低碳建筑在幕墙中的应用

1、封面浅谈低碳建筑在幕墙中的应用 目 录一、什么是低碳建筑二、发展低碳建筑的意义三、低碳建筑在幕墙中的应用一、什么是低碳建筑低碳建筑指在建筑材料与设备制造、施工建造和建筑物使用的整个生命周期内，减少化石能源的使用，提高能效，降低二氧化碳排放量。目前低碳建筑已逐渐成为国际建筑界的主流趋势。 二、发展低碳建筑的意义 人们越来越清晰的认识到二氧化碳排放量猛增，会导致全球气候变暖，而全球气候变暖会对整个人类的生存和发展产生严重威胁。一个经常被忽略的事实是：建筑在二氧化碳排放总量中，几乎占到了50%，这一比例远远高于运输和工业领域。实际上，城市里碳排放，60%来源于建筑维持功能本身上，而交通汽车只占到30

2、%。 我国建筑业“十二.五”规划 中提出建筑业发展的基本原则：以建筑节能减排为重点，坚持节能减排与科技创新相结合。发展绿色建筑，加强工程建设全过程的节能减排，实现低耗、环保、高效生产；大力推进建筑业技术创新、管理创新，推进绿色施工，发展现代工业化生产方式，使节能减排成为建筑业发展新的增长点。 三、低碳建筑在幕墙中的应用所谓的低碳建筑应该是相对的，即在实现相同功能的前提下，谁使用的材料少，谁的二氧化碳排放量少，那么谁就是低碳建筑。所以，研究低碳节能既是响应国家节能减排的基本原则，也是提高我们企业竞争力的有效手段。这就要求我们在幕墙的设计、加工、运输、安装等整个过程中，尽可能的节省材料、减少环节、

3、提高效率以及利用新产品新材料等。三、低碳建筑在幕墙中的应用下面就幕墙的整个生产安装过程中的个个环节，谈谈自己对降低成本，提高产品竞争力的一些想法和体会。幕墙的成本可以划分为结构设计成本、材料成本、加工成本、包装成本、运输成本、安装成本以及维护成本。1.结构设计成本：节点结构、型材断面尺寸、合理的计算模型、是否有多余功能等；2.材料成本：材料材质、用量、价格，中外材料符合标准对比等；3.加工成本：加工设备和工艺、工装、模具等；4.包装成本：包装方法、包装规格、包装材料等；5.运输成本：运输方式、运输车辆、运输距离等；6.安装成本：安装机具、安装方法、安装工时、开办费等；7.维护成本：日常维护、售

4、后服务等。1.结构设计成本主要研究节点结构、型材断面尺寸、合理的计算模型、是否有多余功能等。不同的市场区域对性能和材料的要求也不同，各区域应按照自己负责区域的特点进行设计。下面谈谈在设计过程中遇到的几个典型问题以及处理方法：a. 悬挑玻璃翼结构b. 断热铝型材的计算与应用c. 温度应力的问题d. 关于构造要求的问题a、悬挑玻璃翼结构随着建筑幕墙应用范围的不断扩大，建筑师对幕墙外立面的装饰效果也不断更新，室外悬挑玻璃翼单元幕墙的应用也逐渐增多，玻璃翼在室外的悬挑长度也在逐渐增大，中关村金融中心工程（2003年）为300mm，东四D1区海洋石油工程（2004年）为200mm，国贸三期工程（2006

5、年）为600mm，国际财经中心工程（2006年）为750mm，因此，在幕墙的设计计算时如何做到既保证安全又不浪费成本，具有明显的经济效益和社会效益。a、悬挑玻璃翼结构国际财经中心工程（2006年）悬挑为750mma、悬挑玻璃翼结构典型分格宽1.5米，层间高3.75米a、悬挑玻璃翼结构a、悬挑玻璃翼结构1.荷载的计算室外悬挑玻璃翼单元幕墙除了承担与普通幕墙相同的风荷载、地震作用、自重等荷载外，还存在垂直于玻璃翼表面的风荷载和地震作用。由于玻璃翼的存在，使风荷载的体形系数更为复杂，最好用风洞实验来确定风荷载的体形系数，如果没有条件做风洞实验，又没有其它的充分依据，在玻璃翼悬挑长度大于300mm时，

