0 引言

采光顶是指由透明面板与支撑体系组成，不分担主体结构所受作用且与水平方向夹角小于75°的建筑围护结构[1]。玻璃凭借强度高、透光好、耐久性强等特点，已经成为采光顶的首选透明材料。但其在应用中也有不可回避的问题，如玻璃是脆性材料，边缘强度相对较低，钢化玻璃存在自爆隐患等。另外，采光顶玻璃如果选择不合适，采光的同时也在“采热”，这样既增加了建筑物的能耗，又影响了空间的舒适性。因此，采光顶玻璃的设计是确保采光顶安全并长期实现其功能的重要环节。

1 采光顶玻璃的设计要求

1.1采光顶玻璃安全性能设计

    对于采光顶承受载荷的设计应考虑永久重力荷载、风荷载、水平方向地震作用效应及各类荷载的作用组合效应。无地震作用组合效应时，按下式计算：

有地震作用组合效应时，按下式计算：

其中：——作用组合效应设计值 

——永久重力荷载效应标准值  ——重力荷载代表值的效应 ——可变重力荷载效应标准值 

——风荷载效应标准值     ——地震作用效应标准值   ——永久重力荷载分项系数

——可变重力荷载分项系数   ——风荷载分项系数     ——地震作用分项系数

——风荷载的组合值系数    ——地震作用的组合值系数  ——可变重力荷载的组合值系数

    如果考虑地震荷载组合效应，还需要对各种工况下荷载的组合效应进行分别评估，荷载组合效应最大值将作为玻璃强度设计的基础数据，然后根据采光顶玻璃的结构进行荷载分配的强度计算。

    而玻璃这种脆性材料应用在采光顶，它的材料特性对承载过程的影响需要分别讨论。玻璃强度的设计需要综合考虑玻璃的种类（包括平板玻璃、半钢化玻璃、钢化玻璃、压花玻璃等）、玻璃的厚度、玻璃强度位置的影响等因素。对于夹层玻璃、中空玻璃、真空玻璃等复合结构还要考虑其载荷分配。另外，还需要满足玻璃板在标准组合效应作用时产生的最大挠度值应不大于玻璃板的挠度限值，即df≤[d]。

    对于采光顶玻璃的安全性设计，除应满足承载设计外，还应全面评估安全玻璃的选用、安全玻璃的本身特性、安全玻璃服役期间的稳定性等因素。因此，必须要参考JGT 231-2007《建筑玻璃采光顶》中6.2.1，6.2.2，6.2.3和JGJ 255-2012《采光顶与金属屋面技术规程》中3.4.4，3.4.5，3.4.5等相关条款要求。

标准中的条款已经对钢化玻璃的质量，也就是采光顶用钢化玻璃的使用寿命进行重点要求，可以说均质处理已经成为强制性要求。当然，使用超白玻璃基片也可以大幅度降低钢化玻璃自爆率。其实，半钢化玻璃作为热处理强化玻璃的一种，不会产生自爆，在中空玻璃或者夹层玻璃结构中破碎时，玻璃整体脱落风险相对较小，其在满足承载设计的前提下，在幕墙设计中的应用将更加广泛。

另外，JGJ 255对玻璃面板的面积(不宜大于2.5m2)以及玻璃的最大边长(不宜大于2m)进行了约束，其目的在于通过减小玻璃的分隔尺寸，减小玻璃挠度，减小玻璃自重载荷对结构安全的影响，进一步降低钢化玻璃、夹层玻璃和中空玻璃的失效概率，提升“头顶”玻璃的寿命。

1.2 采光顶玻璃的防水设计

    对于任何类型的采光顶，排水都是十分重要的，如果采光顶排水系统设计紊乱或细部处理不当，将造成排水不畅或积水，并产生渗漏的隐患。采光顶玻璃板块间的接缝处长期积水会造成密封胶老化、夹层玻璃PVB胶片脱胶等问题，所以对玻璃采光顶的排水应给予足够的重视。

