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摘要：建筑幕墙 的应用在西方以1851年伦敦“世博水晶宫”玻璃帷幕为标志，已经历160多年发展历史，国内则以1983年兴建的长城饭店为标志也发展了30多年。作为建筑重要功能部件，幕墙经大量的应用实践和理论研究已进入智能信息化、绿色环保化、工厂装配化及个性化发展阶段。其中有经典成功案例，也有值得吸取教训的遗憾工程。这些均是建筑幕墙行业发展过程中积累的宝贵财富。我们回顾过去、展望未来时发现太多需要总结的升华认知和理念。本文试图系统性反思幕墙设计理念、方法，尝试进行理论化概括，试图为实现更好的幕墙设计提供启迪和帮助。
一 前言
建筑幕墙是建筑之子系统，不承受来自主体的荷载 ，而自身所受荷载传递给建筑主体结构 ，相对于主体具有微动能力的围护体系。所以，只有在建筑系统内从哲学高度认识建筑幕墙才能把握其本质。人类知识体系本质上是层级化互动认识，这一点得到了现代脑科学、心理学和社会学强有力的支持。所以哲学认识作为认知世界的最高阶概括，对具体认知提高产生强大的推动作用。哲学有三个维度：讨论“实在”的“形而上”，讨论“知识”的“认识论”和讨论“价值”的“价值论”。
我们以“物质实在论”的唯物主义为基础分析幕墙，得出以下结论：建筑幕墙既是生产力和技术工艺发展的必然产物，又被人类“情感冲动事件”所推动而演变。英国伦敦“水晶宫”幕墙就是早期的例子，工业化为其提供了实现的可能，需要展示工业成就的世博会 为它提供了应用的契机。ZahaHadid Architects建筑设计为代表的非线性 建筑及外皮设计被欢迎，则是当代的例子——数字化技术为其提供了强有力支撑，人们审美的丰富性需求，为其提供了广泛的实践土壤。所以，非线性元素为例，在建筑设计、建造和营运过程中创造的新感受，一定在多样化的建筑实践中，为建筑提供更多复合而弹性 使用机会而，成为当今具有活力的“事件”。
建筑幕墙的发展趋势——作为建筑幕墙设计，随着互联网基础设施的完善、智能控制产品成本的下降、建筑人性化需要和环保要求的提升，必然走向智能信息化、绿色环保化、装配化。同时不可回避的是：幕墙作为建筑子系统，在满足建筑量身定制设计的过程中“个性化”既是必然，又是其永恒审美价值所在。因为业主表达自我个性与商业利益追求、建筑设计师 （词条“建筑设计师”由行业大百科提供） 表达自我独创和艺术造诣的理想和大众实用主义评判等多重互动是其永恒的动力，建筑设计一定在个性化道路上分化发展。被广泛质疑的央视大楼方案选择就印证了以上的看法，只不过在这里个性表达动机更强烈而已。所以，可以说幕墙设计是建筑设计创新的重要组成部分，与建筑设计互动过程中演变、升级和发展。
二 幕墙设计新理念
1建筑幕墙结构设计 、功能和性能设计与建筑整体功能和美学相结合，才能实现精品。
1.1以建筑师的眼光看幕墙，才能走出“幕墙本位主义”(往往以“幕墙直接成本主义”表现出来)，以建筑有机整体思维的更高层次上把握幕墙设计本身的要点。
建筑以实用为基础，综合依据场地特点、功能需要和文化表达等需求，“无中生有”式的创造过程，创新是其灵魂。所以幕墙除了保证幕墙本身的基本功能性外，要满足建筑整体设计理念，也就是说要秉持建筑师一样的整体观念，否则很容易失去方向，难于实现与建筑整体和谐的幕墙设计。
案例：苏州科技文化艺术中心。该项目位于金鸡湖畔的文化水廊景区，临水而筑。方案由保罗
保罗·安德鲁(Paul Andreu)设计，设计体现苏州建筑传统元素：“一颗珍珠、一段墙和一个园林”为建筑美学上的立意。
建筑图案幕墙研究：模块化、张力 线条、高效加工安装工艺。
苏州科技文化艺术中心月牙形建筑外皮图案象征闻名世界的“苏州丝绸”放大图案元素。所以线条要有内在的编织张力，同时要实现天衣无缝地连续对接，不能有断续不畅的感
觉。为此我们试着心怀建筑设计师情节，配合建筑师进行了多次图案及图案加工工艺实验，最终经华东院崔中芳等建筑师确认，确定了“模块化双层铝板 单元”设计方案。该方案用36种基本的模块图案完成整个立面图案的无缝对接。
图案试验1(如图1.1.4)，目标是用规则穿孔形成条状图案+条状图案，以实现立体图案。
图案试验2(如图1.1.5)，目标是用铝 板、喷涂 钢板 和不锈钢板 （词条“不锈钢板”由行业大百科提供） ，以实现张力不同而成本有差别的图案方案。由于铝板是高光反射材料，加工图案可用冲切、水切割 （词条“切割”由行业大百科提供） 或机械切割，但不能用激光切割 （词条“激光切割”由行业大百科提供） 。喷涂碳钢 板和不锈钢 板可以用以上四种方法加工。但不锈钢板成本高、喷涂钢板防腐 性能不足而只好选用机械切割工艺铝板。
图案试验3(如图1.1.6)，目标是模块化双层铝板，由机械切割单层铝板组合焊接 而成(平板 或弯弧板)。
这种模块化方法多种优点于一身是比较理想的方案。其优点是(下图a~f)：
