建筑節能是一個綜合性很強的系統工程,它涉及到法規的實施、建筑的設計、材料的選用、節點的構造、加工與安裝甚至用戶的行為習慣。只有在每一個環節都保證了正確的方案和嚴格的實施,建筑節能才是一個實實在在的東西,而不是流于形式。
鋼框架玻璃幕墻是玻璃幕墻系統里的一個特別領域,它適用于大跨度、大空間的建筑立面及采光頂。由于鋼材有比鋁合金更低的導熱性能,可以通過型材的選用和節點的構造實現通透美觀又節能環保的建筑外立面。此外,鋼框架優良的耐火性能使節能的幕墻同時能安全防火,從而達到了功能與形式完美的統一。
一前言
建筑的節能在人類建筑史上還是一個相當新穎的課題，有意識地展開建筑物的節能工作,歐洲起始于70年代，中國起始于80年代。由于人類察覺到地球上可供采用和利用的資源越來越不足以保證人類可持續發展，節能建筑也就應運而生。并且隨著時代的發展這類建筑被冠以更加動聽的名稱,如“綠色建筑”，“低碳建筑”，“零能耗建筑”等等。這也催生出與節能建筑相關的一個個巨大產業鏈,如節能的門窗，幕墻等。
建筑節能是一個綜合性非常強的系統工程。它涉及到政府的法令法規，建筑的規劃和設計,材料的選用，節點的構造，加工與安裝甚至用戶的行為習慣等。只有在每一個環節上都保證了正確的方案和嚴格的實施，建筑節能才不只是一些亮麗的概念和賣點，而是經得住實施考驗的真正的節能建筑。
二、節能的幕墻需要成熟的系統
玻璃幕墻在建筑上的應用越來越廣泛。作為承擔了建筑外維護結構同時又往往展示建筑形象的構件，玻璃幕墻如何節能常常成為關注的焦點。從技術上講，玻璃幕墻的節能也是一個系統工程。除了正確選用好的在幕墻中所占面積最大的玻璃外,還需要有合適得職稱框架系統、緊固件、密封條、粘結劑及預埋件等，這些彼此相關的構件組成一個完整的系統。它們經過嚴格的檢測，并能在工程申反復使用,如德國的旭格（Schuco）瑞士的嚴實(Jansen)幕墻系統。一個系統的誕生，后面往往需要一支強有力的研發隊伍，經過長期的研發，反復的實驗和檢測以及大量的工程應用實踐，這樣它才能成為一個成熟的系統，這對于保溫節能的幕墻來講，尤為重要。
中國在幕墻的生產和應用在數量方面已走在了世界的前列。而在實際工程當中,盡管也出現不少優秀的作品,但迄今為止卻還沒有誕生出可以在國內或國際上可以普遍采用的幕墻系統。常見的做法是,針對具體項目,我們的設計師和幕墻公司以“量身定作”的方式創造出一些幕墻節點,它們可能會很有特色，但曲于工期造價等多方原因,這些節點難以與經過長期研發和試驗出來的系統產品在性能上,在綜合指標上相匹比。它們要不被人簡單復制,要不難以普及推廣,這就成為了幕墻節能發展道路上的一道瓶頸。如前所述,幕墻節能是一個綜合性的話題,其中的制約因素很多,但能否擁有稱之為“系統”的產品是我們面臨的一個挑戰。在這方面,歐洲已有不少成熟的經驗值得學習和借鑒。
三.鋼框架玻璃幕墻的節能與構造
通常,一個能被稱之為節能或低碳的建筑需要具備以下特征:在設計、生產和制作過程中消耗較少的資源；具有良好的性能,如強度、保溫、防水和密封性；對環境沒有污染和損害；使用的壽命長；可以回收并循環利用。
1.現狀情況
我們所見到的玻璃幕墻大部分是鋁合金為支撐構件的幕墻,鋼框架的使用似乎并不多見。其實,在幕墻項目里,鋼框架的使用在國際上其實由來己久,在國內也是一樣。比如在大型的展會、車站、機場等公共建筑中。但這類建筑中多半采用工字鋼,T型鋼或U型鋼,它們與鋼結構一起形成一個力學支撐體系。這類鋼基本上是熱成型鋼,或者稱之為“粗鋼” ,它的成型機制決定了其外觀造型粗獷有余,而精細不夠，與常見的鋁合金型材相比精細度上相差甚遠。
而今在歐洲所普遍采用的鋼型材是由薄壁型鋼卷材,經過冷彎和冷拔成型,并通過高頻對焊而形成強度和精度都極高的無縫鋼管,其外形多種多樣,和鋁合金型材一樣精致美觀。它的型材結構可采用焊接方式(這與國內常見的彩板開口型材或折彎鋼板完全不一樣),并有與之配套的一系列五金及密封配件,包括玻璃壓板和裝飾蓋板等,這樣構成一套完整的幕墻系統。它們并經過了歐洲最為嚴格的測試,保溫節能達到了很高的水平,其U值可達1,OW/㎡· K以下。它通透美觀,性能優異,不光保溫節能,還有很高的安全性能,經常應用在大樓的裙樓外幕墻,門廳入口或是跨樓層的中庭空間等醒目部位(如下圖所示)。
2．鋼框架的優勢
作為玻璃幕墻的一個特殊類別,鋼框架與我們常見的鋁合金比較,具有如下優勢:
1)鋼材的強度(即彈性模量)是鋁合金的三倍,可以用更細的型材承受更大的玻璃重量,玻璃尺度更大氣,建筑立面更通透,尤其是在玻璃橫向尺度大的時候,橫梁尺寸更小。在一定空間跨度內,還可省掉一些幕墻的結構件。