6、建议大面玻璃的风荷载体形系数取为-2.0（考虑-0.2的内压），玻璃翼的风荷载体形系数取为-2.0（参照雨蓬）。 a、悬挑玻璃翼结构2.计算模型的简化模型可以简化为两种形式。形式一形式一：由玻璃翼传递过来的扭矩完全作用在与玻璃翼连接的一侧竖龙骨上，此竖龙骨既要承担垂直于面玻璃的风荷载和地震作用，还要承担玻璃翼传递过来的扭矩，另一侧竖龙骨则只承担垂直于面玻璃的风荷载和地震作用，左右竖龙骨分别通过强度和挠度验算合格。由于与玻璃翼连接一侧竖龙骨要承担扭矩作用，所以要求此侧竖龙骨与土建结构连接处为刚接。a、悬挑玻璃翼结构1个板块需要2个埋件a、悬挑玻璃翼结构2.计算模型的简化形式二形式二：单元板块作为

7、一个刚体共同承担垂直于大面玻璃以及垂直 于玻璃翼的风荷载和地震作用。由单元板块两侧的挂件形成力偶来抵抗扭矩作用。单元板块与土建结构连接处为铰接。由于横框对竖框的扭转具有约束作用，所以，竖框的断面会有效的减小。 计算模型介绍1、左竖框 2、右竖框 3、上横框 4、下横框 5、中横框 6、玻璃翼 7、维护面材 8、约束点a、悬挑玻璃翼结构力学模型简化对本工程标准单元板块采用整体建模进行分析，单元横竖框之间采用刚性连接，单元板块与主体结构采用铰接连接。玻璃翼传递过来的弯矩由N1和N2来抵消。a、悬挑玻璃翼结构1个板块只需要1个埋件a、悬挑玻璃翼结构45XZYba23YX由于横竖框之间采用刚性连接，所

8、以需要校核连接螺钉的强度，此处采用4个M6内六角不锈钢螺钉进行连接。a、悬挑玻璃翼结构竖框与钢挂件连接计算a、悬挑玻璃翼结构钢角码承载能力验算a、悬挑玻璃翼结构埋件承载能力验算a、悬挑玻璃翼结构玻璃翼连接节点的计算a、悬挑玻璃翼结构左竖框应力详图右竖框应力详图上横框应力详图中横框应力详图下横框应力详图b、断热铝型材的计算与应用随着建筑幕墙对于热工性能的要求越来越高，尤其是公共建筑节能设计标准GB 50189-2005实施以来，无论是业主还是设计师，对建筑的热工性能都提出了更高的要求。对于幕墙框料的隔热性能要求也很高。因此，在玻璃幕墙上断热型材的应用越来越广泛，但由于相关规范中对于断热型材的计算

9、方法的资料不多，很多设计员都是不考虑断热条另一侧铝型材的贡献或不考虑断热条的贡献，造成一定的浪费。本文参照欧盟BS EN14024:2004标准，结合工程实例来详细说明断热型材的截面参数的计算。b、断热铝型材的计算与应用1.断热铝型材的计算方法2.穿条式断热和注塑式断热的比较3.穿条式断热和注塑式断热产品的能耗b、断热铝型材的计算与应用1.断热铝型材的计算方法查找国内外资料，不管是国标也好，欧标也好，均只对断热铝型材的挠度计算给出了计算公式，但对于强度的计算却都没有涉及，因此，对设计计算人员对段热型材的使用造成一定影响。这里，提出了一个对断热型材强度的计算方法，供大家参考。b、断热铝型材的计算

10、与应用断断热铝型材挠度的热铝型材挠度的计算计算根据欧盟BS EN14024:2004标准，断热铝型材的等效惯性矩可以通过以下公式计算出来。Ief=Is（1-）/（1-C）其中： Is=I1+I2+A1a12+A2a22 =( A1a12+A2a22)/ Is C=2/（2+2） 2（l）=c（a1+a2）2l2/(EIs(1-)b、断热铝型材的计算与应用断断热铝型材热铝型材强强度的计算度的计算因为复合截面在受力后仍维持为一体，所以组成复合型材的几个子型材的挠度相同，计算复合型材的强度需要按照挠度相同的原则把复合型材的荷载分配到子型材上，分别计算各子型材的强度。复合型材的荷载按下式分配：q1/E

