基于綠色節(jié)能時代下的玻璃幕墻施工技術(shù)研究

林文豪

（萊爾斯特（廈門）股份公司，福建 廈門 361000）

玻璃幕墻作為一種新型建筑墻體的裝飾方法在現(xiàn)代高層建筑施工中得到了越來越廣泛的應用。這種裝飾方法不僅能夠讓建筑呈現(xiàn)出良好的視覺效果，在玻璃本身良好透光性的情況下，對建筑室內(nèi)應用人工照明的強度也會大大降低，能夠滿足節(jié)能的需求?；诰G色建筑和可持續(xù)發(fā)展的總體目標，對玻璃幕墻施工技術(shù)進行分析，結(jié)合工程案例探討在玻璃幕墻施工中體現(xiàn)節(jié)能的方法，對提高建筑工程的施工建設(shè)水平、促進建筑行業(yè)的發(fā)展具有積極意義。

1 應用玻璃幕墻施工技術(shù)的工程現(xiàn)狀

目前，玻璃幕墻在高層建筑、航站樓等現(xiàn)代風格的建筑項目中得到廣泛應用。本文在對玻璃幕墻施工技術(shù)進行分析時，主要選擇廈門西海灣游輪城7#地塊——航站樓幕墻工程為例，從建筑結(jié)構(gòu)和熱工計算兩個方面探討應用玻璃幕墻施工技術(shù)應注意的問題。在對該工程現(xiàn)場勘察后發(fā)現(xiàn)，工程的基本風壓為0.8kPa，設(shè)計基本地震加速度為0.15g，標準反應譜法在計算中取0.12，年溫差在60℃左右，主體建筑為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)。

2 玻璃幕墻施工中存在的問題

玻璃幕墻作為建筑外圍護結(jié)構(gòu)是建筑物熱交換、熱傳導最活躍、最敏感的部位，能夠基于對流、輻射、傳導等多種作用條件來實現(xiàn)熱能的高效轉(zhuǎn)移，這一過程即為玻璃轉(zhuǎn)移能量的過程，在玻璃幕墻施工中需要依據(jù)單位面積、單位溫差和單位時間傳輸焦耳的數(shù)目，確定傳輸焦耳的數(shù)量。由此可以發(fā)現(xiàn)，熱能傳輸過程中消耗的能量較大。在太陽光通過玻璃窗射入室內(nèi)時，部分日光被直接穿透，部分被玻璃窗吸附轉(zhuǎn)化為熱量，這些熱量會被輸送到室內(nèi)，增加室內(nèi)的熱量，從而提升室內(nèi)的溫度。以節(jié)能為目的，需要在充分考慮玻璃幕墻施工安全性的前提下提出能夠推動玻璃幕墻綠色節(jié)能的有效措施，優(yōu)化提升以玻璃幕墻為主要裝飾形式的建筑施工質(zhì)量。

3 提高玻璃幕墻施工技術(shù)水平的對策

以實際的工程案例作為分析玻璃幕墻施工技術(shù)的依據(jù)，考慮針對工程項目的實際情況，明確應用玻璃幕墻施工技術(shù)需要進行的計算流程，將得到的計算參數(shù)作為玻璃幕墻施工的依據(jù)是促進玻璃幕墻綠色節(jié)能的重要前提?；诖耍瑢μ岣卟Ａ粔κ┕ぜ夹g(shù)水平的對策進行分析，主要可以從以下幾個方面入手：

3.1 玻璃幕墻節(jié)能原理

應用玻璃幕墻之所以會消耗較大的能量，主要是受其自身的保溫性能和隔熱性能影響。應用玻璃幕墻的建筑物能夠基于該類幕墻的熱量散失特性實現(xiàn)溫度控制，這樣能夠讓建筑物在冬季也能保留和利用室內(nèi)取暖的熱量。而在高溫季節(jié)，應用玻璃幕墻能夠降低由于太陽輻射、建筑外部熱空氣等因素的影響，為室內(nèi)的熱量傳遞提供屏障，有效阻隔熱量在室內(nèi)外的傳導、輻射和對流?；诖?，為達到玻璃幕墻節(jié)能目的，需要選擇合適的玻璃材料、鋁合金型材和保溫材料，從而有效提升玻璃幕墻的節(jié)能效果。例如，廈門西海灣游輪城7#地塊（航站樓）幕墻節(jié)能原理是采用中空Low-E 玻璃、隔熱斷橋鋁型材和在非透明幕墻部位設(shè)置鋁合金背板鋪設(shè)保溫棉來實現(xiàn)節(jié)能。

