工程建筑玻璃选用.doc

谈谈建筑玻璃的选用技巧罗振宇1，龙小兵21. 广东省电力设计研究院，广东 广州 5106632. 湖南省电力勘测设计院，湖南 长沙 410007摘要： 本文对现有各类玻璃品种、特性进行了研究，介绍建筑师如何根据建筑围护结构以及构件的功能需求选用玻璃的技巧，使其以最优的指标满足建筑采光、建筑节能、隔声防噪、防火、结构功能等要求。关键词：玻璃；指标；选用方法 Explore the Glass Selection TechniquesLUO Zhen-Yu1, LONG Xiao-Bing21. Guangdong Electric Power Design Institute, Guangzhou 510663, China2.Hunan Electric Power Design Institute, Changsha 410007，ChinaAbstract: This paper studies the existing varieties of various types of glass and glass properties. Described how to choosing glass by architects. Building envelope according to the functional requirements and component considerations, to optimally meet targets architectural lighting, energy saving, noise canceling, fire, structure and function requirements.Key words: glass；index；method of selection引言：玻璃使用在建筑上的主要功能满足人们的采光、近距离观察功能的同时又可以遮风挡雨，保温隔热、隔噪声等功能。为要玻璃满足不同功能要求，人们研发出各类特性的玻璃，下文就简单介绍一下玻璃的品种和特性。1. 玻璃分类及特性 在建筑物使用的玻璃按使用功能及特性我认为基本可分为以下三类：1) 结构功能要求的玻璃：作为屋面、楼板、雨篷、栏板使用，需要承受各类荷载作用，满足结构使用安全、变形的需要，还有些特别用途如防弹、防破坏（文物、贵重金属展柜）的安全玻璃根据结构和制作特性也可以划为此类。这类玻璃一般为夹膜（胶）玻璃，通过两层玻璃夹一层PVB或3层玻璃夹两层PVB胶片。2) 建筑围护、遮风挡雨、建筑热工等功能要求的玻璃：作为满足围护结构要求的隔热、保温、遮阳功能及技术指标，此类玻璃品种通常有普通单片平板玻璃、中空玻璃、真空玻璃、Low-E低辐射镀膜玻璃、阳光控制镀膜玻璃。3) 其它特殊功能要求的玻璃：如建筑装饰玻璃、防视线干扰玻璃、隔音玻璃、防弹玻璃、防火玻璃等。2.结构用玻璃的种类及技术 满足结构功能玻璃是指玻璃强度满足结构在正常使用、地震作用等自然灾害情况作用下保持完整。这类玻璃通常选用夹膜（胶）玻璃，在结构上的支承方式有点支、边支方式，边支承又可以分为四边支承、三边支承、对边支承和悬臂（如全玻璃栏杆）结构。结构用夹膜（层）玻璃一般采用钢化或半钢化玻璃，是在两层或三层玻璃之间夹PVB胶片经加热加压而成，而PVB胶片的厚度通常有0.38、0.76、1.52mm。用做夹膜玻璃的常用单片玻璃的厚度有3mm、4mm、5mm、6mm、8mm，对于2夹1的玻璃通常是两块等厚且玻璃种类应该相同，不能一面采用全钢化而另一面用半钢化或普通平板玻璃，因为现在的玻璃设计和施工都是按对称面考虑，否则施工过程容易出现安全事故。