玻璃幕墙节点节能设计探讨

玻璃幕墙节点节能设计探讨

庄思逸

深圳市方大建科集团有限公司

【摘要】玻璃幕墙作为建筑物的外围护结构，对节点的优化设计能够最大限度地节约能源及减少损耗。本文对玻璃幕墙的节点设计原则及工程案例的节点优化方案比较进行分析，提出节点节能设计的措施。

【关键词】玻璃幕墙；节点设计；优化比较

1.幕墙的结构特点

建筑幕墙不分担主体结构所受作用，由支撑结构体系及面板组成，可以相应承担一点位移能力，支撑结构体系可以是铝材、钢材或不锈钢材；玻璃可以是普通平板玻璃，夹网平板玻璃、夹层玻璃、钢化镀膜玻璃、钢化中空Low-e玻璃等。结构形式根据施工方式可以分为构件式玻璃幕墙及单元式玻璃幕墙，玻璃面板与龙骨通过结构胶或者连接件固结而成。风荷载通过玻璃传递到横竖龙骨上，横竖龙骨的轴向竖向作用力再通过与主体连接的构件传递到主体结构上，受力传递路径明确，具有良好的安全性。

2．建筑玻璃幕墙和窗的节能设计原则

由于建筑的玻璃幕墙是利用玻璃作为基本施工材料的，而玻璃又具备着一定的自身特性，能够有很强的光线反射能力以及阳光透射能力。使得以往的建筑玻璃幕墙最大的弊端就是光污染严重和保温性能差等问题。而在今天阿，节能建筑理念的应用为玻璃幕墙的设计提出了新的要求和设计原则。即要求在设计玻璃幕墙时，要充分结合建筑附近相邻的建筑结构特点以及自然环境条件，并对当地的气候特点进行全面了解，继而在合理科学的确定建筑的朝向、高度以及结构形式等设计内容。

2.1严格遵守相关法律政策

基于玻璃幕墙的建筑结构形式对社会与环境有很大的影响，我国对玻璃幕墙的设计施工提出了一定的规范要求，并以法律政策的形式明确表示出来。因此在节能设计时，必须严格遵守国家法律法规以及地方政策的要求，这是在设计中首要考虑的条件。

2.2科学性原则

在实际的施工设计中，玻璃幕墙的节能设计需要考虑到多种因素，因而设计过程较为复杂。不但要充分考虑到建筑的功能作用要求，还要考虑到当地的地理条件与自然气候因素，同时也要对当地的社会文化，人文经济等等诸多因素进行全面综合的考虑，科学合理地设计幕墙的结构形式与窗墙比，优化设计方案，严格遵守科学性原则，确保建筑主体与幕墙能够实现和谐统一。

2.3经济适用性原则

建筑玻璃幕端的设计与应用主要是为了能够提高建筑的外观性，但在设计的同时，最重要的还是要注意其适用性。因此要按照相应的政策法规以及建筑自身的功能作用，按照资源优化配置的原则，设计出最经济适用又节能环保的幕墙施工设计方案。

3.工程概况

大楼共35层，建筑高度141.5m，本工程抗震设防烈度为6度，基本风压值W0=0．30kN/m2，地面粗糙度类别为C类。工程采用6+12A+6中空钢化双银Low－e玻璃，玻璃具有导热系数低、保温性能好的优点，是实现玻璃幕墙节能的重要途径。另外玻璃与铝合金立柱的连接纽带采用三元乙丙胶条，主要受力骨件采用铝合金型材。

