超高層建筑玻璃幕墻熱工性能優化與選型

高大煜 陳旭東 山東省建筑設計研究院有限公司

1 前言

玻璃幕墻是最近幾年應用較為廣泛的一種建筑形式，主要是指由內部支撐體系以及主體結構所組成的，具有抵御位移能力、承壓能力的圍護結構以及裝飾結構[1]。與傳統的建筑墻體相對比，玻璃幕墻的美觀性能相對更強，類型也是多種多樣，主要可以劃定為以下兩種：單層玻璃和雙層玻璃。不同的建筑情況需要搭配對應的玻璃幕墻，這實際上也是現代化高層建筑時代特征的一種體現[2]。通常情況下，部分高層建筑都會選用雙層玻璃幕墻來完成搭建，在構造與氣流形式上進行具體的劃定和規劃，采用外側閉口的形式，確保室內空氣的循環。

超高層建筑玻璃幕墻的建設通常是采用熱工藝處理來實現，這種形式的應用范圍較為廣泛，規模較大，所涉及的內部結構也更加多樣化，經過多年的發展，也取得較好的應用效果[3]。但是目前階段，隨著我國科技的發展以及建筑技術的不斷創新，原本的熱工藝雖然可以達到預期的建筑目標，但是在實際應用的過程中，仍然存在一定的缺陷和問題，對于玻璃幕墻最終的建筑效果產生消極影響[4]。因此，本文對超高層建筑玻璃幕墻熱工性能進行優化與選型。根據實際的應用需求，結合所構建的內部熱工藝，處理架構自然通風、低成本、高效果的玻璃幕墻，在推動相關行業發展的同時，也進一步加快了熱工藝的發展速度與效率。

2 超高層建筑玻璃幕墻選型

玻璃幕墻的選型對于后續的施工是十分重要的一項工作，通常情況下，會根據不同的建筑類型以及高度層級來挑選對應型號的玻璃，以特定的格式搭配，實現預設的處理效果，具體如圖1所示。

圖1 玻璃幕墻搭配效果圖示

根據圖1 可以了解選型搭配后的玻璃幕墻組裝建設效果。玻璃幕墻的選型一般需要從建筑圍護結構、色彩、內部造型、承接截面以及工藝處理控制等方面考慮[5]。首先是圍繞圍護結構的玻璃幕墻選型，這部分主要考慮堅固性，一般會選擇雙層的隱框玻璃幕墻，在確保整體安全性的同時，還可以擴大圍護吸光面積[6]。超高層建筑對于色彩以及內部造型的搭配一般更為注重，通常會選擇框架支撐玻璃幕墻、單元式幕墻單元式幕墻以及點支撐玻璃幕墻實現施工建筑，在一定程度上可以提升建筑的整體美感[7]。對于承接截面以及工藝處理這一類多變因素，一般會選擇使用全玻璃幕墻建筑，可以在原本的基礎之上，實現空間的觀感擴展，給人以更加舒適的視覺感受，為后續的施工以及熱工藝技術的優化奠定堅實基礎。

3 玻璃幕墻熱工性能優化

3.1 性能參數獲取及雙層通風熱處理構造設計

在對玻璃幕墻熱工性能優化之前，需要先獲取相關性能參數及雙層通風構造設計。結合實際的建筑需求以及標準，可以預設基礎的性能參數，如表1所示。

表1 玻璃幕墻性能參數預設表

根據表1可以完成對玻璃幕墻性能參數的預設。完成之后，結合上述數據信息，進行玻璃幕墻雙層通風結構設計要先確定玻璃幕墻自身的數據，設定傳熱系數1.400W/（m2·K），自身遮陽系數0.300，玻璃結構為8mmLow-E+12Ar+8mm。。

根據選擇的型號，設定雙層的熱處理架構，這部分需要注意的是，本層級熱處理架構的建立與下設層級的熱處理架構必須保持一致，這樣才能進一步確保最終內部結構的穩定與可靠，避免出現中心梁體坍塌、斷裂問題的發生。同時，每一個層級中需要設定一個熱處理節點，以此為后續的施工提供更為精準的處理位置。

3.2 挑空樓板構造及外窗熱工處理

在完成對性能參數獲取及雙層通風熱處理構造的設計之后，結合施工需求，進行挑空樓板構造及外窗熱工處理。所謂挑空樓板，一般是通過熱工藝處理作為玻璃幕墻的承壓截面，可以采用相關設備，將挑空樓板裁至與玻璃幕墻同面積狀態，在玻璃幕墻外側貼近安裝，同時，依據雙層玻璃的特性，在外界風壓以及雙層幕墻的雙重作用之下，可以保證室內的空氣循環流動，確保幕墻內的空氣流速為0.4m/s～1.25m/s之間即可。具體構造如圖2所示。

圖2 挑空樓板與玻璃幕墻結構圖示

根據圖2 可以完成對挑空樓板與玻璃幕墻結構的設計，并繼續進行外窗熱工處理。玻璃幕墻可以多個截面方向進行施工，在墻體附近設定遮陽設施，加強對玻璃幕墻自身溫度的控制，同時，設定具體的溫度控制標準，將溫度與室內熱度控制在合理范圍之內，最終完成對挑空樓板構造及外窗熱工的處理。

