高層鋼結構建筑節能型幕墻的設計和施工

【摘要】隨著現代社會的飛速發展，高層鋼結構建筑的出現越來越普遍，節能性成為建筑物，尤其是高層的鋼結構建筑物，整體性能評價的重要的方面。在建筑中，幕墻的節能性對于總體建筑的節能指標有著決定性的作用。本文介紹了高層鋼結構建筑物幕墻的設計和施工，重點闡述了施工中采取的節能技術和方法，對于類似的建筑物的幕墻設計和施工具有一定的參考價值。

【關鍵詞】高層鋼結構；高層建筑；節能型幕墻；設計施工

隨著我國經濟和科技的發展，城市的現代化進程逐步加快，我國的高層建筑物空前發展。由于鋼結構與傳統的鋼筋混凝土相比，具有強度高、質量輕、施工方便等優勢，不僅如此，鋼結構適宜工廠的大批量生產，可以提高建筑物的產業化水平，因此在建筑物上廣泛運用。

高層鋼結構建筑的增加，也為日益嚴重的能源與環境問題提出更大的挑戰。節約能源不僅是面對著目前日益增長的能源價格的有效措施，也是對于資源的有力的保護措施。幕墻作為建筑物外圍保護結構，尤其對于鋼結構建筑而言，在沒有外墻作為阻熱屏障時，幕墻的效果好壞可以直接影響著建筑整體的節能性，對于建筑物的能耗程度有著決定性的作用。因此，提高幕墻的抗輻射性能、密封性能和隔熱性能，是建筑外圍結構節能設計的關鍵所在。

一、節能幕墻設計的要求

在保證建筑物室內的環境不受污染的正常使用的情況下，節能幕墻通過采用限制傳導、隔離熱量、隔離輻射等設計手法，達到保溫、節能、隔熱的要求。

（1）、降低太陽輻射負荷強度。

采用高反射率的鍍膜層是高層建筑常用的減少表面輻射換熱的方法。計算結果證明，在平面的玻璃之間加入反射率相同的鍍膜層，輻射熱流密度將減少為原來的二分之一。

（2）、提高幕墻的表面氣密性。

提高幕墻上開啟窗的材料性能、加工精度及安裝質量，嚴格控制好窗框和窗扇的間隙量，采用多道密封的措施，增加出流阻力，提高幕墻的密封性。

（3）、減少熱負荷損失。

降低幕墻結構的總傳熱系數是減少溫差傳熱的惟一途徑。而傳熱系數的大小主要決定于幕墻的多層墻壁的導熱系數。因此，采取不同材料組成多層幕墻的結構，可以有效地減少溫差傳熱的熱負荷損失。

二、節能型幕墻采取的節能措施

（1）、幕墻內采用節能、隔熱型結構

在幕墻設計中，為連接構件的支撐結構選材時，可采用節能型隔熱鋁型材。采用槽形嵌入式將隔熱條與鋁型材相連接，除了能夠降低材料的導熱系數，同時也能滿足建筑結構對于強度的要求。

（2）、幕墻內采用節能型中空反射鍍膜鋼化玻璃結構

對于高層建筑的外圍保護結構中，玻璃幕墻占有較大的比例，成為太陽輻射、溫差傳熱的主要受體。因此，采用減少輻射熱流密度和傳熱系數低的結構，可以有效地減少溫差傳熱和太陽輻射的負荷。

由于中空玻璃的干空氣層導熱系數僅為玻璃導熱系數的10%，采用(6+9A+6)mm中空鋼化鍍膜玻璃，可以將傳熱系數降低32%，因此，采用節能型中空反射鍍膜鋼化玻璃幕墻結構可有效提高幕墻的可見光透射比、傳熱系數、遮陽系數、玻璃露點，從而降低幕墻的能耗。

（3）、幕墻內采用保溫隔熱層。

金屬鋁板的導熱系數大，是玻璃的312倍，是玻璃棉的4309倍。如果金屬幕墻與建筑主體鋼結構的間隙較大，那么應當增加隔熱層，以免熱負荷的迅速增加。采用玻璃纖維填充大廈立柱兩側和橫梁下部，將全部金屬幕墻與室內隔斷可有效地減少熱量的傳導。保溫隔熱材料的導熱系數、密度、燃燒性能應符合設計要求。

