高層鋼結(jié)構(gòu)建筑節(jié)能型幕墻的設(shè)計和施工

文/陳鳳霞 青建集團股份公司 山東青島 266000

建筑節(jié)能已經(jīng)是當(dāng)今社會上普遍關(guān)注的重點問題，該項問題的順利解決直接關(guān)系著社會可持續(xù)發(fā)展的實現(xiàn)。伴隨著建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的頒布與實施，越來越多的建筑在建設(shè)過程中開始將節(jié)能作為重點進(jìn)行考慮。在高層建筑中，幕墻是其重要的外部維護(hù)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)對整體建筑能耗的影響非常大，所以在進(jìn)行幕墻結(jié)構(gòu)節(jié)能設(shè)計和施工的時候，其關(guān)鍵就是將幕墻的隔熱性、密封性以及抗輻射性加強提升。因而這就需要重點對其設(shè)計和施工進(jìn)行充分研究。

1、設(shè)計要求

某市一高層建筑結(jié)構(gòu)為全框鋼架，其外部維護(hù)結(jié)構(gòu)運用全幕墻，鋼梁和鋼柱外側(cè)使用了鋁質(zhì)單板，其他部位運用了玻璃加鋁的幕墻。因為整個建筑是運用的全鋼結(jié)構(gòu)，所以材料熱阻相對比較低，對于節(jié)能要求比較突出；再加上整體建筑構(gòu)造玻璃幕墻的比重相對比較大，并且幕墻的開啟窗數(shù)量相對比較多，大約占到了整個幕墻面積的18%左右，因此這就需要有效提升開啟部分的密封性，進(jìn)而實現(xiàn)節(jié)能。針對這一基本情況，其具體節(jié)能設(shè)計要求主要包含有以下幾點：

首先，需要將太陽輻射的負(fù)荷強度降低。在具體進(jìn)行設(shè)計的時候基本都是應(yīng)用高反射率的腹膜層，從而有效實現(xiàn)減少表面輻射換熱的主要目的。把一層反射率一致的度磨層加入平面玻璃之中，其玻璃之間的敷設(shè)熱流密度就會出現(xiàn)明顯的降低，最大能夠降低到原來的50%左右。

其次，需要進(jìn)一步提升幕墻的氣密性。在提升氣密性的時候不僅要將開啟窗的加工密度進(jìn)行提升，還要確保安裝質(zhì)量；不僅如此，還要重點控制好窗框和窗扇之間的間隙，不但要使用多道密封，還要使用迷宮式密封，這樣一來就可以提升出流阻力，減少出流壓強。

最后，需要減少溫差傳熱過程中的熱負(fù)荷損失。根據(jù)熱工之一原理，減少溫差熱傳過程中的熱負(fù)荷損失的唯一手段就是降低該工程結(jié)構(gòu)之中的總傳熱系數(shù)。該系統(tǒng)一般都是由多層壁中熱導(dǎo)率所決定的。因此要想使其熱負(fù)荷損失降低，就需要將各種材料組合的多層壁幕墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用進(jìn)去。

2、節(jié)能措施

2.1 應(yīng)用節(jié)能與隔熱型結(jié)構(gòu)

在進(jìn)行該建筑工程幕墻設(shè)計的過程中，選擇連接構(gòu)件的支撐結(jié)構(gòu)材料時，可以直接應(yīng)用節(jié)能型的隔熱鋁材料。具體運用的時候可以直接應(yīng)用槽型嵌入的方式將隔熱條和鋁型材料相互連接，這樣一來，不僅可以將材料的導(dǎo)熱系數(shù)降到一定程度，還能夠滿足建筑結(jié)構(gòu)本身對于強度的基本需求。

2.2 應(yīng)用節(jié)能型中空反射鍍膜鋼化玻璃結(jié)構(gòu)

在高層建筑的外圍保護(hù)結(jié)構(gòu)當(dāng)中，玻璃幕墻的應(yīng)用面積相對比較大，進(jìn)而這就成了溫差傳熱以及太陽輻射的主要承受體。所以，運用減少輻射熱流密度與傳熱系數(shù)較低的相關(guān)結(jié)構(gòu)，能夠最大程度上降低溫差傳熱以及太陽輻射的負(fù)荷。因為中空玻璃當(dāng)中的干空氣層導(dǎo)熱系數(shù)只有玻璃導(dǎo)熱系數(shù)的1/10，因此使用中空鋼化鍍膜玻璃，可以將傳熱系數(shù)降低大約30%。使用這種方式能夠最大程度上提升幕墻的可見光透射比、遮陽系數(shù)、傳熱系數(shù)以及玻璃露點等，進(jìn)而有效降低幕墻的能耗。

