1 工程概況
北京麗澤E-06地塊C2商業(yè)金融用地項目，位于北京市豐臺區(qū)，南至鳳凰嘴北路，西至金中都中路，北至駱駝灣南路。地上43層，幕墻高度200m，標(biāo)準(zhǔn)層高4300mm。
南、北、東立面采用
豎明橫隱玻璃幕墻，在平面上每3m設(shè)有500mm寬豎向金屬（詞條“金屬”由行業(yè)大百科提供）格柵，格柵后側(cè)是鋁板內(nèi)平開窗（詞條“平開窗”由行業(yè)大百科提供），上述三個立面，沒有外露的開啟扇，立面干凈挺拔而有韻律。東側(cè)高區(qū)有突出陽臺。西側(cè)為退臺設(shè)計，每個樓層均有觀景陽臺，外側(cè)設(shè)置玻璃欄板。陽臺內(nèi)側(cè)采用豎隱橫明玻璃幕墻，每3m設(shè)有500mm寬玻璃平推窗（詞條“窗”由行業(yè)大百科提供）。大樓效果圖見圖1、圖2、圖3。
2 單元幕墻板塊劃分
本工程大面采用1250mm+500mm+1250mm的水平分格，其中1250mm分格是玻璃， 500mm分格是格柵及內(nèi)平開窗。幕墻采用單元式結(jié)構(gòu)，若按1250mm和500mm的分格劃分單元板塊，則格柵板塊分格小，且內(nèi)平開窗兩側(cè)若采用單元立柱的構(gòu)造，豎框?qū)挾容^大，影響室內(nèi)觀感。為此采用3m的寬度作為一件單元板塊，即500mm寬格柵位于板塊中央，開啟扇兩側(cè)是寬度較小的中立柱。板塊尺寸為3000mm(寬)×4300mm(高)，可以采用平板車運輸。單元板塊劃分示意圖見圖4、圖5。
圖4 單元板塊劃分示意圖(室外)
圖5 單元板塊劃分示意圖(室內(nèi))
3 節(jié)點構(gòu)造設(shè)計
3.1豎明橫隱標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點構(gòu)造設(shè)計
豎明橫隱玻璃幕墻，玻璃采用8mm半鋼化+1.52pvb+8mm半鋼化Low-E+12Ar+12mm超白鋼化中空夾膠玻璃（詞條“中空夾膠玻璃”由行業(yè)大百科提供）。單元立柱采用穿條（詞條“穿條”由行業(yè)大百科提供）式隔熱型材，并在隔熱條前后采用雙道密封膠條，對插位置均采用雙道密封膠條，加強了系統(tǒng)的防水和熱工性能。建筑要求室外豎向裝飾線為兩片分離的金屬翼片，突出玻璃面150mm。在立柱截面（詞條“截面”由行業(yè)大百科提供）設(shè)計時，考慮到室外裝飾線采用分離的兩翼片，可以分別與室內(nèi)側(cè)的單元公、母立柱復(fù)合成隔熱型材，既加強了單元立柱的抗彎截面特性，又保證了室外裝飾線與玻璃面的垂直度。室外內(nèi)壓板采用斜插的結(jié)構(gòu)形式與單元立柱固定，螺絲僅起固定作用，內(nèi)壓板通長受力，且安裝方便。玻璃與框架在內(nèi)側(cè)采用密封膠密封，內(nèi)壓板與玻璃之間采用三元乙丙膠條塞緊，避免密封膠長期使用后出現(xiàn)的污染情況。單元立柱的水平剖視節(jié)點見圖6。
圖6 單元立柱水平剖視圖
單元橫梁截面設(shè)計考慮分層排水，單元上橫梁外側(cè)設(shè)有排水腔，內(nèi)腔的滲漏（詞條“滲漏”由行業(yè)大百科提供）水可通過泄水孔沿排水腔、立柱外腔排放到下一層室外。單元立柱對插位置與橫梁對插位置相對應(yīng)，形成自然披水構(gòu)造，避免雨水在板塊對插十字縫位置進到橫梁內(nèi)腔，提高系統(tǒng)防水性能。隔熱護邊與橫梁之間，設(shè)置凹槽打膠密封。單元橫梁的豎向剖視節(jié)點見圖7。
圖7 單元橫梁豎向剖視圖
3.2內(nèi)平開窗節(jié)點設(shè)計
在格柵位置，內(nèi)側(cè)是鋁板內(nèi)平開窗，該處的節(jié)點構(gòu)造需要綜合考慮防水以及熱工性能，是本項目幕墻系統(tǒng)的重點和難點。鋁板內(nèi)平開窗采用內(nèi)外兩層鋁板，內(nèi)填充保溫棉。窗扇及窗框采用穿條式隔熱型材。隔熱條以外一側(cè)的窗框型材與立柱采用隔熱毯隔開。內(nèi)平開窗合頁采用隱藏式合頁，采用三道密封膠條密封，且內(nèi)側(cè)膠條位于合頁外側(cè)，避免合頁斷開內(nèi)側(cè)膠條而影響密封性能。固定格柵的邊框，采用隔熱型材與立柱固定，與立柱之間縫隙填塞隔熱毯，并在外側(cè)打膠密封。內(nèi)平開窗水平剖視節(jié)點見圖8。
圖8 內(nèi)平開窗水平剖視圖
固定內(nèi)平開窗的橫梁采用穿條隔熱型材，且隔熱條外側(cè)型材與鋁板之間采用隔熱墊塊隔開以提高保溫性能。窗扇型材與外側(cè)膠條接觸位置設(shè)置滴水，使雨水盡可能只進到外腔。下側(cè)窗框設(shè)置排水孔，且內(nèi)腔設(shè)置排水坡度，即使有少量滲漏水進到內(nèi)腔，也將從泄水孔排到外腔從而排放到室外，內(nèi)平開窗豎向剖視節(jié)點見圖9。