Low-E 玻璃又稱低輻射玻璃，是在玻璃表面鍍上多層金屬或其他化合物組成的膜系產(chǎn)品。其鍍膜層具有對可見光高透過和對中遠紅外線高反射的特性，具有優(yōu)異的隔熱效果和良好的透光性。中空玻璃的玻璃與玻璃之間有一定的真空，具有良好的保溫、隔音等性能。如果在玻璃中填充光漫射、介電材料，還能帶來較好的聲控、隔熱等效果。

隔熱斷橋鋁型材能夠有效阻隔熱量在室內(nèi)外的傳導。在鋁合金型材截面不變的情況下，通過改變隔熱條和膠條的尺寸，分別裝配不同厚度的中空玻璃，從而達到不同的隔熱設(shè)計要求，以供不同地區(qū)、不同類型的建筑、不同要求的業(yè)主選擇。采用隔熱幕墻能起到很好的節(jié)能和降噪效果。

在玻璃幕墻上設(shè)置遮陽系統(tǒng)可以最大限度地減少陽光的直接照射，從而避免室內(nèi)過熱，是炎熱地區(qū)建筑防熱的主要措施之一。就我國所處地理緯度來說，遮陽板的基本形式有水平式遮陽、垂直式遮陽、綜合式遮陽、擋板式遮陽和遮陽系統(tǒng)智能化。

除應用新型的玻璃幕墻材料以外，還可以選擇應用雙層幕墻技術(shù)實現(xiàn)綠色節(jié)能的目的。這種以兩層結(jié)構(gòu)為主的玻璃幕墻外層是由單層玻璃和非絕熱桿件組成的敞開結(jié)構(gòu)玻璃幕墻，內(nèi)層是由絕熱桿件和中空玻璃組成的幕墻體系。兩層幕墻之間的熱通道上下兩端裝有排風和進風裝置（如可自動調(diào)控的百葉）。這種幕墻施工技術(shù)能夠基于內(nèi)外層結(jié)構(gòu)形成能夠供給空氣流通的中間層，從而利用熱通道達到散熱的目的。在冬季環(huán)境中，應用該技術(shù)可直接基于封閉的兩面玻璃窗形成通風管道，在利用太陽能提升室內(nèi)溫度的同時，也能夠在夜晚溫度降低的情況下利用儲熱功能達到補償外墻溫度的目的。該技術(shù)在降噪和隔音方面也能體現(xiàn)出明顯優(yōu)勢，可以有效提高太陽能的利用率，達到綠色節(jié)能的目的。

3.2 玻璃幕墻結(jié)構(gòu)計算

在充分考慮玻璃幕墻節(jié)能要求的前提下，需要基于工程建設(shè)要求進行玻璃幕墻結(jié)構(gòu)的計算，確保選擇的玻璃幕墻材料在后續(xù)施工中能夠呈現(xiàn)出理想的節(jié)能效果。在明確工程應用的玻璃強度設(shè)計值、鋁合金型材強度設(shè)計值、熱軋鋼材強度設(shè)計值、材料彈性模量等材料的力學和物理性能標準后，應基于建筑行業(yè)對于玻璃幕墻施工設(shè)計的相關(guān)標準進行計算。