几何形状易于实现，即易于组装完成稳定形状，特别是形成弧形双层铝板方面优势明显。因为把两张平面 单板 ，经过冷弯 组合焊接起来形成整体双层弯弧板时，容易避免大半径弧面回弹而失去形状稳定性 问题。
安装加工方便。
容易与LED 等集成设计。
1.2 建筑幕墙应有“大批量工艺”思维
现代建筑体量大，幕墙设计安装往往涉及到数量巨大的批量构件 ，只有“简单才是可靠”的设计美学理念，才有利于最终实现幕墙精品。“大批量工艺”思维是超大型项目顺利施工的必要前提，帮助人们以大工业化的思路处理“手工小批量”思维做不到的工艺，以可靠流水工装工艺处理依赖工人个人技能的工艺手段。上海中心 大厦在幕墙体系选择、新材料 应用、施工工艺选择等方面均实践了该理念。
案例——上海中心：该项目形体形态复杂，由底至顶扭转120°螺旋收缩 上升。幕墙工程量大，约2万余单元板 （词条“单元板”由行业大百科提供） 块。需要从结构体系入手，将更多困难留在工厂内解决，减少现场工作量和实施难度。通过方案阶段多重对比分析，最终确定台阶式挂式整体单元式幕墙 的技术线路。
幕墙体系的选择，在满足建筑造型和精度 的基础上，通过对3种方案在加工工艺、施工精度和进度等要求的对比，确定采用方案2的台阶挂式整体单元，三种确定方法如下：
方案1 光滑倾斜式单元幕墙
玻璃均需现场冷弯处理，通过反复试验、测试(应力 测试、密封 测试)得出结论，难以控制结构失效风险，如下图1.2.4、1.2.5。
方案2 挂式单元幕墙与坐式单元幕墙
通过对比验证，确定采用挂式整体单元体系为合理的结构体系。
方案3 分体单元幕墙
分体单元幕墙标准化程度高，板块种类从整体20327种可优化至5800种，但现场风险大。
所以最终采用了台阶式挂式整体单元幕墙体系。
1.3幕墙功能、性能设计要点及与经济性进行平衡策略
在幕墙的功能、性能设计方面，按照国家标准《建筑幕墙物理性能分级 》(GB/T 15225)，主要有以下几个方面：抗风压 性能、空气渗透 性能、抗雨水渗漏 性能、保温 ，遮阳性能 、隔声 性能、平面变形 适应性能、防坠及耐冲击性 能、防火 安全、防雷 性能、通风换气功能。
1.3.1抗风压设计 Wind Pressure Resistance
根据建筑实际情况可针对性设计，可以做到物尽其用。“向结构设计要合理性和经济效益”是成本优化和确保设计安全的保证。以决定幕墙抗风压性能的关键部件竖龙骨 设计为例，浅谈以上理念如下：
认真选择结构方式及受力模型，宏观上优化材料用量。多层建筑 一般情况下具备采用多跨静定梁条件。采用多跨静定梁优于简支梁 ，根据室内效果一般悬挑长度为1/12，可节省材料为20%。图1.3.1.1列出了几种受力模型对应的计算简图，从中可领略差别。
传力直接而明确，有利于保证可靠性 ，能降低综合成本。例如，减少转接次数。
²宏观估算与有限元 精细计算结合。目前结构计算软件发展很快，有限元计算准确度也是有保证了，所以复杂情况、复杂构件可用有限元软件计算，可比较准确反映实际应力和变形数值。
根据控制类型针对性地选择材料，能降低成本。例如，如果受力形式为材料强度 控制型，可采用铝合金 6063T6、6061或钢型材 Q345B等。
简支主梁计算：
材料截面 设计最大正应力值 σ=N/A0+M/Wx≤fa
1.3.2抗空气渗透性 （词条“渗透性”由行业大百科提供） 能
该性能高低不仅对幕墙节能产生重要影响，对水密性 能的可靠性也有决定性的影响。所以通过选用高低温弹性胶条 、气密 线连续(室内侧气密线)等策略确保气密性 能达标。
1.3.3抗雨水渗漏性能
幕墙漏水充分必要条件：存在缝隙形式的通道、有雨水、某种能量转换动力(其中包括重力、风压和吸力)。由于压力差是通常存在的动力，通过借助“等压”原理，在很短的时间(通常小于0.5 秒)使外侧风压与幕墙腔体 内压力达到平衡，再外侧设“雨幕”，实现主动防水 （词条“防水”由行业大百科提供） 。但通常被忽略的事实是：“室内侧漏气”导致等压难于实现。
容易发生雨水渗漏的斜幕墙排水 设计：斜幕墙的防水难点在于，重力作用下大量流淌于幕墙表面的雨水通过细小的孔进入幕墙结构内部，并源源不断积累。所以一旦发生在重力作用下的漏水，一定是属于严重漏水。针对斜面幕墙防水难题，除了关注单元交界处通过“等压原理”防水以外，可采用“过程中分流”策略。实践证明这种策略既有效、又经济。
1.3.4幕墙节能设计：保温、隔热 和遮阳 性能
幕墙可分为透光幕墙和非透光幕墙。其中非透光幕墙总传热系数 R可按《民用建筑 热工 设计规范》GB50176进行计算(R=外表面热阻 Re+幕墙热阻R+内表面热阻Ri)。透光幕墙的传热系数(1/R)的计算可采用以下公式(若采用多层构造，经“串联”热阻叠加计算)：
Uc =(Af*Uf+Ag*Ug+Lg*Ψg)/(Af+Ag)
式中：
