高层钢结构建筑节能型幕墙的设计和施工

【关键词】高层钢结构；高层建筑；节能型幕墙；设计施工

　　随着我国经济和科技的发展，城市的现代化进程逐步加快，我国的高层建筑物空前发展。由于钢结构与传统的钢筋混凝土相比，具有强度高、质量轻、施工方便等优势，不仅如此，钢结构适宜工厂的大批量生产，可以提高建筑物的产业化水平，因此在建筑物上广泛运用。

　　高层钢结构建筑的增加，也为日益严重的能源与环境问题提出更大的挑战。节约能源不仅是面对着目前日益增长的能源价格的有效措施，也是对于资源的有力的保护措施。幕墙作为建筑物外围保护结构，尤其对于钢结构建筑而言，在没有外墙作为阻热屏障时，幕墙的效果好坏可以直接影响着建筑整体的节能性，对于建筑物的能耗程度有着决定性的作用。因此，提高幕墙的抗辐射性能、密封性能和隔热性能，是建筑外围结构节能设计的关键所在。

　　一、节能幕墙设计的要求

　　在保证建筑物室内的环境不受污染的正常使用的情况下，节能幕墙通过采用限制传导、隔离热量、隔离辐射等设计手法，达到保温、节能、隔热的要求。

　　（1）、降低太阳辐射负荷强度。

　　采用高反射率的镀膜层是高层建筑常用的减少表面辐射换热的方法。计算结果证明，在平面的玻璃之间加入反射率相同的镀膜层，辐射热流密度将减少为原来的二分之一。

　　（2）、提高幕墙的表面气密性。

　　提高幕墙上开启窗的材料性能、加工精度及安装质量，严格控制好窗框和窗扇的间隙量，采用多道密封的措施，增加出流阻力，提高幕墙的密封性。

　　（3）、减少热负荷损失。

　　降低幕墙结构的总传热系数是减少温差传热的惟一途径。而传热系数的大小主要决定于幕墙的多层墙壁的导热系数。因此，采取不同材料组成多层幕墙的结构，可以有效地减少温差传热的热负荷损失。

　　二、节能型幕墙采取的节能措施

　　（1）、幕墙内采用节能、隔热型结构

　　在幕墙设计中，为连接构件的支撑结构选材时，可采用节能型隔热铝型材。采用槽形嵌入式将隔热条与铝型材相连接，除了能够降低材料的导热系数，同时也能满足建筑结构对于强度的要求。

　　（2）、幕墙内采用节能型中空反射镀膜钢化玻璃结构

　　对于高层建筑的外围保护结构中，玻璃幕墙占有较大的比例，成为太阳辐射、温差传热的主要受体。因此，采用减少辐射热流密度和传热系数低的结构，可以有效地减少温差传热和太阳辐射的负荷。

　　由于中空玻璃的干空气层导热系数仅为玻璃导热系数的10%，采用(6+9A+6)mm中空钢化镀膜玻璃，可以将传热系数降低32%，因此，采用节能型中空反射镀膜钢化玻璃幕墙结构可有效提高幕墙的可见光透射比、传热系数、遮阳系数、玻璃露点，从而降低幕墙的能耗。

　　（3）、幕墙内采用保温隔热层。

　　金属铝板的导热系数大，是玻璃的312倍，是玻璃棉的4309倍。如果金属幕墙与建筑主体钢结构的间隙较大，那么应当增加隔热层，以免热负荷的迅速增加。采用玻璃纤维填充大厦立柱两侧和横梁下部，将全部金属幕墙与室内隔断可有效地减少热量的传导。保温隔热材料的导热系数、密度、燃烧性能应符合设计要求。

　　（4）、幕墙内采用节能型内倒窗结构。

　　1．采用隐框结构设置内倒窗，利用中空玻璃钢化镀膜的特点，使内倒窗框不暴露在室外, 因此可以消除热桥作用。

　　2. 采用不同类型的密封条密封内倒窗框，在内窗框之间形成两层密封的空间，增大缝隙渗漏的空气阻力。

　　3. 采用隔热型材制造铝合金外框，在每个隔热条之间形成25mm*14mm的空气层，利用其中的干燥空气阻断热流的直接传递，降低整体窗框结构的传热系数。

　　4.采用加工精度高的内倒窗五金来构件开窗机构，可提高内倒窗的水密性和气密性。

　　三、节能型幕墙采取的施工技术

　　（1）、减少热桥数量。

　　热桥的数量与热桥的热负荷损失成正比。热桥的数量越多，热桥的热负荷损失越大。立柱的铝板幕墙选用钢方管承载，钢方管的钢结构与用钢角码直接接触，则形成了热桥。减少热桥数量的条件是在满足幕墙的要求下，采取外伸简支梁施工技术，可以有效地减少热桥的数量。