以建筑立面應用的U 型玻璃幕墻系統(tǒng)為例，在實際施工中，該系統(tǒng)能夠依據(jù)豎向跨度，主要采用331mm×120mm×8mm 和331mm×90mm×8mm兩種規(guī)格尺寸的U 型玻璃。U 型玻璃上下入槽連接在橫梁上，為簡支梁計算模型；橫梁通過連接件直接與結(jié)構(gòu)連接，局部轉(zhuǎn)角位置橫梁先與立柱連接，再與結(jié)構(gòu)連接；計算標高取31.7m，按最不利情況計算U 型玻璃及其連接、橫梁及其連接?；诖?，在明確計算參數(shù)和玻璃材料力學性能的前提下，利用簡支梁計算模型計算U 型玻璃的強度和撓度。考慮U 型玻璃通過壓板與橫梁連接，鋁合金壓板通長布置，對鋁合金壓板進行校核。在實際計算中，按不利情況考慮采取傾斜U 型玻璃進行鋁合金壓板校核。U 型玻璃幕墻系統(tǒng)按垂直幕墻和傾斜幕墻采用兩種橫梁，分別對垂直幕墻橫梁和傾斜幕墻橫梁進行校核；由于兩個U 型玻璃垂直幕墻采用相同的橫梁截面，按不利情況考慮U 型玻璃進行垂直幕墻橫梁計算，確定橫梁的施工建設(shè)符合建筑工程的質(zhì)量要求。

又例如，在豎明橫隱玻璃幕墻系統(tǒng)部分的結(jié)構(gòu)計算中，對垂直玻璃幕墻系統(tǒng)的設(shè)計施工應在明確玻璃面板計算條件的前提下，對玻璃面板的荷載、結(jié)構(gòu)膠、玻璃托件、橫梁、橫梁與立柱連接、立柱、立柱與結(jié)構(gòu)連接等情況進行計算。以橫梁和橫梁與立柱之間的連接計算為例，橫梁主要受水平方向風荷載和地震荷載作用，豎直方向受玻璃自重作用，對橫梁進行計算以校核橫梁的強度和撓度為主。在明確橫梁計算基本條件的前提下，對橫梁豎直與水平方向的彎矩大小進行計算，基于計算結(jié)果來確定橫梁的強度和撓度是否符合橫梁施工建設(shè)的標準要求。

3.3 玻璃幕墻熱工計算

考慮幕墻工程的特點，該工程主要選取主樓玻璃幕墻系統(tǒng)進行熱工性能分析，其中透明部分主要熱工計算指標包括傳熱系數(shù)、遮陽系數(shù)、可見光透射比、結(jié)露；非透明部分主要熱工計算指標包括傳熱系數(shù)、遮陽系數(shù)、結(jié)露。在依據(jù)《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規(guī)程》（JGJ/T 151-2008）中的標準條件進行計算的前提下，結(jié)合廈門市氣候環(huán)境的實際情況對玻璃幕墻進行熱工計算和分析。

以豎明橫隱玻璃幕墻熱工計算為例，主要選取節(jié)能鋁合金樣件中立柱和橫梁兩個節(jié)點進行計算。其中，立柱的面積為0.36m2，縫長為3.6m，橫梁面積為0.182 9m2，縫長為1.829m，所需玻璃面積為6.401 5m2?；谝韵鹿綄ν该髂粔Φ膫鳠嵯禂?shù)進行計算：

在該式中，UCW代表透明幕墻的傳熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）；Ag代表幕墻玻璃的面積，單位為m2；Af代表框面積，單位為m2；代表玻璃的邊緣長度，單位為m；Ug代表玻璃的傳熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）；Uf代表框的傳熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）；Φ 代表框與玻璃之間的線傳熱系數(shù)，單位為W/（m2·K）。

玻璃面板選用中空夾膠玻璃，熱工參數(shù)K 值為1.8W/（m2·K），遮蔽系數(shù) SC=0.43。計算時，面板采用導熱系數(shù)為0.03W/（m·K）的隔熱板代替實際的玻璃。板材的厚度等于所替代面板的厚度，嵌入框的深度等于面板嵌入的實際深度，可見部分的板材寬度不應小于200mm。將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入以上公式，得到立柱的框傳熱系數(shù)為0.924 1W/（m2·K），橫梁的框傳熱系數(shù)為1.156 5W（/m2·K）。

應用同樣的方法原理對本節(jié)能單元的幕墻傳熱系數(shù)進行計算，得到的結(jié)果見表1。

表1 節(jié)能單元幕墻傳熱系數(shù)

