窗口采用玻璃幕墙结构 采用铝合金框构成 形成一个巨大的玻璃盒子形式 1971年建成的 由贝聿铭建筑师事务所设计的60层超高层波士顿汉考克大厦 图6 是一幢完全体现了密斯的设想的 简洁 纯净得一无所有的浅蓝色镜面玻璃幕墙摩天大楼 13 2高层玻璃幕墙建筑的发展 国际主义建筑运动在20世纪50年代开始在美国形成体系 到1960年达到高潮 并影响世界各国 20世纪70年代以后 国际主义 风格因为种种原因逐渐开始衰退 从而造成了包括后现代主义 新现代主义 解构主义 高技派等一系列设计运动的产生 高层玻璃幕墙建筑风格也由此开始转变 形成多元化发展的态势 14 后现代主义菲利普 约翰逊在20世纪70年代脱颖而出 认识到国际主义的局限 探索发展的可能性 成为后现代主义建筑的最重要大师 完成于1976年的约150m高的36层潘索尔大厦 图7 极具戏剧化的雕塑剪影效果 是约翰逊从密斯国际主义风格向后现代主义转变的里程碑 双塔外墙由古铜色镜面玻璃和氧化铝窗框构成的玻璃幕墙 其美学形象跳出了简单的方盒子概念 两幢古铜色镜面玻璃高塔 相互照映出各自的轮廓 两座梯形平面高塔间存在明显的张力 其斜面和尖角 加 15 上地面和顶部三角形的玻璃顶 从不同角度望去 在城市风景中呈现出多变的视觉效果 约翰逊极富想象力地实践玻璃幕墙建筑 1984年在平板玻璃公司总部 图8 中 他大胆地尝试赋予现代的玻璃建筑以后现代式的古典外形 采用导热系数远低于一般玻璃 甚至几乎可以和石材的保温性能相媲美的高反射率玻璃 整组建筑都带有长而尖的顶 231个尖顶令人想起伦敦的英国议会大厦 立面上那些由方形和三角形凹凸形成的起伏的竖直线条在反射玻璃的反映强化下使整装建筑显得更加挺拔壮观 16 KPF建筑事务所 KohnPedersenFoxAssociates 20世纪八九十年代的作品具有古典主义因素 对称的 中心式布局 古典的装饰和三段式的立面频颇登场 设计于1981年的芝加哥沃克道333号大楼 图9 在具象表达与抽象表达之间形成对话 弧形的立面由于顶部切削出的线形体块更具有动感 建筑的底部以石材的沉重体量植根于大地 与上部玻璃体量的轻盈形成对照 这座建筑通过它具有雕塑感的 水平划分的玻璃体与周围厚重的石头建筑形成的对照加入到它的环境中 17 新现代主义虽然不少设计家在20世纪70年代认为现代主义已经穷途末路了 但仍然有一些坚持现代主义的传统 按照现代主义基本语汇进行设计 根据新的需要给现代主义加入新的简单形式的象征意义的建筑师 其中包括西萨 佩里 贝聿铭等 他们的设计都体现了继续采用现代主义的简单 明确 功能主义的方式 同时进行各种不同的个人诠释 这样 形成了现代主义建筑基础上的个人性变化 这种探索的方向被称为 新现代主义 18 西萨 佩里 CesarPelli 开始是沿国际主义风格发展 而其转折点是1971年设计的太平洋设计中心 PacificDesignCenter 图10 分三期发展的幕墙分别为绿 蓝 红色不透明彩色镜面玻璃 反射丰富而强烈 庞大的体积 简单的几何形式 全部采用单向彩色玻璃组成 体现了他在现代主义 国际主义风格的基础上的发展 利用色彩 夸张的几何体积打破国际主义风格过于讲究传统比例造成的刻板 单调面貌 19 香港中国银行大厦 图11 贝聿铭建筑师事务所设计 楼高315m 大厦三层楼高的石质墩座上是玻璃幕墙楼层 结构采用4角12层高的巨形钢柱支撑 室内无一根柱子 外型像竹子的 节节高升 象征着力量 生机 茁壮和锐意进取的精神 基座的麻石外墙代表长城 代表中国 20 法国新现代主义代表多米尼克 佩劳1988 1996年设计的巴黎法国国家图书馆大楼建筑群 FrenchNationalLibrary 图12 被密特朗称为法兰西最高的建筑艺术珍品 图书馆的上半部分为四本形状如同打开的书似的四座玻璃大厦 下半部分埋在地下 建筑设计采用先进的科学技术 