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图2为单元幕墙防水的实现方式。图中，型材腔壁上的孔洞主要起排水作用，同时使不同的腔体间保持等压。工程施工中，先在胶条1上切两个豁口，使腔一、腔二与室外空气连通，成为等压腔，使水沿型材斜坡顺利排出。胶条2使室内与其他腔体均隔绝，虽然室内与其他腔体有压力差，但没有水的通道，这样就实现了幕墙的水密性。
气密泡棉的功能是有效提高气密，即“室内侧实现严密气密是形成等压原理的关键”。这是实际工程设计中往往被忽略的因素，从而出现气密性低 气体流动 稳定等压难以实现 腔体内水积累 发生渗漏现象。
气密泡棉作为单元幕墙的最后一道密封线，对于整个幕墙系统的防水性能至关重要。尤其是超高层建筑，高度气流相对稳定，如果腔一腔二之间的气压稍有差别，就会有持续的水流进入腔二，胶条二与气密泡棉如果密封处理的不好，水就会流入室内。所以超高层建筑幕墙单元系统的最后一道气密泡棉需要通长设计(常规单元幕墙只在十字交叉位置铺设300mm左右的气密泡棉即可)。
4.3 超高层幕墙防水设计难点
从大多数幕墙测试的过程来看，单元式幕墙在测试过程中存在不同程度这样或那样的问题。其中水密性、气密性是比较突出的问题。说明幕墙在防水系统设计上存在一定缺陷。
单元式幕墙单元板块是在厂房里制作、组装完成的，能在现场直接安装到建筑主体结构上。无论是插接还是对接，单元板块在上下左右以及单元板块“十字”接口处均需要密封处理。
如何从系统设计中处理好这些自由缝是解决单元式幕墙水密性的关键。由于缝隙腔内外的气压差是雨水渗漏的主要动力，因此要求缝隙空腔内的气压与室外气压相等，以防止内外空气压力差将雨水压入腔内。
4.3.1型材断面构造设计的合理性
A.合理设计型材端面及型材咬合位置，尽量将水密线与气密线分离，保证等压腔发挥作用。
B.断面上尽可能避免在制作过程中开工艺孔，气密线腔壁上禁止开工艺孔。
C.断面设计时应考虑在竖向(或横向)构件上设置传递荷载与作用的专用装置，尽可能避免气密线胶条参与传力，
D.插接式单元幕墙在断面设计时应考虑板块安装后插接件之间有不小于15毫米的搭接长度。以便有能力适应层间变位和吸收现场安装产生的误差。
E.断面设计时应考虑预留安装软披水胶条的槽口，以便板块安装后在缝隙处形成阻水屏障。
F.断面设计时应尽可能考虑减少零件数量，降低构件的加工量和加工难度，以便保证板块的组装质量。
G.幕墙板块的型材断面种类应考虑尽可能的少，同时应考虑到尽可能减少零件的组合量，以便减少板块组装所形成的缝隙。
H.单元幕墙的气密线应形成闭合。在结构上必须防止十字接口处存在漏气的通道，图2的构造中幕墙板块在十字接口处可用胶板10实现密封。
4.3.2胶条设计的合理性
胶条决定了单元式幕墙的水密性、气密性以及幕墙防水性能的耐久性。目前工程上所用的胶条大多存在一些问题。究其原因是对胶条的产品性能缺乏了解，胶条的断面设计存在不合理现象。事实上胶条的材质、延伸率、压缩量以及断面形式都很关键。单元式幕墙密封性胶条主要是三元乙丙(EPDM)胶条，这种材料具有卓越的耐臭氧老化性、耐气候老化性、耐热老化性、耐水性，还具有较好的耐化学药品性，可以长期在阳光、潮湿、寒冷的自然环境中使用。EPDM橡胶有很多种牌号，不同的牌号各有不同的特点，因此可以说三元乙丙橡胶的化学成分及配方决定了胶条的使用环境和工作性能。
幕墙用三元乙丙胶（词条“三元乙丙胶”由行业大百科提供）条的基本成分为三元乙丙胶，碳黑，活性剂，增塑剂（词条“增塑剂”由行业大百科提供），硫化促进剂等。其中胶条的含胶率控制在35%左右，含胶率过低，材料的力学性能（词条“力学性能”由行业大百科提供）特别是拉伸强度、回弹性、耐老化性等变差，使用寿命大为缩短。但含胶率过高，成本会提高，同时材料的性能也同样变差。其中补强剂，硫化剂，增塑（词条“增塑”由行业大百科提供）剂并不仅仅起到降低成本的作用，只要加入适量，比例得当，能够改善材料的性能。
