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北京麗澤E06單元幕墻設計介紹

來源:2019年會論文集  作者:毛伙南 戈宏飛 李公平  日期:2019-6-18
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  摘要:本文介紹了北京麗澤商務區E06地塊C2商業金融用地項目單元式幕墻,包括幕墻的防水、保溫方面的構造。對單元幕墻特別是內平開窗的設計有一定的參考作用。
  關鍵詞:幕墻;單元式;內平開窗;防水;保溫;設計

  1 工程概況

  北京麗澤E-06地塊C2商業金融用地項目,位于北京市豐臺區,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,標準層高4300mm。

南、北、東立面采用

  豎明橫隱玻璃幕墻,在平面上每3m設有500mm寬豎向金屬(詞條“金屬”由行業大百科提供)格柵,格柵后側是鋁板平開窗(詞條“平開窗”由行業大百科提供),上述三個立面,沒有外露的開啟扇,立面干凈挺拔而有韻律。東側高區有突出陽臺。西側為退臺設計,每個樓層均有觀景陽臺,外側設置玻璃欄板。陽臺內側采用豎隱橫明玻璃幕墻,每3m設有500mm寬玻璃平推(詞條“窗”由行業大百科提供)。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分格是格柵及內平開窗。幕墻采用單元式結構,若按1250mm和500mm的分格劃分單元板塊,則格柵板塊分格小,且內平開窗兩側若采用單元立柱的構造,豎框寬度較大,影響室內觀感。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)

  3 節點構造設計

  3.1豎明橫隱標準節點構造設計

  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”由行業大百科提供)。單元立柱采用穿條(詞條“穿條”由行業大百科提供)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,加強了系統的防水熱工性能。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”由行業大百科提供)設計時,考慮到室外裝飾線采用分離的兩翼片,可以分別與室內側的單元公、母立柱復合成隔熱型材,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。室外內壓板采用斜插的結構形式與單元立柱固定,螺絲僅起固定作用,內壓板通長受力,且安裝方便。玻璃與框架在內側采用密封膠密封,內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的污染情況。單元立柱的水平剖視節點見圖6。

圖6 單元立柱水平剖視圖

  單元橫梁截面設計考慮分層排水,單元上橫梁外側設有排水腔,內腔的滲漏(詞條“滲漏”由行業大百科提供)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,形成自然披水構造,避免雨水在板塊對插十字縫位置進到橫梁內腔,提高系統防水性能。隔熱護邊與橫梁之間,設置凹槽打膠密封。單元橫梁的豎向剖視節點見圖7。

圖7 單元橫梁豎向剖視圖

  3.2內平開窗節點設計

  在格柵位置,內側是板內平開窗,該處的節點構造需要綜合考慮防水以及熱工性能,是本項目幕墻系統的重點和難點。鋁板內平開窗采用內外兩層鋁板,內填充保溫棉。窗扇及窗框采用穿條式隔熱型材。隔熱條以外一側的窗框型材與立柱采用隔熱毯隔開。內平開窗合頁采用隱藏式合頁,采用三道密封膠條密封,且內側膠條位于合頁外側,避免合頁斷開內側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,并在外側打膠密封。內平開窗水平剖視節點見圖8。

圖8 內平開窗水平剖視圖

  固定內平開窗的橫梁采用穿條隔熱型材,且隔熱條外側型材與鋁板之間采用隔熱墊塊隔開以提高保溫性能。窗扇型材與外側膠條接觸位置設置滴水,使雨水盡可能只進到外腔。下側窗框設置排水孔,且內腔設置排水坡度,即使有少量滲漏水進到內腔,也將從泄水孔排到外腔從而排放到室外,內平開窗豎向剖視節點見圖9。

圖9 內平開窗豎向剖視圖

  3.3豎隱橫明標準節點構造設計

  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。系統的防水腔設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,與立柱卡接位置設置凹槽打膠密封,隔熱護邊外側有鋁合金裝飾邊。單元立柱的水平剖視節點見圖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,設計成組合式截面。外側明框分為內壓板和外扣蓋,玻璃與框架在內側采用密封膠密封,內壓板與玻璃面板之間塞膠條,并在膠條下方設置泄水孔。單元橫梁的豎向剖視節點見圖11。

