幕墙玻璃光学变形现象分析及控制

樊葳¹  楼涛明²  许谦³ 

（1浙江省建筑科学设计研究院有限公司 2 浙江大华建设集团有限公司 3浙江省建设工程质量检验站有限公司）

摘  要  本文从生产、设计、施工等因素对幕墙玻璃产生光学变形的原因进行了分析，指出了各环节可能存在的问题。通过对各类因素提出相应的解决措施，以起到减少城市幕墙玻璃视觉变形，增强建筑物美感的效果。

关键词  幕墙玻璃  光学变形  原因分析

    玻璃幕墙在现代建筑上应用的越来越广泛，大型公共建筑主立面目前或多或少都采用了玻璃幕墙装饰。随着建筑节能要求提出及幕墙行业自身发展，幕墙玻璃也从原来普通的镀膜玻璃发展到镀膜钢化玻璃进而发展到目前的镀LOW-E膜的钢化中空玻璃成为主流，很多时候钢化玻璃甚至又带着夹层。但是玻璃产品的升级并未解决玻璃幕墙产品的一个通病，反而随着玻璃产品升级而更为凸显。这就是幕墙玻璃的光学变形问题。

走在城市大道上，两边的玻璃幕墙或多或少存在光学变形。这些变形影响了幕墙的视觉效果，严重变形的还会因为光学畸变，产生哈哈镜似的效果，使得整个建筑的美感消失，甚至成为视觉污染。由此产生的质量纠纷也不在少数，但因为目前无明确国家标准或规范对此做出限制和解释，因此往往是建设单位和玻璃生产单位互相扯皮，最后不了了之。

幕墙光学变形的原因很多，本文在此探讨分析以引起重视，使之从生产、设计、施工等各阶段能得到控制，减少幕墙光学变形现象，净化城市视觉环境。

1 生产因素

从各类原因分析，玻璃本身质量对光学变形的影响是最大的。

1．1 钢化因素

考虑安全因素，幕墙面板主要采用钢化玻璃。由于钢化玻璃生产过程要经过加热处理，因此玻璃平整度势必受到影响。目前国家标准GB 15763.2-2005《建筑用安全玻璃 第2部分：钢化玻璃》对玻璃本身的光学变形（波筋）并无要求，在平整度方面标准以弯曲度控制，要求弓形不超过0.3%，波形不超过0.2%。目前建筑师喜欢使用大尺寸玻璃，以增加建筑整体效果，单块2米以上的玻璃在建筑中随处可见。而大尺寸玻璃相对的大弯曲度不仅直接使用影响安装效果，用其深加工制成的夹层玻璃或中空玻璃均会厚薄不均，引起光学变形甚至影响安装质量。

目前钢化玻璃大多采用水平钢化技术生产，虽然比起垂直吊挂生产方法在玻璃平整度方面有了很大改善，但变形仍然是影响钢化玻璃质量的重要因素。影响钢化玻璃平整度的因素主要为玻璃钢化时温度控制不均匀，玻璃表面各部位存在温度差，导致玻璃不同方向的弯曲。其次钢化炉辊道的变形和磨损也会影响钢化玻璃最终的平整度。因此改变温控工艺，保证玻璃加热和冷却时温度的稳定及均匀性可最大限度保证玻璃的平整，同时加强对辊道及设备的检修保养是控制途径。

1．2 中空因素

中空玻璃是使用两片以上玻璃以有效支撑均匀隔开并在周边进行粘结密封，玻璃层间形成干燥气体空间的制品。目前中空玻璃封胶基本采用卧式，即玻璃水平放置在注胶平台进行密封。由于玻璃本身的自重作用，在封胶时上片玻璃会向下弯曲，压迫内部空气外溢。封胶后，中空玻璃内部会产生微负压，造成玻璃向内弯曲^[1]。此现象在玻璃较薄，玻璃尺寸过大时，更加明显。另外玻璃生产时的大气压力及温度与使用时的变化，也会引起中空玻璃外鼓或内陷，严重时甚至产生吸附，使得两片玻璃贴合。控制中空玻璃弯曲，除了改变封胶方式外，对于大气压力的影响可采用呼吸管或毛细管的方式，平衡中空玻璃内外压强。