根据不同的气候特点，应选用不同的EPDM牌号。总结近些年的应用经验，胶条的设计可遵循以下原则：
A.在北方地区，温差大，冬天温度很低，最好选用部分充油牌号，在配方设计中充分考虑材料的低温脆性，这样硬度（词条“硬度”由行业大百科提供）对温度的依赖性小，便于安装和使用。
B.胶条在设计时必须确定合理的断面形式，选择合适的EPDM橡胶牌号，胶条的位置和作用不同，其断面形式也应该不同。
C.在胶条设计时，必须合理确定压缩比和硬度。
D.对有特殊环境要求的胶条，有必要与胶条供应商进行联合设计，弥补设计人员知识面的不足，充分利用胶条材料的优良性能。
E.对接型单元幕墙的气密线胶条竖横应相同，确保胶条在板块四角周圈形成闭合。
4.3.3 单元板块插接方式的合理性
目前大部分工程的单元板块竖向插接需要300mm左右的插接过程，主要是因为转接系统的构造设计，而出问题往往就在这300mm的插接过程，胶条设计的不合理或材质选用不对，导致胶条变形，甚至脱落等，进而丧失功能。
有以下两种模式，来改善：
其一，调整转接系统，将插接过程缩小到50mm左右
其二，调整胶条截面及材质。
5、防雷系统设计
5.1 雷击事故
雷电作为自然界破坏力巨大的自然现象，给人们的生产生活造成了巨大的影响。从古至今人们对雷电现象充满了敬畏，但是人类从未停止对雷电的探索。从富兰克林发明避雷针开始，雷电对人类的生活的影响发生了崭新的变化。
雷击事故是由自然界中正、负电荷形式的能量造成的事故。
雷击分为直击雷、静电感应雷和球雷。当带电积云接近地面，与地面凸出物之间的电场强度达到空气的击穿强度(25～30kV/cm)时，所发生的激烈的放电现象称为直击雷。其每一放电过程包含先导放电、主放电、余光三个阶段。当带电积云接近地面凸出物时，在其顶部感应出大量异性电荷，当带电积云与其他部位或其他积云或地面设施放电后，凸出物顶部的电荷失去束缚，高速传播形成高压冲击波。此冲击波由静电感应产生，具有雷电特征，称为静电感应雷。雷电放电时，雷电流在周围空间产生迅速变化的强磁场，在邻近的导体上感应出很高的电动势。该电动势具有雷电特征，称为电磁感应雷。雷电放电时产生的球状发光带电体称为球雷。球雷也可能造成多种危害。示图表示的示被雷电击中的上海中心工程和迪拜塔遭雷击图片。
雷电放电具有电流大、电压高、冲击性强的特点。其能量释放出来可表现出极大的破坏力。雷击除可能毁坏设施和设备外，还可能伤及人、畜，引起火灾和爆炸，造成大规模停电等。因此，电力设施、建筑物，特别是有火灾和爆炸危险的建筑物，均需考虑防雷措施。造成重大人身伤亡和经济损失的黄岛油库火灾就是由雷击引起的。
高大的建筑物和工程设施，特别是有爆炸或火灾危险的建筑物和工程设施，变配电装置等应采取直击雷防护措施;凡遭受雷电冲击波袭击可能导致严重后果的建筑物或设施均应采取雷电冲击波防护措施。
5.2 高层建筑防雷设计原理
高层建筑的防雷系统主要由接闪器，等电位连接系统，接地连接系统组成。设计主要是利用避雷针的原理特性：雷雨天气，高楼上空出现带电云层时，避雷针和高楼顶部都被感应上大量电荷，由于避雷针针头是尖的，而静电感应时，导体尖端总是聚集了最多的电荷，这样，避雷针就聚集了大部分电荷。避雷针又与这些带电云层形成了一个电容器，由于它较尖，即这个电容器的两极板正对面积很小，电容也就很小，也就是说它所能容纳的电荷很少，而它又聚集了大部分电荷，所以，当云层上电荷较多时，避雷针与云层之间的空气就很容易被击穿，成为导体。这样，带电云层与避雷针形成通路，而避雷针又是接地的，避雷针就可以把云层上的电荷导入大地，使其不对高层建筑构成危险，保证了它的安全。