11、1I1=q2/E2I2=q3/E3I3q1 +q2 +q3 =q式中：q-复合型材总的线荷载设计值；q1 、q2 、q3-分别为子型材承担的线荷载设计值； b、断热铝型材的计算与应用2.穿条式断热和注塑式断热的经济性对比以标准的60窗为例，对比一下两种断热形式对截面性能的影响。b、断热铝型材的计算与应用2.穿条式断热和注塑式断热的经济性对比我们很多人是直接把两端铝型材面域求和，来作为断热型材的惯性矩，这样求得的惯性矩其实是不准确的，和后面的计算结果对比可以发现，这种方法是偏于不安全的。这种计算方法要求断热条与两侧铝型材紧密接触，不会产生滑动，断热条的弹性模量与铝型材相同。b、断热铝型材的计算与

12、应用2.穿条式断热和注塑式断热的经济性对比采用穿条式断热，假定框的跨度为1200mm，按BS EN 14024-2004计算，截面的等效惯性矩为：b、断热铝型材的计算与应用2.穿条式断热和注塑式断热的经济性对比采用注塑式断热，假定框的跨度为1200mm，按BS EN 14024-2004计算，截面的等效惯性矩为：b、断热铝型材的计算与应用2.穿条式断热和注塑式断热的经济性对比I（穿条有效）=0.68 Is ；I（浇注有效）=0.97 Is以上结果说明：浇注铝合金型材的钢性为0.97，几乎可视同两根铝合金型材为一体，进行惯性矩计算。而穿条铝合金型材的惯性矩，仅为两根铝合金型材为一体时惯性矩的68

13、%。b、断热铝型材的计算与应用2.穿条式断热和注塑式断热的经济性对比以AA槽亚松胶为例：3.84元米（元公斤12.25米/公斤）。以14.8mm的玻璃纤维增强尼龙66条为例：4.6元米（2.3元米2）。同时注塑式穿条的等效惯性矩为穿条式的1.42倍；按上例60窗框料计算，线密度 G= 1.18 （kg/m），等效惯性矩相同的情况下，穿条式铝型材比注塑式多0.49kg/m，合10.8元/米；而且，采用注塑式断热铝型材可以采用6063-T6材质，铝型材的强度也大大提高。所以，如果条件允许的情况下应尽量选用注塑式断热形式。b、断热铝型材的计算与应用3.穿条式断热和注塑式断热的能耗 浇注隔热系统和穿条

14、隔热系统同为隔热产品，但是它们本身产品的能耗大有不同。 浇注隔热系统是先将混合好的聚氨脂结构胶注到隔热槽内，后通过胶自身的放热反应而成型；整个能耗为保持马达的正常运转。穿条隔热系统是先将尼龙66与玻璃纤维在近2800C情况下进行混合造粒；冷却后进行高温成型（2800C），出模后马上用近180C的冷却水定型；再进行型材的复合；整个能耗为“两高、一冷”，还有维持高压挤出的马达运行及型材复合的马达运行，能耗相当高。 因此，同为亚洲的日本及韩国，因其资源匮乏，相当注重产品能耗，且大批量使用隔热铝合金系统，故首选浇注隔热系统。c、温度应力的问题由于幕墙在使用过程中，环境温度的变化范围很大，因此，在设计过

15、程中应考虑温度应力的影响。但需要注意的是：尽量用构造措施来避免产生温度应力，而不是通过计算来满足强度要求。应该是通过构造措施来释放温度应力，而不是靠增加构件的承载能力来抵抗温度应力。在幕墙应用中，只有拉杆、拉索结构在计算的时候需要考虑温度应力与风荷载等叠加的工况，其余结构在计算时一般不应该考虑温度应力与风荷载等叠加的工况，而应当通过构造措施避免。d、关于构造要求的问题在钢结构设计过程中和幕墙设计计算过程中，经常会遇到需要满足构造要求的情况，尤其是连接件，包括预埋件、后补埋件在混凝土中的边距等。其实，这些构造要求不是强制要求，而是经验数据，一般情况下，满足这些要求时可以不用计算。但有些时候为了节

16、约成本或受到结构的限制，不能满足这些要求时，也不是不能采用，只要通过计算分析或有实验数据验证的情况下，也是可以采用的。d、关于构造要求的问题2.材料成本 主要研究材料材质、用量、价格，中外材料符合标准对比等；在投标及工程实际运行过程中，应注意一下几点：a. 询价的技巧b. 对招标文件的把握c. 中国材料对国外标准的符合性a.询价的技巧询价首先要做到货比三家，这没什么可说的；我主要说的是一些小的技巧和注意事项。 不要透漏工程的详细信息； 询价时多给出一些配置；b.对招标文件的把握幕墙顾问通常都会有一套通用的技术要求，通过我们公司这些年的积累，我们对常遇到的幕墙顾问所关心的问题也有了一定了解，在技