Uc—透光幕墙的传热系数(W/㎡·K);Ug—玻璃传热系数(W/㎡·K);
Ag—玻璃面积㎡;Uf—型材 框架 传热系数(W/㎡·K);Af—型材框架面积㎡;
Lg—玻璃板 可视周长m;Ψg—玻璃周边与框架间衬垫 材料的线性传热系数(W/㎡·K)。
从以上理论可以推断，解决和提高幕墙的保温、隔热性能，可以选择以下三个方法：
提高组成幕墙的玻璃、型材、保温材料 和玻璃与框之间衬垫材料构件的相关热阻，其中玻璃和型材为热工性能的决定性要件。例如，单玻璃改为中空玻璃 （词条“中空玻璃”由行业大百科提供） ;中空 玻璃改用双中空等多层化方案;中空玻璃的中空层里增加非玻璃轻质有机透明材料，以实现此多层化(由于该产品成熟度低、成本高，实际工程中很少采用);采用高性能Low-E膜，例如三银Low-E玻璃等;
幕墙体系采用多层化组合构造。例如，采用双层幕墙 、外设遮阳百叶等;
通过智能动态控制，改变材料特性(但智能控制更为重要特性是对遮阳的贡献)或体系总特性。例如，电致变玻璃构件、智能控制遮阳百叶等;
1.3.4.1隔热型材 构件的主要类型及选择策略
穿条 式断热条：节能性能适应范围大，室内外喷涂具有高灵活性
注胶 式断热条：较高组合惯性矩 ，耐久性 （词条“耐久性”由行业大百科提供） 强
断热垫片 ：使用灵活，制造成本低
1.3.4.2选择高性能节能玻璃 或与配套材料 组合的“复合玻璃 ”可以提高热工性能：Low-E玻璃是运用最为广泛而成熟的方案。Low-E玻璃作为大工业化成熟的高性能材料，建筑幕墙是其应用最为成功的领域。
新型“复合玻璃”，实现了动态主动调整玻璃“遮阳系数 ”，同时具有相应的发电功能等优势，在适应各种气候条件和提高节能性能方面，具有独特优点。
1.3.4.3光环境的智能控制-建筑遮阳 定义及分类
以减少太阳辐射 热、强烈光线等直接进入室内为主要目的的隔热、防热、防眩光 等措施称为建筑遮阳，如下图
称为建筑遮阳，如下图1.3.4.3.1所示。
1.3.4.4超大构件的隔热构造设计
难点在于构件大，传导 面积比例高，欲想实现高热工性能，需采取特殊措施处理。
如：“上海太平金融大厦”编织肌理单元幕墙，幕墙龙骨 构件截面尺寸达500mm，通过包覆保温阻燃 三丝棉毡的设计，提高超大构件热工性能，如下图1.3.4.4.1所示。
竖框(透光部分)K值=4.9 W/(㎡K)
幕墙的透光部分整体U值 =2.35 W/(㎡K)
非透光部分整体U值=0.94 W/(㎡K)
整栋建筑窗墙比 （词条“窗墙比”由行业大百科提供） 0.63
U值1.87 W/(㎡K)
遮阳系数0.39
1.3.4.5关于国家绿色建筑 标准中涉及幕墙的内容概要
幕墙节能先进理念，其实从“绿色建筑”标准度可以找到依据。所以它是落实节能理念的纲领性标准，应该在领会其精神实质基础上进行升级。
意义：在环境总体污染中，与建筑有关的空气污染、水污染、垃圾排放占人类活动总量的40%左右。这是个非常大的比例。所以说我们要推行绿色建筑。
含义：对生态环境负面影响最小而宜居的建筑。能自然通风、自然采光 、自然调控温度或空调能效高;少用自来水，少排污水，多利用雨水的建筑;节约材料、材料耐久寿命长的建筑;全寿命周期运行费用低的建筑。
综上所述，这个绿色建筑主要包含了三点：一是节约资源;二是保护生态环境;三是要为人们提供宜业、宜居的建筑。
核心理念：
1)、要采用保温、隔热和遮阳型节能设计。可采用隔热龙骨构造+遮阳构件+光控玻璃。也可采用多层结构。
2)、防凝结水、防结露 。经过一些构造设计，实现具有较高保温效果而能防止结露。
3)、鼓励通风换气。通风换气的方案有很多，其中直接设开窗 是最好的，但会带来安全、对立面效果的破坏等现实问题，需要综合评估。若不设开窗，可以利用窗台下方、天花 上方空间和型材构造进行微通风。(见绿色建筑标准第5.2.2条)
总体上可以通过非透明幕墙 与可采光幕墙的结合应用，比如有金属幕墙 、石材幕墙 、人造板材幕墙 等实现绿色幕墙。
微通风器 ——优点：对立面效果破坏小，可以全天候通风。缺点是低层面风量不足，同时受风向的影响，通过设配套对流 孔改善通风量。防水需特殊考虑。
可选系列：
1.框架式横向通风一体化
2.框架式竖向通风一体化
3.单元式横向通风一体化
4.单元式横竖向组合通风一体化
点状通风器
点状通风幕墙现代建筑的新风获取已经向多元化方向发展，能够降低建筑能耗 （词条“建筑能耗”由行业大百科提供） ，使建筑内部的人工环境与自然环境达到动态的平衡。通过线性通风器等提供背景通风的技术成为幕墙在这一功能上发挥重要作用的一大利器。
幕墙微通风产品可集成P㎡.5过滤装置，根据不同的需求，可分为粗过滤系统和精过滤系统
幕墙微通风系统 可集成智能控制系统，具体如下图所示Integrated intelligentcontrol system
微通风案例：上海太平金融大厦
4)、鼓励积极利用再生能源进行配套。