4.两种幕墙节点比较

4.1幕墙节点一

节点一为标准的隐框幕墙节点，其水平和垂直方向的剖面图如图1、图2所示，采用110mm×60mm×2．7mm铝合金立柱，60mm×40mm×2．5mm铝合金横梁，横梁与立柱采用M6mm×85mm的外六角头不锈钢螺栓连接，为了现场操作方便，横梁开模时考虑带扣盖的连接方式。玻璃压块为6063－T6的铝合金型材，规格为35mm×30mm×4mm的型材模图，通过玻璃压块连接竖向和横向玻璃，竖向的玻璃固定点为铝合金横梁，横向的玻璃固定点为铝合金立柱。玻璃托码材质为6063－T6的铝材型材，厚度为2mm长度为120mm，能承受玻璃的垂直荷载，玻璃托码作为受力构件支持着由玻璃自重产生的垂直荷载。不锈钢盘头自攻自转钉固定玻璃托码在横梁上。三元乙丙胶条做为玻璃与型材的接触材料，起到柔性缓冲玻璃与型材的机械摩擦力，同时起到密封作用。

玻璃采用6+12A+6的中空钢化双银Low－e玻璃，在不破坏玻璃中空层的前提下，中空玻璃中空层加玻璃纤维卡槽，每块玻璃至少安装2个卡槽，卡槽必须有足够的强度，卡槽的大小及规格根据玻璃的实际尺寸设计，卡槽的总长度不得大于玻璃长度的50%，玻璃卡槽要与玻璃结构胶做相容性试验，必须保证其与结构胶相容。玻璃幕墙全部采用此种玻璃形式，安装效果良好。带卡槽的玻璃如图3和图4所示。

4.2幕墙系统节点二

幕墙系统节点二见图5、图6示意图:110mm×60mm×2．7mm铝合金立柱，60mm×40mm×2．5mm铝合金横梁，横梁与立柱采用M6mm×85mm的外六角头不锈钢螺栓连接。面材采用6+12A+6中空钢化双银Low－e玻璃，玻璃的固定:型材副框与玻璃的注胶在无尘、恒温的车间中进行，玻璃托码与注胶的型材副框采用ST2．9mmx10mm的不锈钢沉头自攻钉连接在一起。上下玻璃的连接采用挂钩式的连接玻璃副框直接与铝横梁连接，受力模型为一跨简支梁。

4.3比较分析

由以上比较分析可知，幕墙节点一比幕墙节点二更优化:幕墙节点一很明显玻璃托码直接与横梁连接，横梁的承载力最好，最稳定。幕墙节点一为带玻璃卡槽的面材，安装时无需进行玻璃副框的粘接，节省造价，缩短加工周期。

节点一节省造价但是只能用于带中空层的玻璃幕墙、非高层和抗震等级较小的情况下使用，节点二是国内非常成熟的框架式幕墙，但是造价相对幕墙节点一高了许多。

5.玻璃幕墙的节点设计措施

5.1在选材上提高破璃幕墙的热工性能

为提高玻璃幕墙的保温性能，可以采用断桥铝型材。在玻璃幕墙中，玻璃所占的面积比铝合金框要大得多，所以更重要的是玻璃材料的选用。日前，采用的玻璃材料主要有镀膜玻璃、中空玻璃和带薄膜型热反射材料玻璃，其中镀膜玻璃主要有太阳能热反射玻璃、低辐射玻璃和多功能镀膜玻璃。

5.2在构造上提高玻璃幕墙的热工性能

（1）提高玻璃幕墙的气密性能。（2）玻璃幕墙应采取遮阳措施。要达到遮阳的效果，可以用卷帘、花格、挡板等，这些遮阳措施的实现可以通过智能化的控制来实现，采取相应的调节装置，夏季遮阳、冬季采光的效果就能同时达到，可以相互协调。（3）采用双层玻璃幕墙。双层的玻璃幕墙一般由内外两层组成，在两层玻璃之间要形成一个通道，外层幕墙要有进出风口的设置，外层的幕墙一般有点支承玻璃幕墙和框式两种，内层的则采用铝合金门面和明框幕墙进行设置。双层幕墙的设置中，要想达到节能的效果，夏季的时候通过自然的通风室内的温度就会下降，冬季则会产生相应的温室效应，降低取暖中的能耗。夏季时候，双层幕墙在阳光的照射下，双层通道中的空气就被加热，空气从下而上流动，热空气就会被带走，房间的室温就会下降，另外，双层幕墙具有特殊的结构，本身就具备一定的遮阳功能，可以有效的减少阳光对空气的辐射，冬季的时候就能保持室温达到节能的效果。在冬季双层幕墙可关闭外层幕墙的通风口，这样幕墙内部的空气在阳光照射下温度升高，减少室内和室外的温差，也减少了室内的温度向外界传递，起到房间内的保温功效，降低房间取暖费用。依据通道内气体的循环方式，将双层通道幕墙分为内循环通道幕墙、外循环通道幕墙和开放式通道幕墙。