楼体主要是利用均压等电位原理，形成局部等电位和整体等电位，以免不同位置出现大的电位差，从而伤人或损坏建筑设备等。原理图见示意图。
5.3 幕墙防雷设计
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003规定：“玻璃幕墙的防雷设计应符合国家现行标准《建筑物防雷设计规范（词条“建筑物防雷设计规范”由行业大百科提供）》GB50057和《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16的有关规定。”《金属与石材幕墙工程技术规范》防雷问题专题审查会纪要将送审稿中“防雷体系”改为防雷装置。取消关于接地电阻的要求。
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第4.4.13条还规定：“幕墙的金属框架应与主体结构的防雷体系可靠连接，连接部位应清除非导电保护层。” 《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003条文说明第4.4.13条指出：“玻璃幕墙是附属于主体建筑的围护结构，幕墙的金属框架一般不单独作防雷接地，而是利用主体结构的防雷体系，与建筑本身的防雷设计相结合，因此要求应与主体结构的防雷体系可靠连接，并保持导电通畅。”《建筑物防雷设计规范》GB50057主编林维勇告知：“金属幕墙防侧雷：通过将安装金属幕墙的垂直金属杆件于每层与圈梁或柱子钢筋连接的予埋件连通。”
案例：
深圳京基大厦采用将建筑物楼体以及内部所有金属物，用电气连接的方法引入地下的联合接地防雷系统。包括幕墙系统的防雷体系与外框钢骨架相接形成良好的电气连接，屋顶的擦窗机等金属部件与接地网络可靠连接，室外泛光照明灯具接地与幕墙形成良好的电气通路等，形成一个法拉第笼式网状结构整体，并保证接地电阻小于1欧姆，使整座建筑物成为一个良好的等电位体，把雷电对接闪器闪击的电荷尽快地泄放到大地，使其与大地的异种电荷中和。当雷电来袭时，由于建筑物内部及其附近基本上做到等电位，因而不会发生建筑物内部的设备被高电位反击和人被雷击的事故。
5.4 高层建筑防雷设计误区
幕墙的设计师在设计避雷系统时，往往忽略了一个问题，如果幕墙系统在室内外均有金属结构时，幕墙的设计师大部分都不会考虑室外的金属结构，如扣板等，但是如果幕墙受到的侧雷击，那么室内的避雷系统便会形同虚设，室外的金属结构就会被击穿，幕墙使用功能便会受到损失，严重时会丧失功能。
6、施工工艺性及维护方便性设计
6.1 超高层建筑施工工艺性设计
超高层建筑幕墙的安装施工是超高层幕墙设计最大的难点之一。包括单元的生产加工、运输、吊装等程序都需要认真的设计。由于每个工程都有自己独特的特点和环境，所以很难归纳成统一的知识进行学习。本书以上海中心大厦为例，通过实际的案例来学习超高层幕墙的施工工艺。
上海中心施工工艺简介
上海中心采用整体式单元式幕墙，玻璃单元和层间转换连接的凹凸台不锈钢板在厂内组合完成，现场进行整体吊装，单元板块需一次安装到位。因此，无论是工厂内加工制作，还是现场定位安装，都需达到“汽车级”的施工要求。
钢结构的设计精度。外幕墙及支撑钢结构都通过径向和横向钢桁架（词条“钢桁架”由行业大百科提供）从主体结构外挑，其所有荷载和能量也通过钢桁架传递给主体结构。钢桁架的刚度与支撑钢结构的位移有直接的关系。为减小悬挑钢桁架的不均匀沉降，降低由其他不确定因素引起的施工、安装误差，设计院在进行悬挑钢桁架设计时，适当提高钢桁架的刚度。在钢结构安装时，考虑到结构在幕墙重力荷载作用下的沉降，环形钢梁的实际定位线经计算需比设计定位线上调，在本区的幕墙安装完成后，环形钢梁实际定位线在幕墙重力荷载作用下沉降了约28mm，在上部的幕墙相继安装完成后，环形钢梁实际定位线与设计定位线最终重合。
