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玻璃幕墙结构国内专利申请基本情况浅析

1 概述

幕墙作为一种建筑围护结构,是建筑物的外墙护围,又称为悬挂墙,由结构框架与镶嵌板材组成,不承担主体结构载荷与作用,是现代大型和高层建筑常用的带有装饰效果的轻质墙体。幕墙利用了各种强劲、轻盈、美观的建筑材料取代传统的砖石或窗墙,包围在主结构的外围,可以使整栋建筑美观且兼具多功能和安全性。由于其独到的优点,幕墙在今天已经广泛应用于各种建筑物,成为当代建筑外墙装饰的新潮流。随着人类对于环保问题的重视加深,节能环保已成为现代建筑设计的一项重要原则,而幕墙工艺也越来越趋向于与科技结合。玻璃幕墙由于本身制作可以节约能源,同时其材质较好并且具有较好的反射及投射性,给人们带来了良好的空间视觉体验,越来越受到人们的青睐。

玻璃幕墙是指由支承结构体系与玻璃组成的、可相对于主体结构有一定位移能力、不分担主体结构所受作用力的建筑外围护结构或装饰结构。其具有轻巧美观、不易污染、节约能源等优点,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,成为现代建筑幕墙材料选择的热点。根据支承结构形式,玻璃幕墙可以分为三类:框架式玻璃幕墙、点支式玻璃幕墙和全玻式玻璃幕墙,其中框架式玻璃幕墙作为传统玻璃幕墙形式,使用相对广泛,技术相对成熟,而点支式玻璃幕墙和全玻式玻璃幕墙相对而言技术含量较高、研发投入较大、市场占有率不高,目前尚处于技术发展的上升阶段。

本文从专利视角对玻璃幕墙的技术发展及其在我国的专利申请情况进行了分析,进而分析了我国玻璃幕墙的发展趋势。

2 玻璃幕墙专利申请历史沿革分析

2.1 国外玻璃幕墙专利申请状况分析

国外从20 世纪60 年代开始逐步出现涉及玻璃幕墙的申请,但申请量始终处于较低水平,直到上世纪上世纪80 年代初,随着玻璃幕墙领域技术含量的不断增加和应用范围的逐渐拓宽,该领域的专利申请量才有了大幅度的增长,这也反应出在玻璃幕墙领域中,技术的发展主要依托于实际的工程应用,并在工程应用中不断根据实际工程需求探索技术上的新的发展。

1971 年,德国申请(DE1817779A1)公开了一种用于建筑物的窗户系统,其包括具有支柱的木质窗户框架,以及上梁和下梁,具有用于框架的多个挤出塑料盖,这些挤出物在形状上对应于框架的外表面并且覆盖框架的所有自由表面,挤出塑料盖具有不透明面板。这件申请属于早期较具有代表性的申请,从中可见玻璃幕墙的基本设计思想。

1976 年,德国申请(DT2525459A1)公开了一种非承重的装饰墙或遮蔽墙结构,其由多个互锁的玻璃块组装而成,存在矩形支撑框架用于支撑并接合装配玻璃块,玻璃块上侧和下侧上以及在其侧面上具有交替的肋和凹槽,用于垂直和侧向互锁,还可以有用于容纳保持在砌块柱的任一侧上的加强杆的凹槽。该申请涉及玻璃幕墙的装配和支撑结构,与该专利申请内容相类似的还有2007 年公开的德国申请(DE102007018305),其也涉及一种框架式玻璃幕墙结构,该结构通过基座型材以及密封原件将玻璃板材固定于由木材或金属材料制成的框架型材上。从以上几件申请可以看出,无论是在早期还是后期,德国在玻璃幕墙领域的技术发展始终处于同期领先水平。

以上几件专利申请的内容均涉及框架式玻璃幕墙,而随着玻璃幕墙技术的发展,点支式玻璃幕墙和全玻式玻璃幕墙也方兴未艾,申请量呈现逐步增长的趋势。

韩国GLASSTOP 公司在2011 年7 月7 日申请、公开号为KR1065186B 的专利申请中提供了一种用于楼宇外墙的点支式玻璃系统,该系统的玻璃幕墙以固定的间隔分开,相互具有一定的空隙,并通过支撑构架相连接。固定架包括与大楼结构件相连接的固定单元,固定单元四周散射状分布有支撑件,且支撑件设置于支撑构架之后,支撑结构具有连接固定单元和支撑件的支腿,以及穿过间隙将支撑构架固定于支撑件的紧固件。

本文在处理邻域信息时引入了两种不同邻域大小的局部相似因子用来减少噪声的影响以及保留图像细节。实际上,对于给定的一幅图像,其每个像素点的灰度和与之对应邻域的灰度是相似的,在本文算法中,每个中心点对应的邻域由两部分构成:大小为p∗p的方形邻域和半径为r的圆形邻域(一般r>p),我们将图像中心点x对应的能量函数定义如下:

