基于綠色節能時代下的玻璃幕墻施工技術研究

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，對建筑室內應用人工照明的強度也會大大降低，能夠滿足節能的需求。基于綠色建筑和可持續發展的總體目標，對玻璃幕墻施工技術進行分析，結合工程案例探討在玻璃幕墻施工中體現節能的方法，對提高建筑工程的施工建設水平、促進建筑行業的發展具有積極意義。

1 應用玻璃幕墻施工技術的工程現狀

目前，玻璃幕墻在高層建筑、航站樓等現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，從建筑結構和熱工計算兩個方面探討應用玻璃幕墻施工技術應注意的問題。在對該工程現場勘察后發現，工程的基本風壓為0.8kPa，設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-剪力墻結構。

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構是建筑物熱交換、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熱能的高效轉移，這一過程即為玻璃轉移能量的過程，在玻璃幕墻施工中需要依據單位面積、單位溫差和單位時間傳輸焦耳的數目，確定傳輸焦耳的數量。由此可以發現，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時，部分日光被直接穿透，部分被玻璃窗吸附轉化為熱量，這些熱量會被輸送到室內，增加室內的熱量，從而提升室內的溫度。以節能為目的，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能的有效措施，優化提升以玻璃幕墻為主要裝飾形式的建筑施工質量。

3 提高玻璃幕墻施工技術水平的對策

以實際的工程案例作為分析玻璃幕墻施工技術的依據，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需要進行的計算流程，將得到的計算參數作為玻璃幕墻施工的依據是促進玻璃幕墻綠色節能的重要前提。基于此，對提高玻璃幕墻施工技術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溫度控制，這樣能夠讓建筑物在冬季也能保留和利用室內取暖的熱量。而在高溫季節，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，為室內的熱量傳遞提供屏障，有效阻隔熱量在室內外的傳導、輻射和對流。基于此，為達到玻璃幕墻節能目的，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能效果。例如，廈門西海灣游輪城7#地塊（航站樓）幕墻節能原理是采用中空Low-E 玻璃、隔熱斷橋鋁型材和在非透明幕墻部位設置鋁合金背板鋪設保溫棉來實現節能。

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計要求，以供不同地區、不同類型的建筑、不同要求的業主選擇。采用隔熱幕墻能起到很好的節能和降噪效果。

在玻璃幕墻上設置遮陽系統可以最大限度地減少陽光的直接照射，從而避免室內過熱，是炎熱地區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實現綠色節能的目的。這種以兩層結構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構玻璃幕墻，內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（如可自動調控的百葉）。這種幕墻施工技術能夠基于內外層結構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。在冬季環境中，應用該技術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。該技術在降噪和隔音方面也能體現出明顯優勢，可以有效提高太陽能的利用率，達到綠色節能的目的。

3.2 玻璃幕墻結構計算

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

以建筑立面應用的U 型玻璃幕墻系統為例，在實際施工中，該系統能夠依據豎向跨度，主要采用331mm×120mm×8mm 和331mm×90mm×8mm兩種規格尺寸的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構連接，局部轉角位置橫梁先與立柱連接，再與結構連接；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。基于此，在明確計算參數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符合建筑工程的質量要求。

又例如，在豎明橫隱玻璃幕墻系統部分的結構計算中，對垂直玻璃幕墻系統的設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、結構膠、玻璃托件、橫梁、橫梁與立柱連接、立柱、立柱與結構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，基于計算結果來確定橫梁的強度和撓度是否符合橫梁施工建設的標準要求。

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、遮陽系數、可見光透射比、結露；非透明部分主要熱工計算指標包括傳熱系數、遮陽系數、結露。在依據《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規程》（JGJ/T 151-2008）中的標準條件進行計算的前提下，結合廈門市氣候環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，主要選取節能鋁合金樣件中立柱和橫梁兩個節點進行計算。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。基于以下公式對透明幕墻的傳熱系數進行計算：

在該式中，UCW代表透明幕墻的傳熱系數，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，單位為W/（m2·K）；Uf代表框的傳熱系數，單位為W/（m2·K）；Φ 代表框與玻璃之間的線傳熱系數，單位為W/（m2·K）。

玻璃面板選用中空夾膠玻璃，熱工參數K 值為1.8W/（m2·K），遮蔽系數 SC=0.43。計算時，面板采用導熱系數為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。將相關數據帶入以上公式，得到立柱的框傳熱系數為0.924 1W/（m2·K），橫梁的框傳熱系數為1.156 5W（/m2·K）。

應用同樣的方法原理對本節能單元的幕墻傳熱系數進行計算，得到的結果見表1。

表1 節能單元幕墻傳熱系數

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

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。基于工程整體施工建設要求和節能、遮陽體系設計的要求，設計符合工程的玻璃幕墻施工方案。考慮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，也能夠將其作為施工建設的主要依據，提升玻璃幕墻的美觀性和節能性。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上確定龍骨安裝方向，并保證放線測量結果的精準度。

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和龍骨安裝技術，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件形成良好的電器通路，支承結構與主體結構的防雷體系連通。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能性的保護作用，保證玻璃的密封性和節能效果。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 玻璃幕墻施工技術的發展趨勢

在充分考慮當前建筑工程發展情況的前提下，結合玻璃幕墻施工技術在工程項目中的應用效果，基于綠色節能的建筑施工設計要求，可以采用新型技術進一步提升玻璃幕墻的節能效果。例如，可以在玻璃幕墻的設計、施工中引入光電技術，基于太陽能構建建筑光伏一體化。光伏幕墻是光伏發電與建筑的深度集成，不僅保持了建筑幕墻的結構和性能，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電功能。在減少資源利用的同時，提升玻璃幕墻的整體呈現效果。

4 結語

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