超高层建筑幕墙安装首先要将整个建筑进行规划分区，然后按照各区域特点选择适当的施工机具。如下图所示。
6.2.2超高层建筑幕墙玻璃的更换
由于超高层建筑施工工艺较难，所以工程设计的同时要充分考虑后期维护的方便性。尤其是玻璃的更换或补片。上海中心大厦和俄联邦大厦为例，这两个工程在完工后整整花费了几个月的时间去更换施工过程中破损的玻璃。
因此在幕墙的设计阶段要合理的选择幕墙系统，尽量避免隐框系统，选择更换方便的明框、半隐框或装配式幕墙结构。另外，目前玻璃破损的更换主要依靠擦窗机，但清洗机（词条“清洗机”由行业大百科提供）器人的发展，注定要替代擦窗机的主要使用功能，那么取消擦窗机就会面临玻璃更换的新模式。
三、超高层建筑幕墙材料技术应用中的问题解惑
1超高层建筑幕墙对幕墙玻璃的要求
超高层建筑幕墙对幕墙玻璃的要求，主要是外观、节能、隔音及安全性。
第一外观，玻璃幕墙的外观颜色主要考虑玻璃外侧的镀膜面的颜色，还有反射率（词条“反射率”由行业大百科提供）的问题，以及光学变形的问题，另外还有加一些特殊彩釉的效果。幕墙上墙的时候颜色是反射的，看到的其实是透过色，所以正常的应该是用黑色背景去观察，观察反射天空的颜色。因为镀膜除了节能还有它的颜色非常丰富，配合镀膜来说，透过率高反射率也高，透过率高反射低，要求通透，透过率低反射率高，这是以前老式的商业建筑，透过率低反射率也低，显得比较厚重稳重，就是政府大楼这些，所以透过反射有一定的配合意义。镀膜的反射性，色彩丰富的反射率肯定会高，金色绝对会超过30%的限制，所以这是一个概念。第二如果像这种无色，反射率就会低一点，当然还有环境的因素，晴天跟阴天就不一样，因为我们膜是多层纳米膜，晴天观测到的颜色效果肯定会更好一些。包括光污染的问题，上海都是15—16%的反射要求，深圳是20%的反射要求，幕墙最终要保证这个颜色的一致性和效果，所以反射率太低，反正不利于颜色一致性的遮蔽效果，当然像裙楼对交通影响很大的，这个一定要控制反射率，主体可能反射率还是要去平衡。同时还有光畸变的问题，玻璃整体板面的变形无可避免。同时这个变形除了玻璃本身的设计，钢化质量，厚度设计有关系，还包括环境因素，安装因素。
第二节能，首先我们要看热源，第一个来源就是阳光辐射，有太阳就可以辐射，第二是远红外线辐射，对于辐射来说，阳光辐射主要通过遮阳，远红外辐射主要通过辐射率，辐射率的概念其实就是远红外的吸收率，对红外基本不吸收，90%都被反射掉了。衡量这个玻璃节能的指标，热量传递最主要的还是SC和U值，U值可以根据公司计算出来的，其实U值大家记住这三点，一个玻璃结构的配置，只要跟它整个材料的导热系数有没有变化，辐射率有没有降低，空气的厚度有没有改变，这三个因素就会决定它最后的K值或者U值。普通玻璃的导热系数是1，因为它的空气导热系统只有0.024，导热系数、辐射率和空气层的厚度就决定了玻璃层的K值。这是降低玻璃K值的方法，为什么说夹层K值比较高呢?导热系数没有变，辐射率没有变，拿这三个指标去判断，这是一个依据。另外一个因素就是空气层厚度，这里有实验数据也有理论分析，美国标准跟中国标准一样，大概12厚是最佳的厚度，按照欧洲标准大概16，同时根据气侯条件，北方偏12，南方偏16会更好一点，因为这里面的差别就是边界和室内外的条件，中国的标准U值和SC值总是偏大一点，所以在讨论的时候一定要明确你到底是哪个标准，所以一定要有一个统一的前提条件。SC值这里面有一个概念，SC值透过玻璃太阳能隔热因子，完全用g值就可以衡量过热的效果，SC值是大于g值的，整个太阳能直接透过，280—2500纳米。这个图可以更直观的说明普通玻璃隔离红外线的能力，同时对于双银和单银的区别，光热比会更高一些。同时北方的遮阳也有问题，北方高好还是低好?