基于表1 中的計算結(jié)果，最終計算得到幕墻的傳熱系數(shù)為1.86W/（m2·K），證實這種幕墻材料能夠滿足玻璃幕墻節(jié)能施工要求。

3.4 玻璃幕墻施工過程

在實際施工前，應基于確定的玻璃材料類型做好各類玻璃材料的檢驗和準備工作?；诠こ陶w施工建設(shè)要求和節(jié)能、遮陽體系設(shè)計的要求，設(shè)計符合工程的玻璃幕墻施工方案?？紤]是否需要在玻璃幕墻的施工中增加遮陽板、選擇應用柔性墊片、將保溫材料添加到玻璃幕墻附近構(gòu)件相連的位置，以便能夠在保障玻璃幕墻體系完整性的同時，也能夠?qū)⑵渥鳛槭┕そㄔO(shè)的主要依據(jù)，提升玻璃幕墻的美觀性和節(jié)能性。然后，需要進行玻璃幕墻的放線測量工作，在準確測量建筑地面板長度和樓層高度的基礎(chǔ)上確定龍骨安裝方向，并保證放線測量結(jié)果的精準度。

進入施工階段，首先，要進行玻璃幕墻的緊固件與龍骨安裝工作。應用玻璃幕墻緊固件安裝技術(shù)和龍骨安裝技術(shù)，按照先安裝豎向龍骨、后安裝橫向龍骨的順序，在保證施工前的放線測量位置能夠與龍骨安裝位置完全匹配的前提下，讓橫向與垂向的龍骨能夠緊緊固定在建筑物上，為提高玻璃幕墻的施工質(zhì)量提供保障。然后，要進行防火保溫層和防雷施工。防火保溫層的安裝應挑選合適的保溫材料，保障防火層的密閉性，注重填充建筑主體與玻璃幕墻之間的縫隙；防雷施工則需要基于科學的防雷體系設(shè)計，讓防雷體系的連接點能夠與各層建筑預埋件之間可靠相連，從而達到幕墻的金屬面板及外露金屬部件與支承構(gòu)件形成良好的電器通路，支承結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的防雷體系連通。最后，要進行窗扇和玻璃板的安裝工作。應用硅酮膠提升對玻璃節(jié)能性的保護作用，保證玻璃的密封性和節(jié)能效果。在實際施工過程中，需要針對伸縮縫、建筑與玻璃幕墻之間的空隙部分注入密封膠，提升玻璃幕墻的保溫和密封效果。

3.5 玻璃幕墻施工技術(shù)的發(fā)展趨勢

在充分考慮當前建筑工程發(fā)展情況的前提下，結(jié)合玻璃幕墻施工技術(shù)在工程項目中的應用效果，基于綠色節(jié)能的建筑施工設(shè)計要求，可以采用新型技術(shù)進一步提升玻璃幕墻的節(jié)能效果。例如，可以在玻璃幕墻的設(shè)計、施工中引入光電技術(shù)，基于太陽能構(gòu)建建筑光伏一體化。光伏幕墻是光伏發(fā)電與建筑的深度集成，不僅保持了建筑幕墻的結(jié)構(gòu)和性能，而且通過光伏組件與玻璃集成光伏幕墻組件增加了太陽能發(fā)電功能。在減少資源利用的同時，提升玻璃幕墻的整體呈現(xiàn)效果。

4 結(jié)語

綜上所述，在工程項目中應用玻璃幕墻施工技術(shù)應深入貫徹綠色節(jié)能目標，將節(jié)能技術(shù)和工藝與玻璃幕墻的制作和施工結(jié)合起來，在達到節(jié)約資源和綠色環(huán)保目的的同時，進一步提高建筑工程的質(zhì)量水平。針對當前玻璃幕墻施工中存在的問題，應加強對現(xiàn)有玻璃幕墻施工工藝的優(yōu)化調(diào)整，積極引入并發(fā)揮新能源的作用，不斷提升玻璃幕墻的質(zhì)量和呈現(xiàn)效果。