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石材幕墻開啟可行性研究

文檔作者：謝閩文檔來源：中國建筑西南設計研究院有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年01月23日
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圃
石材幕墻開啟可行性研究
謝閩中國建筑西南設計研究院有限公司
摘要：石材幕墻為非透明幕墻的一種。通常情況下石材幕墻龍骨后有土建墻體，則幕墻只有保溫裝飾這一功能。本文討
論的石材幕墻開啟結構在保證保溫裝飾功能的同時，兼具通風換氣的作用，更為建筑設計師提供一種新型外立面解決方案。本
文將對一種石材幕墻中的開啟解決方案進行探討分析，并對開啟方式進行二維有限元熱工計算，模擬計算此種開啟方式的保溫
隔熱性能。
關鍵詞：石材開啟；通風；熱工
1概述
1．1石材幕墻發(fā)展背景
建筑中最早使用的建筑材料之一是石材。隨著我國建筑
行業(yè)的快速發(fā)展，石材又被賦予了新的生命力。在建筑設計
師的精心設計下，天然石材美麗的紋理變化和靈動的顏色更
替，使得其高貴靚麗的質感逐漸凸顯出來。
近些年來，我國社會經濟快速發(fā)展。人民生活水平穩(wěn)步
提升，對于生活品質有著更高要求的人們愈發(fā)重視居住環(huán)境
的安全舒適以及美觀大方等問題。在玻璃的光污染問題一時
無法解決的情況下，更多的人嘗試將石材應用在建筑外立面
設計上。中國是石材幕墻的生產和使用大國。據(jù)不完全統(tǒng)計，
國內年均石材裝飾板材用于墻面裝飾的約2500萬平方米左
右，石材幕墻的應用在國內已呈上升趨勢。
1．2石材幕墻安裝方式
在現(xiàn)代石材外立面安裝中．干掛法為一種新型先進的施
工工藝。該方法以金屬掛件將飾面石材直接吊掛于墻面或鋼
架之上，不再需要灌漿粘貼。干掛石材可以有效地避免傳統(tǒng)
濕貼工藝出現(xiàn)的板材空鼓、開裂、脫落等現(xiàn)象，明顯提高了建
筑物的安全性和耐久性：可以完全避免傳統(tǒng)濕貼工藝板面出
現(xiàn)的泛白、變色等現(xiàn)象。
石材干掛的方式一般來說可以分為五種：鋼銷式、短槽
式、通槽式、小單元式及背栓式。其中，背栓式干掛工藝最早
是由德國設計，我國在近年引進的。它是在石材的背部打孔。
用錨栓連接金屬件與龍骨是世界上較先進的石材干掛工藝。
為滿足干掛石材的熱工性能。石材后部通常設置土建墻
體，墻體內外設置保溫層。但這樣的結構形式降低了立面的
通風能力。
1．3本文主要研究內容
本文主要對在石材幕墻包梁處設置開啟的結構形式進
行探討。開啟處需滿足立面效果、保溫及通風要求。
本文首先從開啟結構形式進行研究。并結合實際探討實
施開啟的可行性。
其次，對設計后的開啟節(jié)點進行有限元熱工性能分析，
驗證其保溫節(jié)能能力。
最后，本文對此種開啟形式進行總結，對石材開啟研究
可行性進行分析。
2石材開啟結構形式詳解
2．1石材龍骨布置設計
本工程石材龍骨根據(jù)一般構造設計采用鋼結構．由于石
材面板較重，龍骨布置形式采用整體桁架形式(如圖1 o
圖1龍骨布置示意圖
a)桁架龍骨系統(tǒng)整體參與結構受力，力學性能好，整個
受力系統(tǒng)和變形都更合理。
b)由于桁架體系受力性能好，所以可以采用較小的龍骨
尺寸，節(jié)省材料用量。
C)桁架形式龍骨可在工廠內加工，加工更精確，安裝方
便快捷。
d)石材龍骨分為內外兩部分，室內外面板龍骨體系完全
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萬方數(shù)據(jù)
分開。保證石材幕墻保溫隔熱性能。
2．2石材連接方式
本文研究的石材幕墻形式位于土建結構梁處，上下部分
為玻璃幕墻，有部分吊掛石材面板，故采用背栓式連接(圖2)。
圖2背栓連接示意圖
a)背栓結構可實現(xiàn)石材的無內應力加工組合。
b)石材背面采用不銹鋼脹栓連接，連接強度高。
c)裝配結構采用掛式，并可實現(xiàn)三維方向調整，板塊抗
變位能力強。滿足了抗震性能要求。
2．3開啟工作狀況