夏天用来遮阳，越低越好。同样的遮阳系数0.37的情况下，单银大概35，双银62，差了将近30个点，遮阳系数可以用来衡量遮阳的效果，但是遮阳的效果不能只用SC来衡量，单用SC来衡量不科学。这里面有一个概念，引入了LSG，更科学的评价玻璃的采光和隔热，单银1.2、1.3，双银做到1.5、1.6，它们之间有这样的内在关系。说到节能，北方关注K值，南方关注SC值，当然现在节能已经走到了第四步，三步节能相比国外来说，我们能耗还是高50%，所以现在提到第四步节能，再节省30%，累计节能达到75%。
第三隔音，声音基本知识，因为隔声这一块开始关注越来越多，里面还有一些误区。声音的特征就是特质强度，还有分贝值，在20赫兹和2万赫兹，比如3分贝变化感觉不到，5分贝会有感觉，10分贝感觉非常明显，我们的会场环境大概50、60分贝。隔声材料都有三个原理，第一是共振效应，第二是表面质量定律，质量越大，它的隔声的损失会越大，一般来说质量增加一倍，隔音值会增加6个分贝，同时对空气层的厚度，我们普通的住宅门窗595的结构隔音效果不好，虽然有9毫米的空气层，但是远达不到要求，其实还不如单片，所以隔音值至少要超过10对隔音才有贡献。同时空气层12的时候，附加值大概有1分贝，再加上调整系数，翻倍的话只增加3个分贝，所以这是跟空气层厚度表面质量的关系。吻合效应，所以隔音的角度8+6肯定比8+8要好。其实中空比单片玻璃的隔音还差，单片会小于夹层，夹层中空会更好，普通夹层都可以到38、39，如果像我们高端幕墙夹层中空，这个隔音是最佳的配置，比如6、1.52，或者8的话，这个隔音值会更高，外面80分贝很吵，但是你通过玻璃一隔，窗要配合起来，室内只有40分贝，40分贝就会非常安静。
第四安全，钢化玻璃自爆的原因是什么?钢化玻璃在没有机械外力作用下会产生自爆，除了玻璃本身其实还有设计的因素，也有包括安装的因素，不一定所有的自爆都是玻璃本身。关于这个话题，国家3月份也出台了新的规定，关于进一步增加幕墙安全防护的通知，建筑门窗幕墙用钢化玻璃，4月1号刚开始执行，这里面有五点避免钢化玻璃自爆的方法：第一选择优质平板玻璃;第二适度钢化;第三保证钢化玻璃表面应均匀;第四提高钢化玻璃边部加工质量;第五限制钢化玻璃尺寸。因为现在建筑尺寸越做越大，比如6毫米建议最好不要超过3个平方，8毫米4个平方，10毫米5个平方，建议大家在考虑幕墙设计过程中尽量把尺寸做小一点，这个对安全来说肯定有好处。自爆解决方案，第一是均质处理，第二是夹层钢化，第三是SGP夹层，它的性能非常好，安全性非常高，但是造价非常贵，第四是半钢化夹层，第五是超白玻璃，因为超白的铁含量只有普通玻璃的1/10，最主要的优势就是缺陷非常少，同时还有一个优点就是它的颜色非常白。
2 石材与陶土板性能对比
3铝型材设计难点
3.1 铝型材的截面特性设计
目前，大部分的幕墙设计师对铝型材计算完全依靠于结构计算，基础的计算知识匮乏，而绝大部分的结构计算人员同时对幕墙系统结构没有合理的优化能力。所以会往往产生很大的浪费。所以在实际设计中，幕墙设计师应掌握基本的结构计算知识，同时应对结构计算人员进行幕墙基本知识培训，提高结构优化能力。
3.2 铝型材的加工与组装
对超高层建筑玻璃幕墙来说，产品的加工与组装、安装精度要求会很高，所以铝型材的加工与组装工艺越简单、工序越少就越容易保障产品的质量，特别是针对异型玻璃幕墙。
3.3铝型材的表面划伤、擦伤、碰划
铝型材(除先天缺陷外)表面划伤、擦伤、碰划等后天缺陷，产生于型材商家的挤压过程、转运、包装、发运等;幕墙厂家的加工、转运、运输、包装、组装、存储、安装等等环节，应尽量加大在每个环节的质量控制，特别对超高层建筑，因风力较大，所以在吊装安装过程中，必须进行防磕伤保护措施。将缺陷降到最低，并引进新型的修补工艺。