圖9 內(nèi)平開窗豎向剖視圖
3.3豎隱橫明標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點構(gòu)造設(shè)計
豎隱橫明玻璃幕墻，板塊分格也是1250mm+500mm+1250mm，兩邊1250mm是玻璃，中間500mm是外平推窗。系統(tǒng)的防水腔設(shè)置與豎明橫隱玻璃幕墻一致，僅室外明隱框形式不同。單元立柱采用隔熱護邊，與立柱卡接位置設(shè)置凹槽打膠密封，隔熱護邊外側(cè)有鋁合金裝飾邊。單元立柱的水平剖視節(jié)點見圖10。
圖10 單元立柱水平剖視圖
單元底橫梁，考慮到與隱藏式開啟扇共用型材，設(shè)計成組合式截面。外側(cè)明框分為內(nèi)壓板和外扣蓋，玻璃與框架在內(nèi)側(cè)采用密封膠密封，內(nèi)壓板與玻璃面板之間塞膠條，并在膠條下方設(shè)置泄水孔。單元橫梁的豎向剖視節(jié)點見圖11。
圖11 單元橫梁豎向剖視圖
3.4外平推窗節(jié)點設(shè)計
為減小窗框四周寬度，達到更好的外觀效果，外平推窗采用隱藏式設(shè)計，中立柱以及單元底橫梁設(shè)置凹槽作為窗框，下窗扇與單元底橫梁頂面平齊(圖12，圖13)。因開啟扇寬度小(500mm)，而建筑要求平推窗打開凈空不小于100mm，上下導(dǎo)向滑撐采用了特殊的雙“×”平推鉸鏈(圖14)，使得平推窗能達到更大的開啟距離，且啟閉靈活順暢。
圖12 平推窗水平剖視圖
圖13 平推窗豎向剖視圖 圖14 雙“×”平推鉸鏈
4 熱工計算
本項目位于北京，屬于寒冷地區(qū)，根據(jù)北京市《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》以及本項目建筑節(jié)能要求，熱工性能分級為6級，外窗(包括透明幕墻)傳熱系數(shù)K值要求為K≤1.8W/(m2.K)，遮陽系數(shù)要求為≤0.4，非透明幕墻的傳熱系數(shù)K值要求為K≤0.45W/(m2.K)。
本項目豎明橫隱玻璃幕墻是最不利位置，以下僅計算該典型系統(tǒng)的熱工。
4.1透明部分
(1)典型系統(tǒng)分格如圖15所示。框節(jié)點圖如圖16-1~5所示。
圖15 幕墻典型分格圖
(2)單元幾何參數(shù)
計算單元選取: 寬1.25m×高3m，則：
F11單元立柱面積: 0.05×3=0.15m2;
F12開啟中立柱面積: 0.05×1.9=0.095m2;
F13固定中立柱面積: 0.05×1.1=0.055m2;
F14-1底橫梁面積: 0.06×1.15=0.069m2;
F14-2頂橫梁面積: 0.025×1.15=0.029m2;
玻璃的面積: 1.25×3-(0.15+0.095+0.055+0.069+0.029)=3.35m2。
(3)計算框傳熱系數(shù)Uf
用一塊導(dǎo)熱系數(shù)λ=0.03W/(m·K)的板替代實際的玻璃或其它板材，替代板的厚度等于實際的玻璃或板材厚度，嵌入框的深度也按照實際尺寸，可見替代板的寬為200mm，采用二維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)計算軟件THERM進行框的傳熱分析，計算結(jié)果見表1。
表1 框傳熱系數(shù)及線傳熱系數(shù)
(4)計算框與面板之間的線傳熱系數(shù)ψ
在上述Uf的計算模型中，將實際的玻璃或其它板材代入其中，采用二維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)計算軟件THERM進行框的傳熱分析，再根據(jù)JGJ/T 151的公式進行計算，計算結(jié)果見表1。
(5)計算幕墻的傳熱系數(shù)Ucw
遵照JGJ/T 151-2008的計算公式，
計算結(jié)果為：
Ucw = [(3.67×0.15+4.86×0.095+3.20×0.055+2.42×0.069+3.42×0.029)+1.4×3.35+(0.088×2.915+0.035×1.875+0.038×1.04+0.116×1.15+0.053×1.15)]÷(1.25×3)
=1.787 W/(m2.K)<1.8 W/(m2.K)
透明部分滿足設(shè)計要求。
4.2非透明部分
非透明部分有水平非透明部分(即層間陰影盒位置)以及豎向非透明部分,分別計算。
4.2.1水平非透明部分傳熱系數(shù)計算