圖11 單元橫梁豎向剖視圖

  3.4外平推窗節點設計

  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計,中立柱以及單元底橫梁設置凹槽作為窗框,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,根據北京市《公共建筑節能設計標準》以及本項目建筑節能要求,熱工性能分級為6級,外窗(包括透明幕墻)傳熱系數K值要求為K≤1.8W/(m2.K),遮陽系數要求為≤0.4,非透明幕墻的傳熱系數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的熱工。

  4.1透明部分

  (1)典型系統分格如圖15所示。框節點圖如圖16-1~5所示。

圖15 幕墻典型分格圖

  (2)單元幾何參數

  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Uf

  用一塊導熱系數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,采用二維穩態熱傳導計算軟件THERM進行框的傳熱分析,計算結果見表1。

表1 框傳熱系數及線傳熱系數

  (4)計算框與面板之間的線傳熱系數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,采用二維穩態熱傳導計算軟件THERM進行框的傳熱分析,再根據JGJ/T 151的公式進行計算,計算結果見表1。

  (5)計算幕墻的傳熱系數Ucw

  遵照JGJ/T 151-2008的計算公式,

  計算結果為:

  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計算

  非透明幕墻構造從外到內依次為: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Up-h遵照《民用建筑熱工設計規范》 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 --圍護結構傳熱阻m2.K/W;

  Ri --內表面換熱阻m2.K/W;

  Re --外表面換熱阻m2.K/W;

  R --圍護結構熱阻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計算

  (1)典型系統分格如圖17所示。框節點圖如圖18-1~3所示。

圖17 幕墻典型分格圖

  (2)單元幾何參數

  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Uf及邊部效應Ueg,見表2

表2 框傳熱系數及線傳熱系數

  (4)計算非透明面板的傳熱系數

  非透明面板的構造從外到內依次為: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遵照《民用建筑熱工設計規范》 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 --圍護結構的傳熱阻m2.K/W;

  Ri --內表面換熱阻m2.K/W;

  Re --外表面換熱阻m2.K/W;

  R --圍護結構熱阻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Up-v

  遵照框和非透明面板的傳熱系數與面積的加權平均計算原則,計算結果為:

  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Up

  將豎向和水平非透明按照面積和及其傳熱系數做加權平均,計算結果為:

  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、隔熱型材等構造措施,豎向非透明部分(格柵+內平開窗)傳熱系數仍然較大,需要與水平非透明部分(層間陰影盒)加權平均才能滿足設計要求。

  5 結語

  北京麗澤E-06地塊項目幕墻四性試驗要求按國標+美標的流程檢測,共21項檢測內容,經過7個水密性測試,包括國標、美標,靜態(圖19)、動態(圖20),一次性通過全部檢測,特別是開啟扇歷經7次水密性測試均沒有滲漏水進入內腔,反映系統的防水性能優越。本文對北京麗澤E-06地塊的單元幕墻作了簡要介紹,對單元體的節點構造,特別是內平開窗的防水、熱工計算進行了說明,對類似的幕墻設計有一定的參考意義。

圖19 幕墻四性試驗(靜態水密) 圖20 幕墻四性試驗(動態水密)

  參考文獻

  [1].《建筑幕墻》, GB/T21086-2007

  [2].《玻璃幕墻工程技術規范》, JGJ102-2003

  [3].《公共建筑節能設計標準》, DB11/687-2015

  [4].《民用建筑熱工設計規范》 GB50176-2016

  [5].《建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規程》JGJ/T151-2008

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專家介紹

 毛伙南

鋁門窗幕墻委員會專家組

工作單位:中山盛興股份有限公司

技術職稱:高級工程師

專業:建筑幕墻技術及產品研發,工程設計、技術咨詢顧問。

專長:各種幕墻結構系統設計,幕墻新技術、新產品、新工藝研發,幕墻專利技術產品開發,幕墻工程技術規范、標準編制。

原文地址:http://www.52mqw.com/info/2019-6-18/46099-1.htm
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