实现内外和谐 所有的墙壁或是铝合金或是玻璃 玻璃及金属材料给人以强烈现代意识 为了保护图书 避免阳光辐射 玻璃墙内又加了一层活动木板墙 当阳光照射时 大厦就变成了本木色 背阳光时则亮丽透明 21 解构主义随着结构 材料等科学技术的进一步发展 解构主义建筑业逐步脱离了早期工业建筑材料阶段 走向费用高昂 形式更加古怪 支离破碎的阶段 应用立体模型及动画协助设计师构界设计界的广泛关注 荷兰大都会建筑事务所 OMA 设计的中国中央电视台新台址 CCTV主楼是由两个立体的Z字搭建而成的立体门型建筑 图13 建筑结构的支撑系统表达了CCTV主楼大面积玻璃幕墙的凹凸韵律 菱形的窗洞形成了立面的分格 22 蓝天组 CoopHimmelb l au 规划设计德国慕尼黑宝马世界 图14 大胆创新的结构形式 技术与建筑形态良好结合 追求空间的活力和动态 钢与玻璃的建构 轻盈的屋顶如云般漂浮在双锥体上 成为城市中充满引力的形象 不仅在建筑形态上 同时在生态技术上也同样体现着未来派的风格 屋顶上太阳能板收集到的太阳能被用于冬季供暖和夏季降温 通过内置温控系统的幕墙调节室内温度 围护建筑的所有玻璃幕墙热传导幕数都很低 达到了令人舒适的表面 23 温度 向阳面有外置的金属遮阳板 避免夏季阳光直射 主要通过巨大的玻璃幕墙直接通风 当外界条件适合时 面积巨大的墙面可以打开 使得内外部空间在气候上成为一个整体 24 高技派高技派在建筑形式上突出当代技术的特色 突显科学技术的象征性内容 以夸张的形式来达到突出高科技是社会发展动力的目的 以最大限度实现技术的灵活化 以适应社会发展的需求 尽力采用生态的技术 以降低建筑对大自然的干扰度 用技术还人们一个诗意的生活环境 科学地利用先进的高新技术 让技术技巧地运作 满足人们自我欣赏的普遍心理 25 理查德 罗杰斯 RichardRogers 的伦敦劳埃德注册公司 Lloyd sRegister 图15 精细的玻璃全景电梯 明亮颜色的钢架 采用高度透明的建筑形式将阳光引入拥挤的基地 通过大面积地运用透明材质 将虚幻的美推向极致 几乎全部采用玻璃作为建筑的表皮 使建筑看上去像是一个晶莹剔透的水晶体 建筑的形象日光照射角度发生改变 建筑在人眼中的最终形象 是由建筑轮廓和光线的相互作用生成的 26 诺曼 福斯特 NormanFoster 设计的伦敦市政厅 图16 外观犹如一个斜置的卵形 主体结构为钢网架 外覆玻璃 既轻盈又通体透明 高达50m的斜卵奇特的外观是经过精确计算获得的最佳节能效果 向南倾斜可以借上层的出挑来遮挡烈日的曝晒 以保持室内的清凉 建筑形式象征着谦虚低调 建筑的饰面设计时为了能够使太阳光在建筑上投下适宜的阴影图案 深思熟虑的建筑覆层使得建筑可以控制对阳光的吸收提供一个亲切的工作环境 27 玻璃幕墙的定义 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的地统一起来 玻璃幕墙建筑的外观可随着玻璃透明的不同和光线的变化产生动态的美感 特别是随着高层建筑的发展 玻璃幕墙的使用更加广泛 世界许多著名的高层建筑都采用玻璃幕墙 如美国芝加哥西尔斯大厦 德国法兰克福商业银行大厦 马来西亚佩重纳斯双塔 香港中国银行大厦 上海金茂大厦等 28 不仅仅再像机器时代那样对极致的追求 严丝合缝的节点 一丝不苟的细部等 数字时代更灵活有弹性 形式语言的处理上有多种方法 曲线 错位 透明等等 所有的自由造型都是通过计算机计算加工 需要严密的逻辑和理性的推算 玻璃幕墙材料则更多选用层次丰富的不确定材料 通过其本身或与其他透明及不透明的材料相互搭配 组合成或网或雾等各种状态 达到半掩半映的效果 29 30 玻璃幕墙的分类 玻璃幕墙包括 斜玻璃幕墙 框支承玻璃幕墙 全玻幕墙及点支承玻璃幕墙 框支承玻璃幕墙按幕墙形式可分为 1 明框玻璃幕墙2 