幕墙搭载一些其他的系统，比如雨水收集系统、光伏发电 一体化BIPV 、风能发电、LED智能灯光系统(被动方法)。
BIPV光伏 一体化建筑案例：无锡尚能研发大楼及康乐中心，以实现“零能耗”为目标，不仅采用光伏幕墙 满足建筑功能，在材料选用方面采用高性能、低耗能的双中空玻璃。该项目选用的双中空Low-E充氩气玻璃，控制幕墙K值1.0 W/(㎡K)
BIPV光伏一体化建筑案例：沈阳皇城恒隆广场，采用2000㎡遮阳百叶以单晶硅 为光伏发电板，光伏系统 总装机容量145.2千瓦，年平均发电量约28万度。
幕墙雨水收集利用系统案例——上海中心,改变叶片的角度使之向内侧下方倾斜，收集幕墙立面集水并导入室内集水容器之内。
5)、要求长寿命设计，采用可循环使用、耐久性材料。(见绿色建筑标准第7.2.16条)
6)、尽量降低工程实施过程中耗水量、耗电量和产生的垃圾量，特别是不可回收垃圾的产生量。
7)、材料采购半径小，运输能耗低。
8)、高隔声量。(见第8.1.2等条)
体现在幕墙方面的条款：
绿色建筑评价标准 中，很多条文都涉及到玻璃幕墙 。
所以针对门窗 及幕墙所具备的功能和性能指标要求是较多的。通风、采光、隔声、保温、遮阳、隔热等受幕墙影响大，又是一个可能成为最薄弱的环节，所以幕墙就变成绿色建筑设计需关注的领域。
节能构造体系例子：双层幕墙。
热工性能优越、隔音 性能高、减少内层幕墙风荷载 （词条“风荷载”由行业大百科提供） 、提高人体舒适度。
双层幕墙设计原理：内、外两层幕墙组成的幕墙结构。
产生双层幕墙动机：遮阳越靠室外设置，节能效果越好，为了利用外遮阳 提高幕墙节能，而产生双层幕墙。
双层幕墙案例——丹麦 RAMBGLL 双层幕墙
双层幕墙案例——上海陆家嘴金融中心(星展银行)，外循环呼吸箱体单元双层幕墙
双层幕墙案例——上海越洋广场，内循环双层幕墙
双层幕墙创新产品——密闭充气免维护双层幕墙
系统优点：
通过向空气腔体填充清洁、干燥 空气，使其气压值保持在略高于室外气压值，实现良好的保温、隔热、隔声、自洁特性。从而确保不结露、不积尘功能，达到免维护的目的。
测试模型：
多层幕墙设计之系统思维，节能性能及舒适度取决于对以下因素的控制：
1、建筑所处地区气候条件考量;
2、双层幕墙位置、方向和周边建筑环境特性;
3、本建筑HVAC （词条“HVAC”由行业大百科提供） (暖通空调)配置策略;
4、运行时间段安排;例如：只用于白天办公时间;
5、自然通风方式;特别是对流策略。
1.3.5隔声性能设计要点
大量的理论和实验研究表明，影响隔声的决定性因素为：构件质量、缝隙和构件学频率特性。单层墙体为例，其隔声量理论推导得到：
隔声量R0=20lg(f×m)-42(dB) (垂直入射，即正入射)
R=20lg(f×m)-48(dB) (无规则入射)
R0=R+5~6
式中：f —入射声波的频率(Hz);
m —隔声构件的面密度 （词条“密度”由行业大百科提供） (kg/㎡)。
从上式可以看出：构件质量面密度越大，其惯性阻力也越大，隔声量就越大。通常把隔声量随质量增大而递增的规律，称为隔声的“质量定律”。理论上面密度增加一倍，隔声量增加6dB;频率增加一倍，隔声量增加6dB。
双层墙为例，其隔声量计算经验公式：
式中：m1，㎡——双层结构的面密度，kg/㎡;
f ——入射声波的频率，Hz。
△R——空气层附加隔声量，dB。
隔声量对缝隙极为敏感，所以隔声设计中除关注构件重量以外，要竭尽全力消除间隙。一般中空玻璃幕墙隔声量能达到32--38dB，能满足办公要求。由于有些建筑处于特殊噪音环境或建筑有特殊的低噪声室内环境要求，此时要对幕墙进行针对性隔声性设计。例如，飞机跑道不远的办公楼、播音静音室等。香港机场办公楼玻璃幕墙是2012年完成的隔声幕墙，隔声量要求54--55dB，为此采用无缝隙双层幕墙，才满足如此高的要求。
案例——香港机场办公楼隔声幕墙设计及足尺实测
隔声量R(dB)可由下式求得：
R=L1-L2+10logS/A
其中S是检测样品面积(㎡)
A是接受室等效吸声 面积A=0.921VD/C
式中 V——接受室体积(m3)
D——接受室声压衰减率(Db/s)
C——介质中声音传播速度(m/s)
1.3.6平面变形适应性能
建筑幕墙平面内变形性 能，考察幕墙在建筑主体层间水平方向反复变位(地震、风和温度作用 ，其中地震作用 为主导)时的适应能力。建筑幕墙平面内变形性能检测方法为GB/T18250《幕墙平面内变形性能检测方法》进行检测。横锁式单元式幕墙和框架幕墙，主要通过构件间本地转动和变成平行四边形来适应主体结构的层间变位。横滑式单元式幕墙，主要通过横向错位滑动、平行四边形变形和原地转动或由其组合来适应层间变位要求。GB/T21086《建筑幕墙》规定非抗震设计 时(6度以下地区)，幕墙层间位移角不应小于主体结构弹性层间位移角限值，即伽马大于等于Q，抗震 设计时，伽马大于等于3Q(Q值因主体结构类型不同而不同，针对多层钢结构 （词条“钢结构”由行业大百科提供） 建筑Q=L/300)。