（4）、幕墻內采用節能型內倒窗結構。

1．采用隱框結構設置內倒窗，利用中空玻璃鋼化鍍膜的特點，使內倒窗框不暴露在室外， 因此可以消除熱橋作用。

2. 采用不同類型的密封條密封內倒窗框，在內窗框之間形成兩層密封的空間，增大縫隙滲漏的空氣阻力。

3. 采用隔熱型材制造鋁合金外框，在每個隔熱條之間形成25mm*14mm的空氣層，利用其中的干燥空氣阻斷熱流的直接傳遞，降低整體窗框結構的傳熱系數。

4.采用加工精度高的內倒窗五金來構件開窗機構，可提高內倒窗的水密性和氣密性。

三、節能型幕墻采取的施工技術

（1）、減少熱橋數量。

熱橋的數量與熱橋的熱負荷損失成正比。熱橋的數量越多，熱橋的熱負荷損失越大。立柱的鋁板幕墻選用鋼方管承載，鋼方管的鋼結構與用鋼角碼直接接觸，則形成了熱橋。減少熱橋數量的條件是在滿足幕墻的要求下，采取外伸簡支梁施工技術，可以有效地減少熱橋的數量。

（2）、提高幕墻標準化系數。

在建筑的主體施工完成之后，我們可以發現現有結構的主軸線、層高等數據會與理論值存在著一定偏差。此時，如果按照原有的軸線來安裝幕墻，幕墻的尺寸變得大小不一，尺寸偏移將導致結構的對角線發生移位，傾角發生變化，尤其是在結構復雜的樓層，異型鋁板的尺寸全部會變化。這將嚴重影響幕墻的設計制作和安裝質量，影響幕墻工程的密封性能。

要解決這樣的問題，必須在現有的三維空間里重新確定幕墻的主軸線、層高等基準線，確保幕墻完全按照設計尺寸。以特定的樓層為層高的基準，逐層放出層高線，并且向上下均分層高偏差，將層高偏差集中累計到頂層和底層。

（3）、提高構件加工和安裝精度。

對于鋁板造型比較復雜的幕墻，單純依靠人力控制進行下料，難以保證鋁板之間的互換性和間隙量。為確保材料尺寸的準確性，提高構件加工精度，幕墻上采用的每種型號的鋁板都應當按照設計圖紙來便攜電腦運行程序，利用電腦控制來下料。在施工時，采用工廠的定位模具進行裝配，可大大提高安裝的精度。

（4）、幕墻節能工程施工中應對以下部位或項目進行隱蔽工程驗收，并應有詳細的文字記錄和必要的圖象資料：

1）被封閉的保溫材料厚度和保溫材料的固定；

2）幕墻周邊與墻體的接縫處保溫材料的填充；

3）構造縫、結構縫；

4）隔汽層；

5）熱橋部位、斷熱節點；

6）單元式幕墻板塊間的接縫構造；

7）冷凝水收集和排放構造；

8）幕墻的通風換氣裝置。

三、節能型幕墻的效果評價

（1）、幕墻內采用節能、隔熱型陽光反射鍍膜的結構后，其抗輻射性能非常突出， 經計算證實，在工程的總熱負荷中，太陽輻射負荷平均降低了74.58%。

（2）、在節能型幕墻的設計施工中采用( 6+9A+6)mm的型號的中空玻璃，可以有效地減少溫差傳熱負荷。經過對比分析和計算，中空玻璃與普通的單層玻璃相比，其溫差傳熱負荷減少了33.08%。

（3）、幕墻內采用保溫隔熱層，在鋁板幕墻與鋼結構之間采用隔熱保溫棉密封，可以使整體幕墻的熱負荷大大減少。

（4）、由于內倒窗采用迷宮式橡膠密封裝置。經測試，其水密性、氣密性及保溫性能都遠遠超過平開窗的結構。

建筑的外圍護結構節能設計和施工，關鍵在于提高幕墻的抗輻射性能、隔熱性能和密封性能。在高層鋼結構建筑節能型幕墻的設計和施工中采取完整的節能措施，可以保證建筑整體在正常使用的情況下保持良好的節能性能。

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