用在结构上的夹膜（层）玻璃为什么不采用普通非钢化平板玻璃呢？主要是强度指标不经济，通常钢化玻璃的强度是半钢化玻璃的1.5倍、是普通玻璃的3倍以上且其韧性较平板玻璃有极大的增强，抗冲击强度是平板玻璃的45倍，因此结构夹膜玻璃通常采用全钢化玻璃，具有自重轻、承载力高和耐撞击特点。3玻夹2胶的玻璃通常是特种结构使用的玻璃，主要用在特大型结构、防撞结构、防弹防爆要求，有专门的计算方法进行设计。夹胶的玻璃用作墙面的玻璃和用作屋面、楼面的玻璃特性和材质可以相同，但设计采用的强度指标是不同的。玻璃强度指标分为短期荷载作用强度设计值（常用于栏杆、墙面、门窗等）和常期荷载作用强度设计值（常用于楼面、屋面、水下观赏容器等）。强度指标见下表2-1,表2-2（摘自JGJ ll32009建筑玻璃应用技术规程）表2-1.短期荷载下玻璃强度设计值fg(N/mm)种类厚度（mm）中部强度边缘强度端面强度平板玻璃5-1228222015-1924191720201614半钢化玻璃5-1256444015-1948383420403228钢化玻璃5-1284675915-1972585120594742内容来源：摘自JGJ ll32009建筑玻璃应用技术规程表2-2.长期荷载下玻璃强度设计值fg(N/mm)种类厚度（mm）中部强度边缘强度端面强度平板玻璃5-1297615-1976520654半钢化玻璃5-1228222015-1924191720201614钢化玻璃5-1242343015-1936292620302421内容来源：摘自JGJ ll32009建筑玻璃应用技术规程墙和屋面的区分界线标准根据行业标准JGJ 102-2003 玻璃幕墙应用技术规程定义有垂直幕墙和倾角在7501150 之间的斜幕墙，与水平面夹角小于750 的幕墙应按屋面标准设计（屋面的设计荷载定义、材料强度指标、防雷标做法要求均不同于定义为幕墙的围护结构），设计人员在工程实践中（特别是审查幕墙图纸时）应该注意此类问题。表2-3.幕墙建筑防雷系统常见节点间距（m）建筑物防雷分类屋面接闪器网格尺寸（）立面30m及以上水平接闪带垂直间距（）等电位连接环垂直间距Dh（）接地线水平间距Dw（）第一类5*5 6*461212建筑每柱或角柱与每隔1柱第二类10*10 12*8-3层18角柱与每隔1柱第三类20*20 24*16-3层25角柱与每隔2柱内容来源：摘自JGJ 102-2003 玻璃幕墙应用技术规程满足结构功能玻璃还应进行均质处理，消除玻璃的内应力，当平板玻璃、着色玻璃、镀膜玻璃、压花玻璃和夹丝玻璃明框安装且位于向阳面时应进行热应力计算（称为防炸裂设计），验算温度应力对玻璃的影响，计算方法详见建筑玻璃应用技术规程JGJ 113 2009 第6节内容，而半钢化玻璃和钢化玻璃可不进行热应力（防炸裂）计算。3. 建筑节能方面玻璃的特性指标介绍建筑用玻璃在满足采光、视线观赏前提下满足使用过程的节能特性是玻璃技术研究的核心内容。影响建筑节能的指标主要是玻璃的热阻、遮阳系数、热反射系数、辐射系数等。3.1普通白玻普通玻璃的传热系数指标是固定的，钢化玻璃与普通玻璃不同，普通平板玻璃是导热系数=0.76W/（m*k），钢化玻璃导热系数=0.52W/（m*k），因此一般单层窗使用56mm厚玻璃时，窗的传热系数约为K=6.7 W/（*k），对于普通窗一般节能规范通常取K=6 W/（*k），实际起主要作用的是玻璃两侧的空气换热阻，在玻璃之间增加一个距离为612mm的封闭空气间层，传热系数减为K=2.83.6 W/（*k），规范常取K= 3.0W/（*k）。