非透明幕墻構(gòu)造從外到內(nèi)依次為：8+1.52pvb+8Low-E+12Ar+12mm鋼化中空夾膠玻璃+50mm空氣層+1.5mm噴涂鋼板+120mm保溫巖棉(圖7)。
非透明幕墻的傳熱系數(shù)Up-h遵照《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》 GB50176-2016，按面層厚度和熱阻進行疊加的方式進行計算。
R0=Ri+R+Re
式中：R0 --圍護結(jié)構(gòu)的傳熱阻m2.K/W;
Ri --內(nèi)表面換熱阻m2.K/W;
Re --外表面換熱阻m2.K/W;
R --圍護結(jié)構(gòu)熱阻m2.K/W;
冬季：R0=1/1.4+0.18+0.12/0.04=3.894 m2.K/W
Up-h =1/R0=0.257 W/(m2.K)
4.2.2豎向非透明部分傳熱系數(shù)計算
(1)典型系統(tǒng)分格如圖17所示。框節(jié)點圖如圖18-1~3所示。
圖17 幕墻典型分格圖
(2)單元幾何參數(shù)
計算單元: 寬0.5m×高4.3m;
F15非透明開啟立柱面積: 0.05×1.9=0.095m2，邊部面積: 0.12 m2;
F17非透明開啟橫梁面積: 0.1×0.4=0.04m2，邊部面積: 0.04 m2;
F18非透明固定橫梁面積: 0.12×0.5=0.06m2，邊部面積: 0.05 m2;
非透明的面積: 1.47m2。
(3)計算框傳熱系數(shù)Uf及邊部效應(yīng)Ueg，見表2
表2 框傳熱系數(shù)及線傳熱系數(shù)
(4)計算非透明面板的傳熱系數(shù)
非透明面板的構(gòu)造從外到內(nèi)依次為：2.5mm鋁板+130mm保溫巖棉+2.5mm鋁板(圖8)。
非透明面板的傳熱系數(shù)遵照《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》 GB50176-2016，按面層厚度和熱阻進行疊加的方式進行計算。
R0=Ri+R+Re
式中：R0 --圍護結(jié)構(gòu)的傳熱阻m2.K/W;
Ri --內(nèi)表面換熱阻m2.K/W;
Re --外表面換熱阻m2.K/W;
R --圍護結(jié)構(gòu)熱阻m2.K/W;
冬季：R0=1/15.2+1/3.6+0.13/0.04=3.594 m2.K/W
K=1/R0=0.278 W/(m2.K)
(5)計算豎向非透明幕墻的傳熱系數(shù)Up-v
遵照框和非透明面板的傳熱系數(shù)與面積的加權(quán)平均計算原則，計算結(jié)果為：
Up-v = [(1.704×0.095×2+2.225×0.04×2+2.248×0.06+1.704×0.065×1.8×2+1.37×0.13×0.27×2+0.91×0.13×0.37)+0.278×1.47÷(0.5×4.3)
=0.71 W/(m2.K)
(6)計算非透明幕墻的平均傳熱系數(shù)Up
將豎向和水平非透明按照面積和及其傳熱系數(shù)做加權(quán)平均，計算結(jié)果為：
Up =(0.71×0.5×4.3+0.257×2.5×1.3)/(0.5×4.3+2.5×1.3)
=0.437 W/(m2.K) <0.45 W/(m2.K)
由以上計算知，盡管采取了隔熱毯、隔熱型材等構(gòu)造措施，豎向非透明部分(格柵+內(nèi)平開窗)傳熱系數(shù)仍然較大，需要與水平非透明部分(層間陰影盒)加權(quán)平均才能滿足設(shè)計要求。
5 結(jié)語
北京麗澤E-06地塊項目幕墻四性試驗要求按國標(biāo)+美標(biāo)的流程檢測，共21項檢測內(nèi)容，經(jīng)過7個水密性測試，包括國標(biāo)、美標(biāo)，靜態(tài)(圖19)、動態(tài)(圖20)，一次性通過全部檢測，特別是開啟扇歷經(jīng)7次水密性測試均沒有滲漏水進入內(nèi)腔，反映系統(tǒng)的防水性能優(yōu)越。本文對北京麗澤E-06地塊的單元幕墻作了簡要介紹，對單元體的節(jié)點構(gòu)造，特別是內(nèi)平開窗的防水、熱工計算進行了說明，對類似的幕墻設(shè)計有一定的參考意義。
圖19 幕墻四性試驗(靜態(tài)水密) 圖20 幕墻四性試驗(動態(tài)水密)
參考文獻
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[4].《民用建筑熱工設(shè)計規(guī)范》 GB50176-2016
[5].《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規(guī)程》JGJ/T151-2008