    玻璃采光顶防水设计主要解决以下两个问题：

    (1)合理的坡度设计。玻璃采光顶的坡度是由多方面因素决定，其中工程所在地降水量、玻璃采光顶的体形和尺寸、玻璃采光顶的结构形式对坡度影响最大[2]。JGJ 255-2012中的条款4.3.6规定“排水坡度应根据工程实际情况确定，采光顶、金属平板屋面和直立锁边金属屋面的坡度不应小于3％。”对于玻璃采光顶的坡度设计也可参照此标准要求。虽然坡度越大排水也就越畅快，但是过大的坡度也会对会给施工和结构布置造成不利条件，因此根据具体要求确定一个合适的坡度是很重要。

    另外，对于采光顶玻璃的自重也是必须要考虑的问题。对于JGJ 231要求的玻璃采光顶最低配置是一片6C+12A+5C+0.76PVB+5C的夹层中空玻璃，如果严格控制面积不超过2.5m2，那么玻璃自重将不会超过110kg。但实际工程应用中，几乎很难见到这样的“小玻璃”，为了追求通透、大气、以天为邻的效果，再兼顾安全性时，往往玻璃的单片厚度大都超过8mm，玻璃的面积大都超过5m2，如果采光顶设计时考虑活动载荷(某些上人屋面)的作用时，又必须使用双夹层中空玻璃结构，玻璃的自重将达到半吨以上，玻璃挠曲变形较大，极易出现采光顶积水、渗水等问题隐患。

    (2)合理组织排水系统。合理组织排水系统，主要是确定玻璃采光顶的排水方向和檐口排水方式。为了使雨水迅速排除，玻璃采光顶的排水方向应该直接明确，减少转折[4]。

1.3 采光顶玻璃的隔声设计

JGT 231-2007中对于采光顶的空气隔声性能进行了分级，如下表：

表1  采光顶的空气声隔声性能分级

按照JGT 231-2007对于采光顶玻璃结构的最低要求（6C+12A+5C+0.76PVB+5C），隔声等级可以达到3级水平。表2列出不同玻璃结构与之相对应的计权隔声量Rw值。从表中可以看出影响Rw值的因素包括中空玻璃的结构、玻璃的厚度、胶片种类、间隔层的厚度等。

表2  不同玻璃结构的计权隔声量

1.4 采光顶玻璃的节能设计  

    一般情况下，对于某一地区某一建筑物而言，采光顶接受到的太阳能辐射量是最大的。而一些酒店、商场的中庭和连廊，采光顶可能成为太阳能进入室内的唯一“快速”通道，所以采光顶玻璃的节能设计关键是采光不采热。对于玻璃而言，就是要选择LSG值尽可能大的产品，如在夹层中空玻璃中使用高透型双银Low-E甚至是三银Low-E玻璃。当然从进一步降低遮阳系数Sc的角度考虑，可以使用彩釉玻璃、隔热胶片、中置遮阳装置等。如果选择台玻生产的Low-E真空复合中空玻璃，那么采光顶将成为一面“透明的保温墙体”，进入室内的太阳光将成为一种“冷光”。如果再将暖边间隔条应用到采光顶用中空玻璃里面，对于降低玻璃边部传热系数，降低玻璃边部的内外温差会起到明显作用，当然也对防结露有很大帮助。

表3  不同类型Low-E中空玻璃的光热性能参数

选用台玻生产的可见光透光率相同的单银、双银、三银Low-E玻璃组合成夹层中空玻璃结构，进行光热性能模拟计算。从表3可以看出，三银Low-E夹层中空玻璃可以在保证玻璃整体可见光透过率不变的前提下，将单银中空玻璃的传热系数U值降低12％，遮阳系数Sc值降低35％，玻璃中心区域的隔热性能提升30％以上。

2 结论

采光顶玻璃同建筑物其他结构部位玻璃相比有其特殊性，设计过程应该更加注重材料本身的特点，对于玻璃这类透明材料而言，就是要充分发挥其强度、耐久性、耐热性等优势，降低各种破损、各类粘结失效、结构失效等带来的安全隐患，进一步从设计源头提高采光顶的使用寿命。