　　（2）、提高幕墙标准化系数。

　　在建筑的主体施工完成之后，我们可以发现现有结构的主轴线、层高等数据会与理论值存在着一定偏差。此时，如果按照原有的轴线来安装幕墙，幕墙的尺寸变得大小不一，尺寸偏移将导致结构的对角线发生移位，倾角发生变化，尤其是在结构复杂的楼层，异型铝板的尺寸全部会变化。这将严重影响幕墙的设计制作和安装质量，影响幕墙工程的密封性能。

　　要解决这样的问题，必须在现有的三维空间里重新确定幕墙的主轴线、层高等基准线，确保幕墙完全按照设计尺寸。以特定的楼层为层高的基准，逐层放出层高线，并且向上下均分层高偏差，将层高偏差集中累计到顶层和底层。

　　（3）、提高构件加工和安装精度。

　　对于铝板造型比较复杂的幕墙，单纯依靠人力控制进行下料，难以保证铝板之间的互换性和间隙量。为确保材料尺寸的准确性，提高构件加工精度，幕墙上采用的每种型号的铝板都应当按照设计图纸来便携电脑运行程序，利用电脑控制来下料。在施工时，采用工厂的定位模具进行装配，可大大提高安装的精度。

　　（4）、幕墙节能工程施工中应对以下部位或项目进行隐蔽工程验收，并应有详细的文字记录和必要的图象资料：

　　1）被封闭的保温材料厚度和保温材料的固定；

　　2）幕墙周边与墙体的接缝处保温材料的填充；

　　3）构造缝、结构缝；

　　4）隔汽层；

　　5）热桥部位、断热节点；

　　6）单元式幕墙板块间的接缝构造；

　　7）冷凝水收集和排放构造；

　　8）幕墙的通风换气装置。

　　三、节能型幕墙的效果评价

　　（1）、幕墙内采用节能、隔热型阳光反射镀膜的结构后，其抗辐射性能非常突出, 经计算证实，在工程的总热负荷中,太阳辐射负荷平均降低了74.58%。

　　（2）、在节能型幕墙的设计施工中采用( 6+9A+6)mm的型号的中空玻璃，可以有效地减少温差传热负荷。经过对比分析和计算，中空玻璃与普通的单层玻璃相比，其温差传热负荷减少了33.08%。

　　（3）、幕墙内采用保温隔热层，在铝板幕墙与钢结构之间采用隔热保温棉密封，可以使整体幕墙的热负荷大大减少。

　　（4）、由于内倒窗采用迷宫式橡胶密封装置。经测试，其水密性、气密性及保温性能都远远超过平开窗的结构。

　　建筑的外围护结构节能设计和施工，关键在于提高幕墙的抗辐射性能、隔热性能和密封性能。在高层钢结构建筑节能型幕墙的设计和施工中采取完整的节能措施，可以保证建筑整体在正常使用的情况下保持良好的节能性能。

　　参考文献：

　　[1]王长宁,王禄鹏. 高层钢结构建筑节能型幕墙的设计和施工[J]. 施工技术, 2006,(05) .

　　[2]吴云. 钢结构节能住宅对墙体材料的要求[J]. 住宅科技, 2008,(05) .

　　[3]张希黔,王伯成,周敬. 建筑节能的施工质量问题与防治[J]. 施工技术, 2007,(10) .

　　[4]孙维理,刘宜靖. 一种优良的节能抗震建筑体系——钢结构+ALC板围护结构[J]. 墙材革新与建筑节能, 2002,(09) .

　　[5]孔祥秋,纵兆峰. 钢结构建筑的围护结构研究[J]. 山西建筑, 2008,(36) .

　　[6]罗梦恬,庄裕标,李磊,姚志平,范国强. 上海陆家嘴金融贸易区国金中心南塔楼超高层钢结构施工工艺研究[J]. 建筑施工, 2009,(02) .