2.3 應(yīng)用節(jié)能型內(nèi)倒窗

給該工程之中的鋁合金外框都使用隔熱型材料，這樣隔熱條之間就會形成一個空氣層，這時候?qū)⑵浣Y(jié)構(gòu)空間之中的干燥空氣充分利用起來，將熱流傳遞阻斷開，就能夠?qū)⒄麄€結(jié)構(gòu)的熱傳系數(shù)降低。內(nèi)倒窗運用的是隱框結(jié)構(gòu)，這時候?qū)摶兡ぶ锌詹ＡУ奶攸c充分利用進(jìn)去，使其鋁合金內(nèi)倒窗框和其他開啟窗不再直接暴露在室外，就可以將熱橋作用消除掉。在內(nèi)倒窗框當(dāng)中使用3 種類型的密封條進(jìn)行密封，就會形成兩層密封空間，這樣一來就能夠?qū)⒎治鰸B漏的空氣阻力提升上去。最后，在開窗結(jié)構(gòu)使用加工精度相對比較高的內(nèi)倒窗五金構(gòu)件，就可以有效提升其基本的氣密性和水密性，實現(xiàn)良好的節(jié)能效果。

2.4 應(yīng)用保溫隔熱層

因為在該工程當(dāng)中的鋼結(jié)構(gòu)都是運用金屬鋁板外包，這些金屬鋁板的導(dǎo)熱系數(shù)相對比較大，大約是玻璃的三百多倍，是玻璃棉的四千多倍。再加上金屬幕墻和建筑主體結(jié)構(gòu)之間存在比較大的間隙，倘若這時候沒有給其增加一定的隔熱層，就會導(dǎo)致熱負(fù)荷突然增加。所以為了減少內(nèi)外熱量的傳導(dǎo)，可以在建筑立柱的兩邊填充相應(yīng)的玻璃纖維；或者也可以在橫梁的下方填充玻璃纖維，將金屬幕墻和室內(nèi)隔斷開來。

3、施工技術(shù)

3.1 提升幕墻的標(biāo)準(zhǔn)化系數(shù)

當(dāng)其主體結(jié)構(gòu)在施工完成之后，其結(jié)構(gòu)的層高以及軸線等都會和理論值存在一定差異，倘若依照實際的軸線進(jìn)行幕墻安裝的話，最終幕墻的尺寸就會出現(xiàn)大小不一的情況，特別是在一些結(jié)構(gòu)構(gòu)造相對比較復(fù)雜的樓層之中，其尺寸但凡出現(xiàn)一些偏移就會使叉形結(jié)構(gòu)對角線出現(xiàn)移位情況，進(jìn)而傾角產(chǎn)生變化，這時候鋁板所有的幾何尺寸就都會出現(xiàn)變化。這樣的情況會嚴(yán)重影響著幕墻的安裝和加工質(zhì)量，從而使幕墻的水密性和氣密性都受到影響。因此在施工的時候就一定要在三維空間當(dāng)中將其幕墻的定位基準(zhǔn)重新確定，確保整體施工都是按照設(shè)計尺寸進(jìn)行的。

3.2 降低熱橋數(shù)量

熱橋數(shù)量和其熱負(fù)荷損失之間成正比關(guān)系。在該工程之中其立柱鋁板幕墻都是應(yīng)用的鋼方管進(jìn)行承載的，其鋼角碼和鋼結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生直接基礎(chǔ)，從而出現(xiàn)熱橋。熱橋儲量和承載狀況息息相關(guān)，所以減少熱橋數(shù)量的第一要務(wù)就是要滿足幕墻的基本強度要求。

3.3 提升構(gòu)件加工與安裝精度

為了確保整體加工的精度，鋁板的每一種型號，都應(yīng)該依據(jù)設(shè)計圖紙進(jìn)行電腦程序編制，然后使用電腦控制進(jìn)行下料，這樣便能夠最大程度上提升料件尺寸的基本精確度。在進(jìn)行裝配的時候再將工廠地位模具運用進(jìn)去，可以最大程度上提升組裝的精確度。

4、效果

在節(jié)能幕墻隔熱板方面，陽光反射鍍膜玻璃具有極強的抗輻射性。在這一工程之中其平均總熱負(fù)荷當(dāng)中，太陽輻射大約占到了60%左右，但是在應(yīng)用鍍膜玻璃之后，其太陽輻射符合平均降低了75%左右，所以能夠發(fā)現(xiàn)這具有極強的節(jié)能效果。

結(jié)語：

通過上述分析能夠發(fā)現(xiàn)，高層建筑外部圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計與施工，最關(guān)鍵的就在于將幕墻本身的抗輻射性能、密封性能以及隔熱性能提升上去。所以，在實際實施的時候就需要應(yīng)用完整的節(jié)能措施，以確保建筑本身在應(yīng)用時可以保證一定的節(jié)能效果。