高層鋼結構建筑節能型幕墻的設計和施工

文/陳鳳霞 青建集團股份公司 山東青島 266000

建筑節能已經是當今社會上普遍關注的重點問題，該項問題的順利解決直接關系著社會可持續發展的實現。伴隨著建筑節能設計標準的頒布與實施，越來越多的建筑在建設過程中開始將節能作為重點進行考慮。在高層建筑中，幕墻是其重要的外部維護結構，該結構對整體建筑能耗的影響非常大，所以在進行幕墻結構節能設計和施工的時候，其關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計和施工進行充分研究。

1、設計要求

某市一高層建筑結構為全框鋼架，其外部維護結構運用全幕墻，鋼梁和鋼柱外側使用了鋁質單板，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構，所以材料熱阻相對比較低，對于節能要求比較突出；再加上整體建筑構造玻璃幕墻的比重相對比較大，并且幕墻的開啟窗數量相對比較多，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，進而實現節能。針對這一基本情況，其具體節能設計要求主要包含有以下幾點：

首先，需要將太陽輻射的負荷強度降低。在具體進行設計的時候基本都是應用高反射率的腹膜層，從而有效實現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，其玻璃之間的敷設熱流密度就會出現明顯的降低，最大能夠降低到原來的50%左右。

其次，需要進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行提升，還要確保安裝質量；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荷損失。根據熱工之一原理，減少溫差熱傳過程中的熱負荷損失的唯一手段就是降低該工程結構之中的總傳熱系數。該系統一般都是由多層壁中熱導率所決定的。因此要想使其熱負荷損失降低，就需要將各種材料組合的多層壁幕墻結構應用進去。

2、節能措施

2.1 應用節能與隔熱型結構

在進行該建筑工程幕墻設計的過程中，選擇連接構件的支撐結構材料時，可以直接應用節能型的隔熱鋁材料。具體運用的時候可以直接應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熱系數降到一定程度，還能夠滿足建筑結構本身對于強度的基本需求。

2.2 應用節能型中空反射鍍膜鋼化玻璃結構

在高層建筑的外圍保護結構當中，玻璃幕墻的應用面積相對比較大，進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較低的相關結構，能夠最大程度上降低溫差傳熱以及太陽輻射的負荷。因為中空玻璃當中的干空氣層導熱系數只有玻璃導熱系數的1/10，因此使用中空鋼化鍍膜玻璃，可以將傳熱系數降低大約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、傳熱系數以及玻璃露點等，進而有效降低幕墻的能耗。

2.3 應用節能型內倒窗

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，這時候將其結構空間之中的干燥空氣充分利用起來，將熱流傳遞阻斷開，就能夠將整個結構的熱傳系數降低。內倒窗運用的是隱框結構，這時候將鋼化鍍膜中空玻璃的特點充分利用進去，使其鋁合金內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。在內倒窗框當中使用3 種類型的密封條進行密封，就會形成兩層密封空間，這樣一來就能夠將分析滲漏的空氣阻力提升上去。最后，在開窗結構使用加工精度相對比較高的內倒窗五金構件，就可以有效提升其基本的氣密性和水密性，實現良好的節能效果。

2.4 應用保溫隔熱層

因為在該工程當中的鋼結構都是運用金屬鋁板外包，這些金屬鋁板的導熱系數相對比較大，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構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，就會導致熱負荷突然增加。所以為了減少內外熱量的傳導，可以在建筑立柱的兩邊填充相應的玻璃纖維；或者也可以在橫梁的下方填充玻璃纖維，將金屬幕墻和室內隔斷開來。

3、施工技術

3.1 提升幕墻的標準化系數

當其主體結構在施工完成之后，其結構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行幕墻安裝的話，最終幕墻的尺寸就會出現大小不一的情況，特別是在一些結構構造相對比較復雜的樓層之中，其尺寸但凡出現一些偏移就會使叉形結構對角線出現移位情況，進而傾角產生變化，這時候鋁板所有的幾何尺寸就都會出現變化。這樣的情況會嚴重影響著幕墻的安裝和加工質量，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中將其幕墻的定位基準重新確定，確保整體施工都是按照設計尺寸進行的。

3.2 降低熱橋數量

熱橋數量和其熱負荷損失之間成正比關系。在該工程之中其立柱鋁板幕墻都是應用的鋼方管進行承載的，其鋼角碼和鋼結構之間產生直接基礎，從而出現熱橋。熱橋儲量和承載狀況息息相關，所以減少熱橋數量的第一要務就是要滿足幕墻的基本強度要求。

3.3 提升構件加工與安裝精度

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

4、效果

在節能幕墻隔熱板方面，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荷當中，太陽輻射大約占到了60%左右，但是在應用鍍膜玻璃之后，其太陽輻射符合平均降低了75%左右，所以能夠發現這具有極強的節能效果。

結語：

通過上述分析能夠發現，高層建筑外部圍護結構的節能設計與施工，最關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用完整的節能措施，以確保建筑本身在應用時可以保證一定的節能效果。