1．3 Low-E因素

作为夏热冬冷地区幕墙玻璃使用的常规产品，Low-E玻璃往往是以复合产品出现。幕墙工程采用的Low-E玻璃通常为Low-E钢化中空玻璃。Low-E玻璃是在玻璃表面上镀有低发射率薄膜的玻璃，物体影像在其表面会有反射。当Low-E玻璃做成中空玻璃后，物体影像在不同玻璃面上会有不同的反射，而这些反射会相互干涉，产生衍射等光学效应。这是一个物理现象，难以改变，但玻璃生产商可以控制两片玻璃的平行度，使得干涉尽量减少，以降低使用在建筑物后的光学变形。

2 设计因素

2．1 风荷载

为了追求建筑物的美观，设计师没完没了的将玻璃板块一再加大，以为板块大了减少了拼接的胶缝，使得建筑立面显得简洁而干净。但是玻璃板块增大，使得单块玻璃承受的风荷载也随之加大。根据《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003，幕墙玻璃在风荷载标准值作用下，挠度限值为短边边长的1/60。换句话说，单块宽度在1500mm的幕墙玻璃，允许的极限挠度为25mm。设计师设计时，一般计算玻璃的强度和刚度，此两者满足允许值即可。但幕墙玻璃在实际使用过程中，即使实际风荷载只有标准值的40％，1500mm跨距的玻璃挠度都允许达到10mm。此变形已远超玻璃产品标准对弯曲度的要求。因此大分格的幕墙玻璃，在正负风压的作用下，玻璃会向内外弯曲，形成凹凸曲面。建筑师在考虑立面分格的时候，宜与室内空间组合相适应，分格长宽比一般在1：1.2~1:1.5之间，不宜采取1：2比例等过于细长的比例。

2．2 温度

环境温度对幕墙玻璃的影响主要体现在中空玻璃。密封在中空玻璃中的空气，在使用中，随着外部气温的变化而膨胀、收缩，从而造成内部载荷的变化，使玻璃表面向内外弯曲。有实验表明550mm×1100mm×(5+9A+5)mm的长方形镀膜中空玻璃，环境温度每变化l℃，单侧玻璃表面中心的位移变化约为0.03mm左右。可见，温度的变化，对中空玻璃平整度的影响是相当大的。改善温度对玻璃变形的影响，可以将玻璃内充的空气换成惰性气体，这样在提高玻璃热工性能的同时也可减少因气体膨胀带来的影响。同时保证幕墙玻璃板块的胶缝宽度，使得玻璃在热应力下能够自由伸缩，降低玻璃在温度作用下的膨胀变形。

3 幕墙安装制作因素

不管是框架式还是点驳接式或是全玻幕墙的玻璃板块均是在工程现场安装的，施工人员的水平及责任心是幕墙施工质量的反映。玻璃板块的组装及安装允许偏差一般都在2.5mm以下^[2]，但实际多数工程达不到规范允许偏差，尤其是幕墙的单个板块的直线度和幕墙整体的平面度以及面板之间的接缝高低差指标，出现较大的超差后，幕墙整体反射的影像不再连续，整个镜像变得支离破碎，严重减少建筑物美感。

4 结语

在实际工程中，玻璃光学变形不可避免。但通过合理进行幕墙设计，选择合适的板块分格，采用抗风压较好的玻璃，同时降低玻璃的镀膜反射率；在玻璃制作过程中，控制好钢化玻璃的平整度和中空玻璃内外片的平行度；保证玻璃幕墙制作安装的规范性；可以减少幕墙玻璃光学畸变，将光学变形降低至视觉可以接受的范围。

参考文献：

[1] 牛晓.中空玻璃变形现象的分析.建筑玻璃与工业玻璃，2010，7：9-12.

[2] 玻璃幕墙工程质量检验标准.JGJ139-2001