17、术要求里面对材料的要求可以结合以前的工程来判断是否可以选用替代产品。 不要透漏工程的详细信息； 询价时多给出一些配置； 材料的参数适合技术要求就好，不需要选用最好的材料；c.中国材料对国外标准的符合性我们面对的国际市场，招标文件技术要求中对材料的要求都是要满足美标、欧标、澳标等，而我们选用的材料一般都是中国产的。这就需要我们有办法说服设计师和幕墙顾问，让他们批准我们使用这些材料。 材料厂家自己做的认证如CE认证等； 材料成分分析、物理力学性能参数对比，如Q235和S335的对比； 必要时通过实验数据来说服顾问；3.加工成本主要研究加工设备和工艺、工装、模具等，以及一些特殊零部件的外协加工。 成

18、熟结构的工艺改进； 特殊结构的加工工艺研究，如各种装饰造型、格栅等； 新材料、新工艺的研究；4.包装成本主要研究包装方法、包装规格、包装材料等。尤其是国外工程，运输周期长，气候环境等较差，要做到既能保证产品安全无损的运达工地又要尽可能的节省成本。 研究单元板块、玻璃、铝型材、钢材、埋件转接件等零部件的包装方法； 研究不同国家政策，使用不同的包装材料； 研究目的地的气候条件，高温还是寒冷，干燥还是潮湿，确保产品安全；5.运输成本主要研究运输方式、运输车辆、运输距离等。主要分为陆运、海运、空运。 国际工程集装箱种类及选用原则； 集装箱数量统计方法； 国际运费的询价；5.运输成本 国际工程集装箱种类

19、及选用原则；集装箱种类内部长度（mm）内部宽度（mm）内部高度（mm）体 积（米3）载重量（吨）海运费（USD）20普柜58902350239033.121.7190040普柜120292350239867.726.6120040高柜120292350269876.326.6190040开顶柜120252330233756.826.4378020开顶柜59002330233732.621.72900集装箱的各种参数表1：集装箱的各种参数表5.运输成本 国际工程集装箱种类及选用原则；集装箱的各种参数表1：集装箱的各种参数表集装箱种 类箱门宽度（mm）箱门高度（mm）备 注40普柜23402280

20、后开门20普柜23402280后开门40高柜23402585后开门40开顶柜货物最高无上顶20开顶柜货物最高无上顶集装箱的各种参数表2：5.运输成本 国际工程集装箱种类及选用原则；集装箱的各种参数表1： 从以上的集装箱特征（所装的货物的体积及重量）情况，分析得知：a.货物密度大，即重量大，体积小，则选用20柜；b.货物密度小于0.6（按照箱的体积及承重计算），则体积大，重量小，选用40柜合理；c.尽量不用开顶柜，原因价格高，而且数量有限，货物的高度有限制。集装箱的各种参数表2：5.运输成本 国际工程集装箱种类及选用原则；集装箱的各种参数表1：a.铝型材：选用选用40柜柜，按照密度应该选用20比

21、较合理，但是，铝型材的长度基本在35.5米之间，用20柜的利用率会很低，所以我们选用40柜。b. 玻璃：选用选用20柜柜，玻璃密度为2.5左右，所以其重量大，体积小，而且20柜运输时的颠簸程度也小于40的，所以选用20柜。c.铝复合板：平板发运：复合板的密度在1.5左右，所以只要是长度方向的装箱的利用率好的话，就用20柜；异形发运：很占用体积，所以选用40柜。d. 铝单板：情况同铝复合板的异形板，选用40柜；e.附件、标准件：基本都是重量大，体积小的零件，所以选用20柜；f.铁件（包括不锈钢件）：原则是选用20柜，超长的除外；g. 岩棉、泡沫棒：这些都是体积大，重量轻的物品，原则是选用40柜，但核算集装箱时应将一部分放在玻璃箱的剩余空间内，超过的部分再选用40的柜。h. 单元：应综合考虑单元的分格尺寸及结构特点，再选用集装箱的类型，基本上是选用40的，原因是大多数板块的长度都是在37004500之间的。i.门窗：应综合考虑其尺寸及结构特点，再选用集装箱类型，原则上选用40柜。如果尺寸不好用40柜利用率低的话则选用20柜。集