隐框玻璃幕墙3 隐框玻璃幕墙按幕墙安装施工方法可分为 1 单元式玻璃幕墙2 构件式玻璃幕墙 31 玻璃幕墙构造分析 1 构造件式玻璃幕墙的构造构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 通过垂直方向的竖梃或通过水平方向的横档 金属框的断面与连接方式 1 金框常用的断面形式铝合金型材易加工 外表美观 耐久 质轻 是玻璃幕墙最理想的边框材料 32 2 竖梃和楼板的连接竖梃通过连接件连接在楼板上 连接件的设计与安装 要考虑竖梃在上下 左右 前后三个方向均可调节移动 所以连接件上的所有螺栓孔都设计成椭圆形的长孔 3 竖梃与横档的连接竖梃与横档的角形铝铸件或专用铝型材连接 铝角与竖梃 铝角与横档均用螺栓固定 4 竖梃与竖梃的连接通常玻璃幕墙的竖梃依一个层间高度来划分 即竖梃的高度等于层高 因此 相邻间的竖梃需要通过套筒来连接 竖梃与竖梃之间需要留有15 20mm的空隙 已解决金属的热胀问题 考虑到防水还需要密封胶嵌缝 33 34 35 单元式玻璃幕墙构造这是一种工厂预制组合系统 它将面板和金属框架在工厂组装为幕墙单元 以幕墙单元形式在现场完成安装施工的框支承玻璃幕墙 单元玻璃幕墙标准节点设计单元式玻璃幕墙与框架幕墙主要区别在于加工组装方式不同 单元玻幕墙主要在工厂完成 工程现场工作量减少 可以有效地缩短施工工期 同时 单元玻璃幕墙一般采用公 母型材对插连接形式组成组合杆完成接缝的 也就是说它不是在一个整体杆件上接缝 而是靠相邻框对插组成组合杆完成接缝 36 37 为了保证本工程建筑立面效果的整体性 主楼立面幕墙设计不采用翻窗系统 而采用布置于层间位置的内隐式通风系统来达到幕墙通风的需要 不管是开启状态还是关闭状态 其立面效果都不会改变 内部电动开启扇间隔一个板块分格布置 即可达到室内通风需求 又可保证立面幕墙的最佳整体效果 在需要通风换气时 可通过电动开启装置开启隐藏在玻璃后部的铝板开启扇 新鲜空气可通过上下玻璃板块之间的空间进入室内 在不需要通风时 可将开启扇关闭 通风口的弧形铝合金型材可达到良好的防水效果 即使有少量的渗漏水越过型材 也可通过下部横梁的集水槽及立挺上 38 39 层间内隐式通风节点设计本工程内隐式通风系统设置于层间梁结构处 在结构梁下端也就是通风换气处设置通风格栅 此方案在施工上简便可行 同时设计上也比较合理 只是在施工时要注意与室内装饰单位互相配合 做到统一协调 节点设计方案 如图 40 41 幕墙转接系统设计在单元幕墙系统中 安装精度要求比较严格 由于单元式幕墙是靠相邻两单元组件在主主体结构上安装时对插完成接缝的 所以对安装所采用的转接系统要求很苛刻 基于以上考虑 本工程设计的转接系统在确保三维调节安装功能 结构安全性能的基础上 又进一步改善其外观设计 使其外视效果更加美观 大方及合理 如图 42 43 44 本套幕墙插芯系统在相邻上下两单元组件竖框内各自设开口多功能插芯 两插芯也相互对插 将接缝处空洞封堵 由于上下单元竖框内用多功能插芯对插 上下单元组件形成横向锁定 即上单元组件不能在下单元组件中滑动 在地震作用下 相邻竖向主型材随建筑主体结构层间位移进行平面内变形 相邻板块不会出现碰撞积压现象 这种多功能插芯较为复杂 具有传递弯距 防渗漏水 便于板块吊装三大作用 不同于幕墙行业中普通插芯的概念 反映了针对性优化设计和多功能化的设计思路 三维视图如图7所示 45 46 一般情况下 三合一 五合一单元式幕墙板块是利用单元式幕墙板块的特点 将多个幕墙分格复合一个单元板块 来完成建筑所需的建筑造型 在安装幕墙时 首先要安装转接件 一般间隔3 4个转接件选择一个作为基准转接件 此转接件直接依据轴线做出后 进行定位安装 47 单元式幕墙系统近几年在大中城市的发展可以说日新月异 与框架式幕墙系统相比 虽然复杂 但它有自己的优点 