可以看出增加一层12mm空气间层窗的传热系数可以降低一半。真空玻璃我们接触不多，它和中空玻璃构造完全不同，中空玻璃间距较大（612mm），四周密封是采用金属框加树脂密封胶，金属框空心带有微孔，内置干燥剂，保证玻璃内不会出现结露（国家标准规定中空玻璃内部结露温度-400）。真空玻璃两片间距只有0.10.2mm,两片玻璃收到大气压力作用，玻璃四周和中间设的等距离支点采用热熔方式密封以平衡单块玻璃压力。一块3+0.1+3的真空玻璃热阻R=0.1885（*k）/W，传热系数K=2.9 W/（*k）。因此一块总厚度为6mm厚真空玻璃的传热系数与一块5+12+5mm相当，真空玻璃可以使用普通型材框料。有关建筑门窗热工的准确计算方法在建筑门窗玻璃幕墙热工计算规程JGJ/T151-2008中有详细描述。玻璃热辐射、反射、透射技术指标特性与太阳辐射波长有关。为此我们要简单介绍一下太阳辐射和物体热辐射方面的知识。太阳产生的各波段向四周总辐射能强度根据WMO（世界气象组织（World Meteorological Organization）1981年公布数据是1368w/，是以0.154m波长的辐射波形式射向地球，其波的构成中有紫外线（波长范围在0.150.4m）占约7%，可见光（0.4m 0.9m）约占46%，红外线（0.76-3m）也有习惯称为近红外线）辐射约占47%。而通过大气吸收到达地表的红外线是高空的辐射60%左右（地面高程不同数据会有区别）。高于绝对0度的物体都会向周围产生热辐射，辐射波长较长，习惯称为远红外线，因此很多材料在接受太阳的近红外线辐射照射后温度升高后又向四周辐射远红外线。加热物体的辐射热是以黑体辐射红外线向外辐射热，黑体产生红外线热辐射的波长与物体的温度有关（400时辐射波长在3.550m之间，1000时的辐射波长在2.550m之间）。普通玻璃对于近、远红外线会产生截然不同的特性，波长0.33m的近红外线的80%以上可以直接透过普通玻璃，而波长35m的红外线透射率非常低了，而大于5m的红外线波长普通玻璃不能直接透射过去，近乎完全隔离和由玻璃自身吸收（84%吸收率）并再以辐射（辐射率E=0.84）的方式向玻璃两侧散发热量，另一部分通过热传导与表面换热方式传向另一面。 图1 普通、Low-E玻璃的光谱特性曲线3.2低辐射镀膜（Low-E）玻璃 Low-E玻璃是在玻璃表面涂镀一层或几层银金属薄膜或其他化合物组成的膜系列产品，可以改变玻璃的光学和辐射特性，他产生两个非常有用功能，一个是遮阳系数Sc（对近红外线遮蔽特性）可以做到很小，可以达0.2，对于夏热冬暖的南方可以有较好的遮阳功能。另一个指标是低辐射值e变小，对于波长在2.5m-40m的远红外热有较好的反射率。对于室内采暖北方地区，Low-E玻璃的辐射率e值越小，辐射热损失小（但导热和表面对流换热和普通玻璃一致，因此Low-E玻璃通常结合中空玻璃应用可以充分发挥其优点）。玻璃的K值越低，隔热保温效果越好。普通透明玻璃的辐射率e为0.84，一般在线生产的Low-E玻璃的e值在0.30-0.16左右；离线单银Low-E玻璃的e值一般在0.15-0.08左右（说明在线热工性能指标较差）；双银中空Low-E玻璃的e值一般在0.05-0.07左右；三银Low-E玻璃的e值一般在0.02左右。