新型無附框整體外墻外窗方案的設(shè)計(jì)與分析

夏 青

(中鐵城建集團(tuán)有限公司 湖南長(zhǎng)沙 410208)

1 引言

外窗附框是指與土建施工同步，預(yù)埋或預(yù)先安裝在窗洞口中，用于安裝外窗的獨(dú)立構(gòu)造。由于附框在實(shí)際安裝過程中尺寸不規(guī)范和附框材料、建筑墻體所用材料、門窗材料三者之間的線膨脹系數(shù)不同[1]，均會(huì)影響窗與墻體的密封，導(dǎo)致雨水滲漏[2]、固定點(diǎn)松動(dòng)、脫膠等現(xiàn)象的發(fā)生，從而影響外窗與建筑連接的氣密性、水密性和保溫性能。

外窗與建筑墻體的連接一直都是建筑施工中存在的難題，目前國(guó)內(nèi)的解決方案為節(jié)能附框，但節(jié)能附框在水密性、氣密性、保溫性能等方面效果不明顯[3]。本文以某項(xiàng)目為研究對(duì)象，經(jīng)與設(shè)計(jì)單位、建設(shè)單位溝通，采取現(xiàn)澆整體外墻+預(yù)留外窗企口方案，即對(duì)施工圖紙進(jìn)行優(yōu)化，將外墻結(jié)構(gòu)改為全砼結(jié)構(gòu)，并通過對(duì)鋁模板進(jìn)行改造[4]，在外窗口位置預(yù)留企口，然后在主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上直接安裝外窗，并對(duì)外窗的氣密性、水密性、保溫性能進(jìn)行研究。通過項(xiàng)目實(shí)踐，首次應(yīng)用取得成功，方便施工的同時(shí)，確保了外窗的氣密性、水密性和保溫性能。

2 工程概況

本工程為建安工程，由11棟高層(A11-A21)、1個(gè)地下室(8#地下室)組成。總建筑面積184 335.8 m2，建筑總高96 m，標(biāo)準(zhǔn)層高3 m，外窗附框采用“節(jié)能型附框截面厚度尺寸為24(±5)mm”[5]，外窗采用斷熱鋁合金低輻射中空玻璃窗6中透光Low-E+12A+6[6]。

3 施工重難點(diǎn)

(1)整體外墻在行業(yè)內(nèi)仍處于推廣階段，由于缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，處于摸索階段，具體細(xì)節(jié)及特殊節(jié)點(diǎn)的處理方式需要與設(shè)計(jì)單位一起尋找解決方案。

(2)該方案屬于行業(yè)內(nèi)首創(chuàng)，是否符合節(jié)能驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求，需論證可行性并取得相關(guān)驗(yàn)收單位認(rèn)可。

(3)外窗預(yù)留企口所需型材為非常規(guī)型材，大面積采用成本較高，如何精確、經(jīng)濟(jì)地預(yù)留企口是本次研究需要克服的難點(diǎn)。

4 需要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問題

(1)整體外墻增加了邊梁的荷載，相應(yīng)邊梁的配筋及砼標(biāo)號(hào)是否需要相應(yīng)改變。

(2)原先的砌體墻變?yōu)轫艍螅绾闻浣?，墻體厚度是否需要變更。

(3)大量的砌體墻變?yōu)轫艍Γ瑢?dǎo)致建筑物剛度變大，是否需要采取其他措施。

(4)砌體墻變?yōu)轫艍?，與原有結(jié)構(gòu)如何連接(包括水平連接和豎向連接)。

5 方案設(shè)計(jì)與實(shí)踐分析

5.1 對(duì)原砼結(jié)構(gòu)進(jìn)行變更設(shè)計(jì)

(1)整體外墻變更后，邊梁及懸挑梁荷載變大[7]，建議改變變更后的墻體截面尺寸:外墻由200 mm頁(yè)巖多孔磚墻變?yōu)?60 mm砼墻，陽(yáng)臺(tái)角柱截面從200 mm改為160 mm。

(2)原先的頁(yè)巖磚墻體變?yōu)轫艍?，可按?gòu)造配筋(一級(jí)鋼筋直徑8 mm，間距200 mm雙層鋼筋網(wǎng)片)。

(3)整體外墻變更會(huì)導(dǎo)致建筑物剛度變大，建議增設(shè)結(jié)構(gòu)拉縫，減小剛度。

(4)砌體墻體變?yōu)轫艍?，?gòu)造配筋深入原結(jié)構(gòu)墻體200 mm，與原結(jié)構(gòu)鋼筋搭接連接即可。

根據(jù)以上建議，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，項(xiàng)目確定了新型無附框整體外墻外窗企口的初步方案:將所有外墻深化為整體現(xiàn)澆外墻，原頁(yè)巖磚墻體深化為160 mm砼墻，陽(yáng)臺(tái)角柱截面深化為160 mm，配筋按構(gòu)造配筋，在所有優(yōu)化位置增設(shè)結(jié)構(gòu)拉縫。

5.2 外窗預(yù)留企口方案的研究

外窗企口的施工是在鋁模板上預(yù)留位置實(shí)現(xiàn)的[8]。由于形狀特殊，需使用特殊鋁型材實(shí)現(xiàn)，造價(jià)較高，為解決這一問題，經(jīng)項(xiàng)目討論、研究決定改變企口預(yù)留方案:用在鋁模板上安裝塑膠壓板的方式預(yù)留企口。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，該方案可行。