石材保溫形式為鍍鋅鋼板內襯保溫巖棉的方式。開啟處
面板采用3mm鋁單板，內嵌保溫巖棉；開啟扇型材采用穿條
式斷熱型材。節(jié)點如圖3所示。
雙鋼化ffj窄玻璃
穿孔鋁板
不銹鋼石材背栓
土建結構
石材面板
鲴塹置
鋼矩管
豹／，
開窗器
石材面板
保溫巖棉
穿孔鋁板
鋁合金蕉量?4L。叢堡莖宣墮
圖3石材處開啟節(jié)點圖
開啟扇在室內向上開啟，可根據(jù)實際應用情況連續(xù)
布置。
鋁板開啟扇框凇莽必
萎㈣I 阱笏合頁
爺口垂[鰳洲㈣㈣㈣㈣!蜃劾石材面板
}形0衫彤∥I搦妻牌．蘆‘ 物
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開窗器傳虧『女1】開窗器執(zhí)手
圃
開啟扇下部有一層穿孔鋁板吊頂，可阻隔使用者視線，
避免開啟時石材龍骨及土建結構直接暴露，但影響室內建筑
效果。開窗器設置在室內吊頂下，使用者需要開啟時，只需旋
轉開窗器執(zhí)手，通過傳動裝置開啟扇即可打開，如圖4。
2．4氣流走向
a)開啟扇開啟時，室內空氣與室外聯(lián)通，可進行室內外
氣體交換，氣流走向如圖5所示。
‘弋流(搴外1一
氣流(；川0]
圖5開啟時氣流走向示意圖
b)開啟扇關閉時，扇框與邊框由密封膠條密封，室內外
氣體完全隔斷。內層石材龍骨由保溫巖棉包裹，開啟面板內
也填滿保溫巖棉，實現(xiàn)幕墻保溫隔熱功能，如圖6所示。
氣
圖6關閉時氣流走向示意圖
3石材開啟熱工性能
為保證開啟閉合時能夠達到基本的保溫隔熱功能，本文
將對此開啟扇進行熱工性能計算，熱工模擬實驗的地區(qū)為四
川省成都市，熱工計算軟件為《粵建科MQMC建筑幕墻門窗
熱工性能計算軟件》。
3．1 實驗地區(qū)氣象參數(shù)
模擬實驗地區(qū)氣象參數(shù)見表1。
3．2熱工性能計算邊界條件
圖4鋁板開啟示意圖熱工性能計算邊界條件見表2。
2016．03 5
萬方數(shù)據(jù)
表1 工程所在地氣象參數(shù)
城市名稱四川-成都
北緯30040’
東經104。01’
海拔505．90m
冬季室外平均溫度O．0℃
冬季室內平均溫度20．O℃
冬季室外平均風速0．90m／s
夏季室外平均溫度29．2℃
夏季室內平均溫度25．0℃
夏季室外平均風速1．10m／s
太陽平均輻射照度500．00W／|n2
表2計算邊界條件
冬季標準計算條件
室內空氣溫度咒20．0℃
室外空氣溫度丁0 0．0℃
室內對流換熱系數(shù)^。3．60W／(m2·K1
室外對流換熱系數(shù)^。7．60W／(m2·K1
室內平均輻射溫度丁二20．O℃
室外平均輻射溫度死。0．0℃
太陽輻射照度五0．00W‰2
3．3玻璃選擇
本文討論的石材幕墻上下均與玻璃幕墻交接。參與熱工
實驗計算的玻璃采用6mmLow—E+12A+6mm的雙鋼化Low-E
鍍膜玻璃。玻璃面板系統(tǒng)傳熱系數(shù)U=I．537W／(m2．K)，遮陽系
數(shù)SC=O．390?？梢姽馔干浔萬=0．472。
3．4框傳熱計算
3．4．1網格劃分
網格劃分是建立有限元模型的一個重要環(huán)節(jié)，所劃分的
網格形式將直接影響計算精度本文玻璃長度。本文的計算模
型中網格控制長度為4ram，誤差率0．053％，溫度場每網格邊
均分段數(shù)為5，網格劃分圖如圖7。
圖7網格劃分圖
3．4．2框傳熱系數(shù)計算原理
在框的計算截面中，應用一塊導熱系數(shù)U=0．03[W／(m2·剮的
板材替代實際的玻璃，板材的厚度等于所替代面板的厚度，
嵌入框的深度按照實際尺寸，可見部分的板材寬度b，不應小
于200mm(女n圖8)。
圖8框傳熱系數(shù)計算模型示意圖
3．5計算結果
a)經過有限元分析，得到計算模型的溫度線圖，如圖9
所示：
圖9溫度線圖
當冬季室外氣溫為00C，室內溫度20。C時，室內框最低溫
度為14．1℃，室內面板處最低溫度為13．7℃。
b)有限元分析后的節(jié)點模型的溫度分布如圖10：
圖10溫度分布圖
3．6計算模型的熱工計算結果
計算模型的熱工計算結果見表3。
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●-霧*塞露髫簟■l