玻璃适应钢结构变位设计——东方艺术中心
适应钢结构变位设计——广州白云机场扩建工程
通过球面头在套内转动，实现左右方向调节，吸收左右偏摆量避免连接件 偏心受力;
碟形弹簧位于连接件之间，利用本身弹力使连接件位于正中心，二次避免连接件偏心受力。
幕墙支撑钢桁架 与屋面钢结构之间的连接也是设计重点。
钢桁架 （词条“桁架”由行业大百科提供） 顶部双向连接铰支座 在满足水平受力的前提下，还具备以下优点：
高度和水平方向调节屋面主体结构和幕墙结构的相对位移;
1.4小结：
①.幕墙专业必须跳出幕墙本身，从建筑整体审视和把握幕墙，才能做出经得起推敲，紧扣建筑设计理念并与各专业协调的幕墙产品。但这并不意味着忽略成本，而恰恰相反，能一次性做好，从而有利于降低综合成本：直接成本+返工+维护成本。
②.结构上合理的构造，往往做出来也是美的，相反结构上不合理的，往往不够美，这就是审美的普遍性原理之一：秩序是宇宙法则。
③.幕墙设计必须参与到实现产品的全过程中进行控制才能实现精品。例如，作为实现等压原理防水的前提“室内侧气密线”的完整性，很大程度上取决于施工质量，即在于是否忠实贯彻等压设计原理。
④.针对建筑设计之个性要求，需要幕墙要针对性设计响应，才能取得良好效果。
2幕墙安全 设计，应充分评估短板，领会规范的精神而非教条式应用规范条款。
2.1安全、耐久与经济性相兼顾是幕墙行业规范，标准的精髓。
防撞Impact resistance
玻璃幕墙相邻的楼面外缘无实体墙时，应设置防撞设施。如栏杆，应设在室内，临空高度在24m以下时，栏杆高度不应低于1.05m，临空高度在24m及24m以上(包括中高层住宅 )时，栏杆高度不应低于1.1m。在人员流动密度大地方，玻璃应用安全玻璃 。
2.2幕墙安全设计薄弱环节和关键领域
2.2.1幕墙安全设计薄弱环节
复杂环境中风压取值(复杂环境中幕墙所受风压需要评估)。
装饰条 所受侧风压对幕墙龙骨来说产生附加应力，故结构计算应给于充分考虑。厦门 （词条“门”由行业大百科提供） 莫兰蒂台风破坏经验也指向以上分析的重要性。新版JGJ102第4.5.6条中也有相应规定：外露于玻璃幕墙墙面的装饰性构件、遮阳构件应与幕墙结构或主体结构可靠连接。原因是，目前建筑幕墙外附设装饰性构件、遮阳装置越来越多，问题也比较集中，所以这些构件与主体结构或幕墙龙骨相连接，以确保其安全性。
案例：阿布扎比ADIC大厦
开启窗抗负风压设计。
统计厦门莫兰蒂台风对幕墙造成的破坏类型，发现幕墙开启窗破坏所占比重高达15%以上，仅次于玻璃面板 破坏比例。比例如此之高的原因主要集中在：A、开启扇尺寸偏大;B、锁点设置不合理。例如，锁点处连接强度低、锁点数量偏少、锁点搭接 量不足、锁点布局不合理等;C、开启方式对抗风不利。例如，高层建筑 采用外平开窗 ，安全问题多;针对以上原因可以采取以下措施提高开启构件安全等级 。 A、开启扇尺寸进行优化，尽量小于2.00㎡;B、锁点处进行加强处理。例如，增加开启扇型材壁厚，从通常的2mm 把局部厚度提高到2.5mm、增加内嵌式铆螺钉 （词条“螺钉”由行业大百科提供） 等;C、认真验算锁点的数量、锁点搭接量(考虑加工、施工偏差的影响)、合理化锁点受力布局等;D、选择抗风特性良好的上悬翻窗、平推窗，甚至对风压不敏感的双层构造或通风器，以提高安全等级。
装饰构件及悬臂构件设计
装饰翼幕墙设计要点：A、抗污染设计;B、安全设计(风荷载大，装饰翼连接正向、侧向应力叠加);C、集成设计(LED等)
玻璃装饰翼材料选择，玻璃作为结构构件 做法越来越多,可采用如下几种形式实现：
1、可用SGP离子键高强度胶片
2、多层玻璃：若孔内没有高模数填充专用结构胶 ，要按单片玻璃接触计算;若有填充材料，可以均化受力，依据填充材料特性加以计算(例如，慧鱼390S、喜力得HY-70)。
3、以金刚胶+无纺布作为金属夹板 与玻璃之间传递剪力 （词条“剪力”由行业大百科提供） 层。
2.2.2 安全设计关键领域：
①防火设计方面，除横向阻断火的蔓延以外，幕墙的玻璃板块不宜跨越两个相邻的防火分区 (新JGJ102第4.5.1条)。
②由于隐框玻璃幕墙 ，安全性能依赖结构较的可靠性，对结构胶的采用、打胶 和固化 环节要提出严格控制要求，并按要求打胶和固化。在新JGJ102 第4.5.2 条规定：建筑幕墙高度大于100m 时，不宜采用隐框玻璃幕墙;当采用隐框幕墙 时，应在面板 和支承结构 之间采取除硅酮结构密封胶 粘接 以外的可靠构造措施。外倾或倒挂的玻璃幕墙区域不应采用隐框玻璃装配形式。
③玻璃安全控制及自爆安全控制。首先玻璃自爆后的安全与玻璃选用关系密切，所以要格外关注玻璃选择，以此根本上降低玻璃破损带来的伤害。新JGJ102第4.5.4条规定：幕墙玻璃选用应符合下列规定：