主要体现为 各单元板块在工厂加工 组装 充分利用工厂的工业化生产 很大程度上提高幕墙的质量品质 单元式幕墙基本上可与主体土建结构同步施工 有效的缩短了整个建筑幕墙的施工工期 现场工作量减少 可以提高现场文明施工程度 同时又降低了施工的安全隐患 48 玻璃幕墙的优缺点 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 49 幕墙外层玻璃的里侧涂有彩色的金属镀膜 从外观上看整片外墙犹如一面镜子 将天空和周围环境的景色映入其中 光线变化时 影像色彩斑斓 变化无穷 在光线的反射下 室内不受强光照射 视觉柔和 中国1983年首次在北京长城饭店工程中采用 去过美国纽约的人大凡会被其繁华的都市风貌所折服 那高耸入云的摩天大楼蔚为壮观 而其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 50 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 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 首先 光污染是制造意外交通事故的凶手 矗立在交通繁忙道路旁或十字路口上的一幢幢玻璃幕墙大厦 就像一大块几十米宽 近百米高的巨大镜子 在太阳光下熠熠闪光 并对地面车辆和红绿灯进行反射 甚至是多次反射 反射光进入高速行驶的汽车内 会造成人的突发性暂时失明和视力错觉 在瞬间会刺激司机的视线 或使他感到头晕目眩 给行人和司机造成严重危害 51 光污染也给附近的居民生活带来了麻烦 尤其是那些建在居民小区附近的玻璃幕墙 会对周围的建筑形成反光 据光学专家研究 镜面建筑物玻璃的反射光比阳光照射更强烈 其反射率高达82 90 夏日阳光被反射到居室中 使室温平均升高4 6 空调开支大幅增长 影响人们的正常居住使用 更有甚者 长时间在白色光亮污染环境下工作和生活的人 容易导致视力下降 产生头晕目眩 失眠 心悸 食欲下降及情绪低落等类似神经衰弱的症状 使人的正常生理及心理发生变化 长期下去会诱发某些疾病 52 此外 玻璃幕墙很容易被污染 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 玻璃幕墙更易蒙尘纳垢 这对城市景观而言 非但不能增 光 反而丢 脸 又由于一些玻璃幕墙所用材质低劣 施工质量不高 出现色泽不均匀 波纹各异 导致玻璃幕墙如同哈哈镜一般 在阳光下 每块玻璃不是显现均衡一致的光影 而是四处漫射 显然 这样的建筑物 难以使人联想到明快 豪华 只能使人感到光怪陆离和滑稽可笑 城市形象也因此大打折扣 53 高层玻璃幕墙建筑的展望 生态化目前 我们已经意识到大多数地处亚热带地区和暖温带地区的中国城市 漫长炎热的夏季中 灼热阳光照射的无情 大面积的玻璃幕墙隐藏着光污染和高耗能 未来社会是一个以信息技术为主导 生态技术为前瞻的技术时代 在它的广阔视域中 建筑师更要关注的是 人 技术 自然 三者之间的和谐关系 追求技术与自然依存共生 未来高层玻璃幕墙建筑 技术在运作过程中体现出来的是 尊重自然 爱护自然 的精神 倡导以生态美学的思想来看待建筑和技术 技术在为人们提供舒适体验的同时 也要尊重自然 54 地域化高层玻璃幕墙建筑要与地域环境和谐共生 不是靠封闭和拒绝来实现本土文化 不是简单的复活 而是批判的继承与创新 不是对地域传统文化在现今简单的延续和重复 而是要通过它把握传统文化的脉络 以批判的态度吸收与创造 也不是对外域文化的消极抵触和无理排斥 而是实现地域与外域的综合创新 既要融贯多元文化 反映时代精神 又要保护和继承独特的地区传统 确立自身的文化根源 在全球的发展进程中 寻求高层玻璃幕墙建筑区别于传统高层建筑的新地域观 使其与新的地域环境得到和谐共生