J
∞
竹
t
中
p
萬方數(shù)據(jù)
表3框傳熱計算結果
傳熱系數(shù)太陽光總透框投影長度線傳熱系數(shù)
W／(m2·K1 射比g mm W／(m·K)
1．808 0．033 976．000 0．043
4總結
a)石材幕墻與玻璃幕墻交接的立面形式被越來越多的
應用。很多時候建筑師希望玻璃幕墻上能減少開啟，保持立
面的簡潔完整性。這時，如果作為通風功能的開啟能隱藏在
石材線條下就是最好的選擇。本文所討論的開啟形式完全可
以滿足立面效果和通風要求。
b)石材幕墻處開啟扇面材為鋁板，加工方便、質量輕、裝
飾性好。扇框采用斷熱型材，開啟扇面材內填保溫巖棉，滿足
幕墻要求的保溫隔熱性能。
c)石材龍骨為整體桁架式，受力性能穩(wěn)定且用料節(jié)省；
龍骨分內外兩層，內層龍骨用保溫巖棉包裹，比普通石材幕
墻熱工性能更佳。
參考文獻：
[1】JGJ／T 151--2008．建筑門窗玻璃幕墻熱工計算規(guī)程[s】．
[2】GB 50176---199．民用建筑熱工設計規(guī)范【S]．
【3】2011—2015年中國石材幕墻市場深度評估與發(fā)展趨勢研
究報告，中國產業(yè)信息網．
[4】范曙光．試論建筑外立面設計中石材幕墻的應用[J】門窗，
2013(2)：109—111．
城市適應氣候變化行動方案發(fā)布
到2020年，普遍實現(xiàn)將適應氣候變化相關指標納入城鄉(xiāng)規(guī)劃體系、建設標準和產業(yè)發(fā)展規(guī)劃，建設30個適應氣候變化
試點城市，綠色建筑推廣比例達到50％。國家發(fā)展改革委、住房城鄉(xiāng)建設部會同有關部門共同制訂的《城市適應氣候變化行
動方案》近日發(fā)布，明確了我國城市適應氣候變化相關工作的目標要求、主要行動、試點示范和保障措施。
各地將根據(jù)行動方案提出的要求，遵循“統(tǒng)籌兼顧、因地制宜、協(xié)同推進、廣泛參與”的基本原則，積極主動推進城市適應
氣候變化行動。到2020年，普遍實現(xiàn)將適應氣候變化相關指標納入城鄉(xiāng)規(guī)劃體系、建設標準和產業(yè)發(fā)展規(guī)劃，建設30個適
應氣候變化試點城市，典型城市適應氣候變化治理水平顯著提高，綠色建筑推廣比例達到50％。到2030年，適應氣候變化科
學知識廣泛普及，城市應對內澇等問題的能力明顯提高。城市適應氣饃變化能力全面提升。
城市面臨的氣候變化問題千差萬別，行動方案提出。將通過開展試點示范，探索和推廣有效的經驗做法。按照地理位置
和氣候特征將全國劃分東部、中部、西部三類適應地區(qū)，根據(jù)不同的城市氣候風險、城市規(guī)模、城市功能，選擇30個典型城市
開展氣候適應型城市建設試點。試點城市應根據(jù)自身氣候變化問題，編制氣候適應型城市試點工作方案，在試點城市或城市
的某一試點區(qū)域，選擇城市氣候脆弱性評估、城市規(guī)劃、氣候變化監(jiān)測體系、投融資模式等領域中的一個或多個方面，啟動相
關適應工程或項目，在2020年之前取得階段性成果。相關成果經考核驗收后進行推廣示范。
重點：
加快推廣綠色建筑
到2020年，普遍實現(xiàn)將適應氣候變化相關指標納入城鄉(xiāng)規(guī)劃體系、建設標準和產業(yè)發(fā)展規(guī)劃，建設30個適應氣候變化
試點城市，典型城市適應氣候變化治理水平顯著提高．綠色建筑推廣比例達到50％。相關成果經考核驗收后進行推廣示范。
加大雨洪利用效率
各城市要大力建設屋頂綠化、雨水花園、儲水池塘、微型濕地、下沉式綠地、植草溝、生物滯留設施等城市“海綿體”，增強
城市海綿能力。因地制宜地建設雨水箱、儲水罐等雨水收集設施，實現(xiàn)雨水就地就近收集利用，加大對雨洪資源的利用效率。
建立風險分擔機制
逐步建立極端天氣氣候事件災害風險分擔轉移機制。明確家庭、市場和政府在風險分擔方面的責任和義務，構建政府統(tǒng)
領、家庭主體、市場積極參與的風險分擔體系。建立社會保險、社會救助、商業(yè)保險和慈善捐贈相結合的多元化災害風險分擔
機制。
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