1 玻璃幕墙的面板，除夹层玻璃 外应选用钢化超白浮法玻璃 、均质钢化玻璃 及其制品;
2 全玻璃幕墙 的玻璃肋 宜采用夹层 玻璃;
3 开孔玻璃肋应采用钢化夹层玻璃 ;
4 外倾或倒挂的幕墙玻璃宜采用夹层玻璃。
其次，对玻璃本身自爆因素进行控制，从源头控制降低玻璃自爆率。
防玻璃自爆具体措施如下：
1、选择合理的反射吸收比 ，降低热炸裂风险，特别是采用浮法 （词条“浮法”由行业大百科提供） 或半钢化玻璃 （词条“半钢化玻璃”由行业大百科提供） 作为面板的时候。试验表明，层间玻璃采用中空玻璃时，内侧玻璃温度可达摄氏95度。这样的高温能导致低表面应力 的半钢化玻璃发生热炸裂。
2、表面应力的控制：半钢化要高一些，高于45MPa;钢化玻璃表面应力要低一些(90MPa左右)。
3、通过热浸处理 （词条“热浸处理”由行业大百科提供） (off line heat soak )，减低硫化镍 颗粒在成品玻璃中的残留量。
4、玻璃边缘处理：无亮斑精磨(Smooth ground edge)。
5、避免玻璃构件边缘在平面内变形条件下与框进行直接接触。
安全玻璃参考ASTM美标规定Safety glass design
8.1.1 Surface and Edge Compression Requirements (see11.7)
8.1.1.1 KindHS,Heat-Strengthened Glass---Kind HS glass with thicknesses of 6mm (1/4in.)and less shall have a surface compression between 24 to 52 Mpa(3500 and 7500 psi). Surface compression testing,when required (see 6.1.9),shall be done in accordance with 11.7.
Note 2—Heat strengthening of glass thicker than 6mm (1/4 in.)within narrow limits of surface compression is difficult. Conwult manufacturer.
8.1.1.2 Kind FT,Fully Tempered Glass--- Kind FT glass shall have either a minimum surface compression of 69 MPa(10000 psi) or an edge compression of not less than 67 MPa(9700 psi)or meat ANSI Standard Z 97.1 or CPSC Standard 16CFR1201 in accordance with 11.8. Surface compression or edge compression testing,when required (see6.1.9),shall be done in accordance with 11.7.
2.2.3 小结
①安全设计要防“黑天鹅”事件，要进行系统性评估涉及安全的各个环节，以避免出现安全设计短板;
②设计安全系数、安全储备互相协调是关键，即等强度、等刚度 设计是安全与经济性之间进行平衡的先进理念，应在设计过程中发扬光大。例如，开启窗除了通过验算、试验确认其安全可靠性以外，好设计也要考虑弥补管理失误带来的风险的安全储备措施，实现更高级别的安全。
③重点和关键点领域，要给于充分重视，实现多重可靠性。例如，本质上耐久性设计本质上也是安全问题，影响到结构安全的重要钢连接件，要考虑腐蚀 带来的不利影响。
3集成设计幕墙相关配套专业，是保证幕墙品质和顺利实施工程的前提(LED、BMU及清洗、遮阳、配套门窗、独立栏杆、防火隔断 （词条“隔断”由行业大百科提供） 和其他)
3.1 相关专业一体化前置规划的必要性。
3.1.1 LED幕墙设计要点：
布线及系统集成(电源本地化、信号线光纤化);
穿透部位的防水设计;
维护方便性设计。
3.1.2 配套BMU设计
玻璃幕墙应便于清洁和维护;高度超过40m的幕墙工程宜设置清洗装置。
条文解释：高度超过40m的幕墙工程，定期清洁与维护工作难以借助消防升降梯或其他设施。在幕墙设计阶段，应确定外墙清洗方式及设备 类型，设计幕墙骨架时，要考虑设备的固定 与连接构造，保障使用安全。
BMU牵扣设计要点：
连接现在靠近连接件位置;
承载力 2700N 以上;
布局与吊篮尺寸匹配;
3.2补偿或设计实施方法：旧楼改造
由于受时代所限(规范先进程度技术发展水平和经济能力)，某些项目难免留下遗憾，此时，迭代嫁接能力是首要考虑的问题。其次是预留核心更换接口也是可行的方法(旧楼改造为例)。