在线LowE玻璃的制作技术属于化学镀膜，设备和工艺相对简单，产品的技术含量和生产成本都较低；离线LowE玻璃的制作技术属于真空磁控溅射镀膜，设备和工艺都包含很主的技术含量，产品属于高科技结晶，生产成本很高。Low-E玻璃遮阳系数指标：单银、双银、三银系列，Sc的值在0.20.7之间，一般对Low-E玻璃要求是对红外线的遮阳系数尽量小，可见光的通过率尽可能大，因此夏热冬暖地区衡量玻璃特性的一个重要指标是“选择系数”r，= 透光率T/遮阳系数Sc。而阳光控制镀膜玻璃在遮阳的同时影响可见光透光率，因此它的选择系数r通常小于1，而Low-E玻璃选择系数r通常大于1，指标如下：普通单银Low-E玻璃Sc=0.310.64 1.1 r1.3 通常标准取1.2。双银Low-E玻璃 Sc=0.250.44 1.3r1.7 通常标准取1.5。三银Low-E玻璃Sc=0.20.32 1.70.5的玻璃。而夏热冬暖地区的夏天应该避免太阳辐射进入室内为主，室内又希望能尽量利用天然采光，因此对玻璃提出的要求是a）降低对可见光进入室内影响，b）对远红外线有隔断（体现在遮阳系数指标）低辐射镀膜玻璃（俗称Low-E玻璃）可满足这个要求，可以选用Sc0.5的玻璃。中空超白玻（Sc0.9）或高透型Low-E玻璃（Sc0.5）对透过的太阳能衰减较少，这对以采暖为主的北方地区极为适用。冬季太阳能波段的辐射可透过这种Low-E玻璃进入室内，经室内物体吸收后变为Low-E玻璃不能透过的远红外热辐射，并与室内暖气发出的热辐射共同被限制在室内，从而节省暖气的费用。遮阳型Low-E玻璃，遮阳系数Sc0.5，对透过的太阳能衰减较多。这对以空调致冷的南方地区极为适用，夏季可最大限度地限制太阳能进入室内，并阻挡来自室外的远红外热辐射，从而可减少空调的能耗。4.其它特殊功能玻璃 装饰用玻璃：品种有压花玻璃、着色玻璃（通常我们见到用在外窗或幕墙上的绿色、茶色、蓝色等玻璃）、磨砂玻璃等，通常用与室内隔断或普通建筑外窗，他强度低（抗风压值低），透光性差，强光作用下易炸裂，不满足节能方面的要求。隔音玻璃：平板玻璃、中空玻璃都具备隔音特性，如果没有掌握选用技巧，会达不到理想效果。选用玻璃隔音应根据声波入射角度、频率、隔声量要求来确定，可选的有单层平板玻璃、中空玻璃、夹胶玻璃。影响隔声量的因素有玻璃面刚度（kn-m）、单位面积密度（kg/m），玻璃如果避开刚度控制区和吻合效应区的共振频率、吻合频率，隔声量是根据质量定律计算。 刚度控制区通常是在低频段，主要产生共振频率影响降低隔声量，吻合频率通常出现在高频段。计算玻璃共振频率可按下式：fr=2Bmp2a2+q2b2在质量控制区，单层玻璃隔声量R =18lgm+12lgf-25。中空玻璃隔声量R=13.5lg（m1+m2）+13+RR是空气间层产生的附加隔声量，6mm时R=29mm时R=312mm时R=3.515mm时R=4通过夹膜可以提高玻璃的隔声量，但夹膜玻璃的隔声量未见计算公式，目前是通过试验获得一些隔音数据。如果按质量定律公式计算：3+0.76+3的夹膜玻璃R=18lg（m1+m2）+12lgf-25（以1000Hz计，不计胶片质量）=32.17dB,而按照ASTM E90方法（Standard Test Method for Laboratory Measurement of Airborne Sound Transmission Loss of Building Partitions and Elements）测试结果为R=35 dB,说明两块3mm的夹胶玻璃比同质量的一块6mm玻璃隔声量提高2.8 dB，相当于中空玻璃69mm的空间作用。