3.3 幕墻氣密性處理實現熱工性能優化

在完成對挑空樓板構造及外窗熱工的處理之后，需要加強幕墻氣密性的處理以優化熱工性能。此部分需要先計算非中空窗氣密面積比，具體如公式1所示：

公式1中：B表示非中空窗氣密面積比，V表示氣密系數，O表示綜合氣密差值，通過上述計算，最終可以得出實際的非中空窗氣密面積比。結合得出的數值，在玻璃幕墻上劃定具體的氣密流通范圍，利用熱工藝處理墻體的通風層級，擴大玻璃層級中的空間，確保空氣進一步流通，加強室內整體的空氣流動性能，一定程度上也增加了建筑的氣密效果，最終完成對熱工性能優化以及超高建筑玻璃幕墻的處理。

4 實驗分析

本次主要是對玻璃幕墻熱工性能優化以及選型的實際應用效果進行測定與分析。考慮到實驗分析結果的穩定性與可靠性，會在相同環境之下展開測定與實驗分析。以比照的方式驗證優化前和優化后的結果，最終得出更為精準的結果。

4.1 高層建筑工程玻璃幕墻建設現狀

山東濟南某超高層建筑工程，是一個超高建筑玻璃幕墻建設工程，結合實際的建筑需求，設定原玻璃幕墻的構造為“5mm+9A+5mm+9A+5mmLow-E”型號的中空玻璃鋁合金，同時經過測算，可以得知此時的傳熱系數為2.000W/（m2·K），而當玻璃幕墻安裝完成之后，自身的遮陽系數是0.400。山東濟南某超高層建筑的玻璃幕墻在建設初期，雖然獲得了一定的建設成果，但是隨著層級的增加，部分缺陷和問題逐漸暴露出來。

首先是由于熱工藝處理不當，導致建筑底層的承接界限能力不夠，導致玻璃幕墻的外墻結構不平穩，存在坍塌或者斷裂安全隱患。

其次是熱工藝控制程度不高，再加上采暖隔墻的構造不一，使得部分玻璃幕墻自身溫度極難控制，有的甚至會產生極大的溫度差，這對于室內溫度的把控也造成了一定的消極影響。在實際建設的過程中，上述問題對于玻璃幕墻的建筑以及熱工藝的使用均產生極大的影響，造成現如今較為糟糕的建筑現狀。

4.2 高層建筑工程玻璃幕墻熱工藝優化實驗分析

根據上述對山東濟南某超高層建筑工程現狀的分析與研究，結合實際的建筑需求，再加上對熱工藝的優化，進行更為具體的測試與驗證。首先，在原有基礎之上，先對玻璃進行選型，由于是超高層建筑，所以一般會選擇雙層玻璃幕墻，隨后，進行玻璃傳熱系數的計算，具體如公式2所示：

公式2 中：K表示玻璃傳熱系數，h表示末端壓差，d表示綜合傳熱系數。通過上述計算，最終可以得出實際的玻璃傳熱系數。隨后，再在此基礎之上，計算對應的遮陽系數，如公式3所示：

公式3中：T表示玻璃幕墻遮陽系數，w表示太陽能得熱系數，k表示太陽能總透射比。通過上述計算，最終可以得出實際的玻璃幕墻遮陽系數。根據得出的陽度，對玻璃幕墻進行熱工藝立柱處理，這部分主要是對橫梁以及建筑前側進行構建，根據得出的傳熱系數以及遮陽系數，進行玻璃幕墻的分化安裝。同時，搭配不同種類的玻璃組裝結露截面，經過專業測量儀器的核定，計算出玻璃幕墻的陽光總透射比，具體如公式4所示：

公式4中：U表示陽光總透射比，R表示輻射吸收系數，J表示透光面積，a表示隔熱面積。通過上述計算，最終可以得出實際的陽光總透射比。在不同的建筑區域進行多次測試，最終得出具體的結果，如表2所示。

根據表2可以完成對實驗分析結果的驗證：經過對熱工藝技術的優化，對于不同的測定區域，最終得出的總透射比均相對較小，表明對于玻璃幕墻的熱透光處理效果具有較強的效果，實際價值較高。

表2 測試結果比照分析表

5 結束語

綜上所述，本文分析與研究超高層建筑玻璃幕墻熱工性能優化與選型。與傳統的熱工藝技術相對比，優化后的建筑處理技術相對更加靈活，內部結構的承壓效果更加穩定，雙層玻璃幕墻的熱關聯處理，在一定程度上也擴大了建筑的可持續性和可靠性，以及熱工藝的建筑處理潛能。合理的選型有利于提升玻璃幕墻整體應用效果，不僅可以避免外部因素對其的影響，而且還能夠降低建筑能耗，形成一種更為多變的幕墻建筑模式，給未來建筑行業的發展奠定更為堅實的基礎條件。