4 应用新材料，新技术和新工艺，幕墙设计时，应以试验方法确认其可靠性，并严格管控适用条件和边界。
4.1 试验是确实性之母。
可靠性需要工艺手段。大批量施工靠有效工艺手段，小批量靠控制;
足尺检测告诉你真实信息—建筑构件 特性决定，例如超大构件的使用;
试验案例——双曲面 幕墙，冷弯工艺
试验结论
冷弯玻璃弯曲 （词条“弯曲”由行业大百科提供） 短边1/60，其性能基本保持不变。
大变形需足尺检测。
应力附加值需考虑。
其他处理工艺的发展：台阶式、弯弧、折线拟合、采用三角形
4.2运用第一原理思维，控制发生系统性风险。
4.3应用新材料风险大，思维要从“小样工艺”思维切换到“批量工艺”思维，确保顺利实施工程有方法上的保障。
降低安全风险的宏观措施。
新材料应用案例
“不锈钢板”是既古老又年轻的特殊材料，它具有耐久、表现力强等优势，但反射率 高，对平整度 极为敏感。
深圳平安金融中心塔楼 幕墙工程1/3的表面用布纹不锈钢板。该工程标准巨型柱采用全覆面，且不锈钢面材收边、折角多。
1 精致、高品质是时代需要，集约化发展的需要。
人类生产产品的历史表明，往往经济发展快的时候相对追求数量而忽略品质，粗制滥造会盛行。因为此时产品销路好，只要制造出来就可以卖出去。经济发展缓慢时反而精品多，因为此时销路靠品质。这是商业社会的普遍规律，追求商业利益带来的结果。
2 基本趋势及动力因素分析。
绿色环保、智能信息化、装配化、个性化：
个性化：几何形状复杂，非线性满足人的新的审美需要，数字化技术提供了手段---BIM (双曲面，复杂体块，非标准化，多层复杂图案及肌理)----小批量定制。
梅溪湖文化艺术中心
哈尔滨 大剧院
河南省科技馆新馆
智能信息化：物联幕墙大有发展。
1851年幕墙诞生以来，在多项要素互动下，幕墙逐渐向智能信息化、绿色环保化、个性化和装配化方向发展。
幕墙智能化性价比上升
幕墙智能化是幕墙及建筑产业升级转型的必然趋势。随着建筑产业工业化、幕墙的个性化和工业4.0的实施，幕墙“小批量定制”成为设计、生产、服务的普遍形式。
幕墙借BIM搭建的平台，从而实现设计、生产和服务过程智能化
通过物联网实现使用过程中的智能化
幕墙智能化主要方式：
物联网集成能量生产过程控制(例如光伏发电、风电应用)
采光遮阳控制
热环境反馈控制
通风及空气质量控制
防盗及报警
照明控制等
实现智能能源供应、智能节能环保 、智能环境舒适。
随着审美体验的多样化和数字化技术的进步，越来越多的建筑选择个性化非线性内外几何形态。这种建筑往往为承载文化元素、表达某象征符号而采用复杂动感外形。从而构件“大批量定制”工作量大、防水设计难度大、普遍应用新材料、新工艺等。
随着数字化技术发展，后现代主义试图满足人们新的自然元素审美等多样化需求，兼顾功能与空间、外观更个性化要求。
哈尔滨大剧院外形、河南省科技馆褶皱变化复杂而剧烈，为此采用了“装饰层与防水功能层分开”策略，实现功能与装饰效果兼容;采用“多级、长距和连续调整”策略与BIM工作平台结合，实现外皮几何形状剧烈变化要求;采用“大区分为小区、区域内为整体、交界处柔性联”防排水策略，实现水密性能。
梅溪湖文化艺术中心与哈尔滨大剧院，除面板用GRC 板代替铝板以外，在防水、调节等设计理念都是相同的。
该项目的新型的GRC面板材 （词条“板材”由行业大百科提供） 料采用可单块拆卸的构造，并全部采用现场无焊接螺栓 （词条“螺栓”由行业大百科提供） 连接体系，实现了“傻瓜式”安装，便携式拆卸。
设计理念： 阿布扎比常年气温摄氏38度以上，通过智能化遮阳伞随太阳的方向自动开合，吸收太阳能 50%以上，实现建筑节能 和人体舒适。整个工程共有2098个遮阳伞，每个伞由1188个部件，受工程几何形状限制，每个伞的尺寸均不同。
该雨伞系统每年减少碳排放750吨。
智能幕墙的控制系统是，从信息采集到执行指令传动机构的全过程控制系统。它涉及到气候、温度、湿度、空气新鲜度、照度的测量，取暖、通风空调遮阳等机构运行状态信息采集及控制，电力系统的配置及控制，楼宇计算机控制等多方面因素。以下简述当前此类幕墙系统在工程中的实际应用：
四 总结：
1 建筑与幕墙的关系。
建筑与幕墙的关系是建筑系统与子系统的辩证关系。只有尊重这层关系，才能整体性系统性地把握幕墙设计，能完成与建筑更加协调、功能更加合理、性能达标并美观精致的幕墙产品。同时建筑设计能更有效地落实其设计理念，进而达成系统的目标。为此建筑设计过程中要同步设计幕墙及其相关配套专业，实现集成设计。例如，建筑结构设计过程当中，预应力 楼板 （词条“楼板”由行业大百科提供） 、巨型柱和点式幕墙 边界处需要预先设置埋件 ，这样可以避免后补埋件带来的被动局面;根据幕墙特点确定暖通空调策略，减少后期补处理的麻烦;LED照明，要考虑布线路径及空间设置;擦窗机要设置轨道和销座等等;幕墙设计师 要秉持为建筑整体增添光彩的理念，从狭隘的幕墙直接成本设计思路跳出来，要主动为建筑整体服务。例如，构件的比例要在建筑整体中把握;穿线管尽量隐蔽美化处理等等;幕墙设计也要充分考虑施工工艺方便性，并与其他专业相协调;