5.3 整體外墻外窗企口代替節(jié)能附框的研究

5.3.1 整體外墻外窗企口與節(jié)能附框在防滲漏方面的對(duì)比[9]

附框方案節(jié)點(diǎn)構(gòu)造如圖1所示。

整體外墻外窗企口方案節(jié)點(diǎn)構(gòu)造如圖2所示。

對(duì)比分析結(jié)果:從節(jié)點(diǎn)示意圖可見，附框與墻體及主框之間有兩道塞縫位置，目前的密封防水工藝對(duì)施工人員的水平要求嚴(yán)格，操作不當(dāng)時(shí)極容易發(fā)生滲漏現(xiàn)象。

圖1 附框方案節(jié)點(diǎn)示意

圖2 整體外墻外窗企口方案節(jié)點(diǎn)示意

由于附框材料、墻體材料、門窗材料三者之間的線膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致熱脹冷縮而產(chǎn)生的位移量和變形量不同，也可能影響建筑門窗與墻體的密封，導(dǎo)致雨水滲漏、固定點(diǎn)松動(dòng)、脫膠等現(xiàn)象發(fā)生，可能影響門窗與建筑連接的水密性。

而整體外墻外窗企口方案通過合理設(shè)計(jì)外窗與主體的連接節(jié)點(diǎn)，能有效降低雨水滲漏風(fēng)險(xiǎn)。企口高于窗框與墻體接觸面的設(shè)計(jì)，相對(duì)附框形式，有效地降低了雨水滲漏的隱患。

5.3.2 整體外墻外窗企口與節(jié)能附框在防結(jié)露方面的對(duì)比

(1)參數(shù)設(shè)置

本工程處于湖南省長(zhǎng)沙市，按《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50176-2016)選用長(zhǎng)沙市相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬計(jì)算[10]。

根據(jù)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的熱惰性指標(biāo)D選取窗戶冬季室外設(shè)計(jì)溫度取值為-2～20℃。

《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50176-2016)對(duì)冬季室外熱工計(jì)算溫度有明確規(guī)定，計(jì)算結(jié)果表1所示。

表1 冬季室外熱工計(jì)算溫度

內(nèi)外表面換熱系數(shù)為8.7 W/(m2·K)和23 W/(m2·K)。

項(xiàng)目室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)參照《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50176-2016)，查焓濕圖可知室內(nèi)露點(diǎn)溫度如表2所示。

表2 室內(nèi)露點(diǎn)溫度

(2)分析模型

本工程外窗類型主要為:斷熱鋁合金低輻射中空玻璃窗6中透光Low-E+12A+6，傳熱系數(shù)2.6 W/(m2·K)，自身遮陽(yáng)系數(shù)0.50。

本次結(jié)露分析主要為對(duì)比節(jié)能附框、企口設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)是否存在結(jié)露現(xiàn)象[11]。查相關(guān)數(shù)據(jù)可知，外窗型材及墻體材料的導(dǎo)熱系數(shù)如表3所示。

表3 材料熱工參數(shù)

節(jié)能附框與整體外墻外窗企口節(jié)點(diǎn)結(jié)露分析模型如圖3、圖4所示。

圖3 節(jié)能附框模型

圖4 整體外墻外窗企口模型

模擬結(jié)果:節(jié)能附框外窗溫度分布如圖5所示，整體外墻外窗企口節(jié)點(diǎn)采暖、非采暖外窗溫度分布如圖6所示。

圖5 節(jié)能附框房間外窗溫度(窗下口)

圖6 企口節(jié)點(diǎn)房間外窗溫度

節(jié)能附框采暖房間外窗部位內(nèi)表面最低溫度為11.8℃，高于露點(diǎn)溫度10.13℃，非采暖房間外窗部位內(nèi)表面最低溫度為7.7℃，高于露點(diǎn)溫度4.49℃，滿足要求。

企口采暖房間外窗部位內(nèi)表面最低溫度為10.2℃，高于露點(diǎn)溫度10.13℃，非采暖房間外窗部位內(nèi)表面最低溫度為6.5℃，高于露點(diǎn)溫度4.49℃，滿足要求。如表4所示。

表4 冬季圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)表面最高溫度

5.3.3 整體外墻外窗企口方案與節(jié)能附框在節(jié)能方面的對(duì)比[12]

項(xiàng)目外窗主要采用斷熱鋁合金低輻射中空玻璃窗6中透光Low-E+12A+6，傳熱系數(shù)2.6 W/(m2·K)，自身遮陽(yáng)系數(shù)0.50。以A11#棟典型樓層為例，計(jì)算外窗傳熱系數(shù)如表5、表6所示。

表5 A11#棟標(biāo)準(zhǔn)層門窗傳熱系數(shù)(節(jié)能附框)

表6 A11#棟標(biāo)準(zhǔn)層門窗傳熱系數(shù)(企口)

由表5與表6對(duì)比可見:節(jié)能附框方案使A11#棟外窗傳熱系數(shù)降低了4.49%，企口方案基本不影響外窗傳熱系數(shù)。

6 結(jié)論

通過工程實(shí)踐和檢測(cè)證明，這種新型無附框整體外墻外窗方案對(duì)比節(jié)能附框方案，確保了外窗的氣密性、水密性、保溫性，可以降低雨水滲漏風(fēng)險(xiǎn)，在外窗防結(jié)露方面無明顯差別，更有利于建筑節(jié)能。該技術(shù)為行業(yè)內(nèi)首創(chuàng)，具有較大的推廣價(jià)值和較好的應(yīng)用前景。