5.3幕墙设计的主动性和积极性

设计思想的转变是节能的重要方面，主动坚持节能的观念能有效的对现有的能源进行利用。为了减少冬季采暖供热的热损失和能源消耗，为了减少夏季空调制冷的热袭入和能源消耗，玻璃幕墙热工设计的发展趋向是：对于以采暖供热为主的幕墙追求达到温室效应，对于以空调制冷为主的幕墙追求达到冷房效果，在幕墙建设的过程中要充分的利用太阳能资源。

5.3.1隔热幕墙的节点设计

隔热幕墙的节能设计中，主要采用的隔热断桥铝型材和中空玻璃来达到节能的效果，连续的隔热区域中，隔热断桥铝型材形成的小规模隔热区域，采用隔热条将其进行分隔。隔热条“冷桥”选用材料为聚酰胺尼龙66，其导热系数为0.3W/（m2K），远小于铝合金的导热系数210W（/m2K），而力学性能指标与铝合金相当。20世纪70年代末，隔热断桥铝型材在国外问世，主要用于高寒地区的铝合金门窗，到20世纪80年代末开始用于高寒地区的有框玻璃幕墙。目前在我国，对保温性能要求比较高的建筑中，也开始把它用于明框隔热玻璃幕墙、隐框隔热玻璃幕墙及点支式隔热玻璃幕墙，这样可以达到保温的效果，节约能源。

5.3.2节能幕墙的节点设计方向

目前我国对玻璃建筑设计重要性的认识，对玻璃幕墙的知识知之甚少，设计单位往往在建筑施工已开始时才进行玻璃幕墙设计，这直接导致了玻璃幕墙设计的滞后，以及用材质量降低。但目前我国节能标准已逐渐变得越来越严格，能耗比也越来越严格，这就要求玻璃的幕墙设计向绿色节能的方向发展，各种高性能的玻璃，断热材料，能使幕墙的K值大幅度降低，通常情况下，如果玻璃幕墙设计科学合理的话，都能达到很好的降低能耗和节能的作用，在这方面绿色技术得到了很好的体现。

节点设计的艺术性即能体现幕墙设计的美感，通常它通过连接件的形式和连接的材料变化以及表面不同的处理方式来体现。如对一些普通钢连接件采用表面粗糙、防腐处理，造成一种工业化的粗犷效果，与玻璃的通透轻颖相对比，体现出一种独特；对连接件采用不锈钢材料，提高加工精度，进行表面抛光或砂光、纯化的处理方法，使连接件表面的金属光泽与玻璃本身的光亮交相辉映，体现一种流动的美感；对连接件表面进行氟碳喷涂或PU喷涂成各种颜色，能实现建筑师和各种构思，可以使建筑物色彩斑斓，也可以使它神秘幽静，形成一个艺术的长廊。

6.结束语

综上所述，进行节能幕墙节点设计的过程中，要坚持一定的的节点设计的原则，坚持绿色节能的方向，这样可以有效的降低能耗，达到节能的效果，在设计的过程汇总，要积极地转变观念，进行节点设计，形成资源的优化配置。

参考文献：

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[3]李雪平.建筑玻璃幕墙的节能设计研究[D].西安建筑科技大学，2006.