2 幕墙性能 保证措施与试验。
尽管目前幕墙技术 有了长足的进步，时有出现不能满足幕墙基本性能要求的情况，其根本原因主要是对幕墙设计理解不深，未得到要领，导致幕墙设计不满足基本性能要求。例如，等压原理防水、雨幕控水，是防渗 漏设计中的有效手段。但往往气密性不达标而功亏一篑，防水性能反过来影响寿命、安全。又如，静定梁是降低成本的好方法，由于现场不具备实施条件而无法实施，或施工时出现安全问题。所以，逐条落实性能是保障安全的前提，反过来安全有保证时幕墙性能才有意义。为了确保幕墙相关性能能达标，应关注以下几个方面：
A、掌握最基本原理，并审查其使用条件，确保运用前提和条件正确。
B、要关注具体标准，抓住标准核心要素。例如，遵循“绿色建筑标准”基本理念是优秀设计的方向之一，满足其中具体要求是节能设计的落脚点。
C、足尺检测是确认幕墙性能之确实性之母，应给于足够重视。
3 幕墙安全标准及自然灾害
随着人口数量的增长(权威部门预测本世纪末人口的数量将从现在的七十亿左右增长到110亿)和经济发展，人类对资源的消耗在大幅度提高之过程中。全球性环境恶化在百年尺度上不可逆转，所以自然灾害频率和强度总体上将处于上升趋势。这就迫使我们应重新审视和研究当下执行的幕墙安全标准体系和实施措施，寻求对策。例如，厦门莫兰蒂台风破坏经验告诉我们建筑低区受环境影响明显，确定设计风压时，应认真分析周围建筑环境对建筑风压分布的影响。要考虑基本风压 值的确定是否考虑山坡效应等其它因素。
4 幕墙个性化与新材料、新技术和新工艺
随着幕墙工程设计个性化比例的提高，越来越多的工程涉及新技术、新材料和新工艺。但分析幕墙行业过去失败的案例，就不难发现多数情况属于新材料使用不当、新技术和新工艺应用不当而造成的。而且多数属于以下的几种情况之一：
1)、虽然做了详细理论分析，甚至也有在实例中应用过，但由于缺乏必要的足尺检测，条件发生变化而过去的成功应用无法代表当下条件下的表现，出现相关的问题。例如，应用复合材料 时，只因规格变大而出现面层脱开，造成工程失败。
2)、界定使用条件和边界超越了材料自身应用的范畴，如从干燥天气环境地区移至海边等。
3)、关键的环节控制不力，出现质量问题。例如钢材 表面处理 当中，关键的底漆 处理不到位，造成耐久性不能达标;石材粘接时，未设抗剪连接销钉 而开裂 ;玻璃类粘接金刚胶比例不当，缺乏韧性 ;由于越来越多项目采用屋顶和立面连续化处理，涉及新型防水系统，但材料间不相容而防水失效;所以，要认真评估应用条件，做必要的足尺检测，以实际数据确认应用的合理性是，在个性化盛行的当下，确保幕墙成功的重要保障。
5 幕墙安全维修及节能改造。
国内幕墙经过三十多年的快速发展，经历1996年之前的无幕墙行业标准发展时期和后来的大规模快速发展时期，进入了幕墙巨大现存量与大量新建设共存时期。从而建筑幕墙工程市场将迎来高频率大规模维修时期。尽管部分地区出台了地方的幕墙维修标准(例如上海有地方的标准，行业标准《既有建筑幕墙可靠性鉴定及加固规程》(JGJ XXXX)也将出台)，从实际实践经验来看，维修量大、难度大。原因是小改不能根本上解决安全在内的质量问题，但大改涉及过高更新成本，所以实施难度大。例如，连接件失效、钢构 表面处理失效、石材面面板粘接胶老化 等，均涉及幕墙的整体更换维修。
既有建筑更新除安全维修外，集中在节能改造方面。其一、要进行改善围护结构 的保温隔热和遮阳性能。其二、提高采暖 空调设备系统的能效。前者就是幕墙的更新，根据实际经验，我们总结更换的方法主要有以下几种：
1)、构造双层化或多层化，即原有幕墙基础上增加一层幕墙或百叶等构造装置。
2)、更换组件，例如玻璃和活动的部件。
3)、贴节能膜 (主要贴在室内侧)。
4)、室内外构件上进行喷涂或包覆处理。例如外部喷热反射涂料 。内侧进行保温包覆处理。
5)、远距离送光线改善采光，改善室内光环境。
实践产生新的理念，新理念促进实践升级，这是永恒的良性互动。
参考文献：
1、邵唯晏著的《当代建筑的逆袭》
2、罗忆 、黄圻 和刘忠伟 （词条“刘忠伟”由行业大百科提供） 主编的《建筑幕墙设计与施工》
3、[加]Trevor van Gorp等著的《情感与设计》
4、[英]彼得。F。史密斯著的《美观的动力学-建筑与审美》
5、李百战等编著的《室内热环境 与人体热舒适》
6、邢智毅主编的《智能建筑技术 应用》
7、孟根宝力高主编的《现代建筑外皮》
专家介绍 孟根宝力高
铝门窗幕墙委员会专家组
工作单位： 沈阳远大铝业工程有限公司
技术职称： *
专业： 建筑幕墙设计、施工管理
专长： 高层建筑幕墙设计及施工管理