德国FRANKISCHE 公司在1988 年1 月22 日申请、公开号为DE3801826A1 的专利申请中提供了一种全玻式玻璃系统,该系统的每一块玻璃幕墙通过与基部结构连接的悬臂角栓支撑,悬臂角栓的悬空段呈锯齿状,角栓的锯齿段与塑料套管配合,并插入两面光滑的玻璃板的肋部凹口中,然后在凹口中填入以铆定塑料套管,然后注入密封剂固定。

通常情况下,高速铁路产生过电压频率的上限一般为几十MHz。而对于300 MHz的电场和磁场来说,由于在近场区域磁场分量极小,此时电场按静电场近似处理,不会产生较大误差。此时球形天线处的电场强度Eo(v)与Q(v)成正比,即:

下面先对2度点的色集合进行讨论,由染色算法,点u03,u05,…,u0(2n+1),um4,um6,…,um(2n),um1以及点us(2n+2), us1(s=2,4,…,m-2)的色集合均可相互区分且它们的色集合均由不超过k的颜色组成可设其中1

2.2 我国玻璃幕墙专利申请状况分析

我国是从1990 年开始,由沈阳飞机制造公司提出了有关高层建筑玻璃幕墙的专利设想(CN2056169U),其借助固定窗和回转窗的交错排列,采用钢化玻璃和密封胶条的设置实现密封、保温、隔音性能,并具有较高的结构强度和抗震性能,从而适用于温差较大的地区的高层建筑。这件申请是国内涉及玻璃幕墙的首件申请,自此,玻璃幕墙领域的专利申请逐渐进入了国人的视野。随后,西安航空发动机(集团)有限公司装饰工程分公司提出了钢索点接触式玻璃幕墙的专利申请(CN2350459Y),在保障玻璃幕墙安全性的基础上兼顾了装饰观赏性,代表了玻璃幕墙领域在上世纪90 年代的发展趋势。步入21 世纪,玻璃幕墙的固定连接结构成为了国内相关企业技术研发的热点,江苏东阁不锈钢制品有限公司申请的“点支式玻璃幕墙驳接爪”(CN201301538Y)、“ 点 支 式 玻 璃 幕 墙 可 调 驳 接 组 件”(CN201301539Y)成为这一阶段专利申请的典型代表,其固定结构使得玻璃无附加应力,同时又能适应空间变化带来的位置偏差。2018 年,翔实节能玻璃(昆山)有限公司提出了关于防眩光隔热钢化玻璃幕墙及其组装方法的专利申请(CN109098326A),其具有良好的隔热、保温、隔音效果,可以看出该领域技术发展从关注自身结构为主逐步发展到更关注用户的主观体验,以及创造更好的宜居环境。

图1 我国玻璃幕墙专利申请量变化趋势图

图1 是20 世纪90 年代以来我国玻璃幕墙领域专利申请走势情况,从图中可以看出,国内玻璃幕墙领域专利申请始于1990 年,但一直到2001 年的十一年间年均申请量均在10 件以下或10 件左右波动,说明2001 年之前国内该领域的研究尚处于起步和探索阶段。从2002 年申请量突破20 件开始一直至2010 年,年申请量均维持在几十件水平并总体呈略有增长趋势,可以看出在这一阶段,国内在玻璃幕墙领域的研究逐步步入了发展阶段,并明显对该领域的知识产权保护投入了更多的重视。从2011 年年申请量达到100 件为起始点,国内对于玻璃幕墙领域的研究和保护进入了提速发展的快车道,年均申请量的增长量大部分年份均维持在100 件左右,2011 年到2018 年的短短7 年间,年申请量跃升达到了747 件,从申请文件来看,申请人分布更为广泛,技术也更加成熟先进,说明国内玻璃幕墙领域的总体技术水平在这一时期得到了迅猛的提升。

从国内申请人情况来看,企业申请仍占据主流,在国内该领域截止2018 年的全部专利申请中,企业申请量占比约为79%,个人申请量占比约为20%,高校和科研机构申请量仅占比约1%,从申请人地域分布情况来看,主要以辽宁、广东、江苏、上海、北京、浙江等沿海经济发达地区为主,可以看出玻璃幕墙领域属于应用性较强的技术领域,主要研发力量还是集中于该领域的龙头企业中和科技优势明显的沿海地区。

3 结论

在大众创业,万众创新的新时代,玻璃幕墙领域也随着新技术的飞速发展不断创造着新的制高点。在传统技术的基础上,各类新型玻璃幕墙如雨后春笋展现在世人面前。从技术内容上看,玻璃幕墙领域专利申请从关注幕墙结构为主,逐步发展到关注用户使用体验为主,更适于创造更好的宜居环境,这也将成为该领域今后技术发展的主流方向。从申请人的角度来看,目前这一领域的主要申请人仍为企业,这表明作为应用性较强的技术领域,玻璃幕墙的技术研发其目的仍主要在于市场应用,但从建立产学研一体化发展的角度尚有较大的创新发展空间。

这样的民企不在少数。某科技企业创始人吕欣说,公司的主营业务是建筑检测仪器,客户都是一些大型国企。“资金周转确实不灵活,应收款经常一拖就是半年到8个月。”

参考文献

[1]李娜,武敏,王丽,杨雅平,傅彦青.玻璃幕墙结构专利技术分析[J].山西建筑,2016,42(19):233-235.

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