2)鋼材的熱膨脹系數僅為鋁合金的58%,在鋼型材與墻體的連結部位對變形要求更低,密封性能更容易保證。
3)鋼的熱傳導率僅為鋁的32%,從材料本身來講,鋼框具有更低的∪值(即K值),亦即更好的保溫性能。
3.K值與∪值的區別
用來衡量幕墻保溫性能的物理參數國內采用的是K值(傳熱系數),而歐洲采用的卻是U值(也叫傳熱系數),單位都是W/㎡· K。在工程當中我們發現K值和U值的應用同時存在,而少有人明了二者的區別。其實,U值是在K值基礎上發展而來的,或者說是歐洲保溫節能規定嚴格化給傳熱系數的計算帶來的變化。在幕墻里,我們采用的K值是玻璃的K值與型材的K值與它們所占面積相計算的結果,沒有考慮到(中空)玻璃周邊的玻璃間隔條或分子篩的導熱性能,而這里恰恰是玻璃保溫性能中最薄弱的一部分。一般玻璃表面結露也是從邊緣部位開始的。而U值的計算公式里,則將玻璃間隔條的傳熱系數及其長度考慮到其中,這樣的傳熱系數更加準確,也更能準確反映材料的節能性能,其計算公式舉例如下：
U值的計算歐洲一般有四種計算方法：一是采用電腦軟件根據歐標EN 10077-2進行計算。二是對制作好的構件,在檢測中心進行檢測。二是根據歐標ENISO12567-1在檢測中心對構件作“熱箱測量。四是從已有材料U值表格中查詢，用于粗略估算只用。
4.鋼框架玻璃幕墻的構造與特點
幕墻如何節能,參與的因素很多,除了正確選用好的中空玻璃以外(譬如采用LOW-E中空玻璃，加惰性氣體，選用暖邊間隔條甚至雙中空玻璃等）。支撐玻璃和整個幕墻的框架系統往往是難度最大的，構造最復雜，造型也是最豐富的一個構件。
在歐洲的剛框架系統里，瑞士嚴實公司的VISS高級段熱幕墻系統在已有數十年的歷史，應用于大量重要的公共建筑，尤其是在保溫節能及安全領域享受極高的聲譽。它在設計和制作中有如下一些特點：
1）型材斷面小。外型簡潔，周長小，散熱面積相對較鋁合金小，在相同荷載下，剛型材的結構斷面更小更細（如下圖所示）
2）斷熱性好。除了剛型材的熱傳導比鋁合金更低以外，特別的高強度尼龍絕緣釘連接了玻璃壓板與支撐型材，現實了里外材料的完全斷熱，具有平穩的等溫曲線，節點的U值最低可達0.66㎡·K。
3）密封性強。幕墻節點內部采用雙道密封排水條，利用等壓腔原理，在解決節點空腔排水的同時又利用了空腔起到保溫隔熱的功能（如下圖所示）。
4）安裝便捷。VISS幕墻的內部構造簡潔、功能分明、設計合理。這樣使五金配件的安裝非常方便迅速。普通工人經過很短的時間的培訓就能實際操作。最大限度地保證了安裝的準確性，而安裝是否到位，恰恰是節能的構件是否能執行其功能的基本保證（如下圖所示）。
5）使用壽命長。剛型材本身就有很強的耐用性，正如我們今天所見到的橋梁、輪船一樣。VISS幕墻的剛型材由里外鍍鋅鋼板制成型，其五金配件也都采用歐洲先進優質原料和先進工藝制造而成，極為耐用，而且剛材很容易回收利用，節約資源。
四、節能的幕墻也能防火、防彈和防盜
建筑節能和建筑的安全往往是同時需要的，尤其是在公共建筑當中。譬如在有防火的地方，就需要設防火幕墻或門窗，并按消防的要求，提出相應等級的防火檢測報告和產品。通常，保溫節能的幕墻難以同時達到防火要求(以鋁合金為框架的幕墻，不具備防火功能)，而一般的防火幕墻又難以同時滿足節能的構造要求。
VISS鋼框架幕墻系統在保持其基本構造，即保溫性能不受改變的情況下，巧妙地將其中的普通五金配件(如密封膠條、絕緣釘、玻璃壓板及支撐塊等)用耐火的構件制成,再配以中空防火玻璃,在不改變幕墻任何外觀的情況下,實現了節能與防火的完美統—。在滿足90分鐘防火功能的同時,還能提供2.OW/㎡· K的∪值及42分貝的隔音值。
同樣的道理,僅對五金配件進行局部地調整,配以相應的玻璃,就能將ⅥSS幕墻做成有防盜和防彈的功能，并保持外立面的通透和美觀。在建筑立面當中，往往不同的位置有不同的功能，采用VISS鋼框架幕墻可以實現將不同的功能的材料組合在一起，并保持統一的外觀和完整的性能，這樣使節能的幕墻也能滿足多功能的使用要求(如下圖的蘇州東山國賓館保溫及防彈玻璃幕墻系統)。
五、結束語
建筑產業發展到今天9不光需要滿足最基本的數量要求,還要滿足高性能和高質量的要求。采用系統解決方案是幕墻門窗保溫節能及可持續發展的一條有利途徑。鋁合金和鋼框架兩種框架系統在幕墻領域承擔著不同職能和分工,相互補充、相互依賴。合理地選擇好材料的采用可以達到資源的節約和優化,從而為實現低碳的社會盡到一份責任。
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