防火玻璃：建筑用防火玻璃按结构分为复合防火玻璃和单片防火玻璃。复合防火玻璃分为1）膨胀阻燃胶结剂粘复合玻璃和2）灌注型复合防火玻璃，第1种做法是将两片或两片以上的单层平板玻璃用膨胀阻燃胶结剂粘结在一起而制成的，第2种灌注型复合防火玻璃是在两片或两片以上的单层平板玻璃的四周先用边框条密封好，然后由灌注口灌入防火液，经胶结、封口而制成。在室温下和火灾发生初期，复合防火玻璃和普通平板玻璃一样具有透光性能和装饰性能；发生火灾后，向火面玻璃遇高温后很快炸裂，其防火胶夹层相继发泡膨胀十倍左右，形成坚硬的乳白色泡状防火胶板，有效地阻断火焰，隔绝高温及有害气体，复合防火玻璃一般有微小的气泡及不耐寒、透光性差等问题，影响其使用的效果。单片防火玻璃主要是铯钾防火玻璃,是通过特殊化学处理在高温状态下进行二十多小时离子交换，替换了玻璃表面的金属钠，形成低膨胀硅酸盐玻璃,膨胀系数为1.8x10-6 ，故具备高效的抗热性能,同时通过物理处理后,玻璃表面形成高强的压应力,大大提高了抗冲击强度,当玻璃破碎时呈现微小颗粒状态,减少对人体造成伤害!单片铯钾防火玻璃的强度是普通玻璃的6-12倍,是钢化玻璃的1.5-3倍。单片防火玻璃在高达1000的火焰冲击下能保持90分钟以上不炸裂，从而为人们逃生和救灾工作争取了宝贵的时间。单片防火玻璃破碎后碎片为钝角状态，并且碎片比钢化玻璃碎片更小，因此即使受到破坏也不会对人体造成伤害。单片防火玻璃与传统的灌浆或复合夹层防火玻璃相比，除了强度高之外，最大的特点是高耐候性，它在紫外线的长时间照射下，无发生任何影响外观和使用性能的变化，能长期保持通透与明亮。单片防火玻璃隔绝火焰，但不隔热，在一定的时间内保持耐火完整性、阻断迎火面的明火及有毒、有害气体，但不具备隔温绝热功效。他透光性能好，适用于外幕墙、室外窗、采光顶、挡烟垂壁、防火玻璃无框门，以及无隔热要求的隔断墙。复合防火玻璃隔绝火焰、隔热，但夹层材料受紫外线影响易老化而影响其透光性，因此常用于建筑内部防火分隔。电磁屏蔽玻璃：我们建筑遮阳用的Low-E玻璃具有电磁屏蔽的功能，可以屏蔽电磁波，防止信息泄漏，提高信息安全性，防止外部电磁干扰。离线单层Low-E玻璃，屏蔽效能一般在19-28dB，而在线产品为15-20dB之间，2银、3银的屏蔽效能更好。可以用于通信机房等需要放信号干扰的房间。防弹玻璃：通常是透明的材料，譬如聚碳酸酯纤维热塑性塑料（一般为力显树脂）。它具有普通玻璃的外观和传送光的行为，对小型武器的射击提供一定的保护。 防弹玻璃通常包括聚碳酸酯纤维层夹在普通玻璃层之中。子弹容易击穿外表的一层玻璃，但坚固的聚碳酸酯纤维层会在它可能击穿玻璃内在的层之前停止子弹的运动。防弹玻璃通常厚达70毫米至75毫米。一些银行防弹车的用途促进了单向防弹玻璃的发明。这种玻璃将抵抗接踵而来的小型武器射击玻璃的外侧，却会允许在玻璃的对侧（里侧）的射击，譬如防卫者从防弹车的里侧射击，从而通过玻璃射击在外部威胁者上。单向防弹玻璃通常被制成二层：在外部的易碎的一层和在里面的柔韧的一层。当一个子弹从外部射出时，子弹会先击中易碎的一层，并打碎一个区域。这会吸收一些子弹的动能，并且在一个更大的区域传播动能。当减慢的子弹击中柔韧的一层时，它就被挡住了。但是，当子弹从里面射出，它会先击中柔韧的一层。子弹能把柔韧的一层击穿是因为它的能量集中于一个小范围，脆的一层在柔韧的那层向外弹时向外碎裂，而且不妨害子弹的前进。防弹玻璃可以用于一些有爆炸危险车间的观察窗。5.