新型無附框整體外墻外窗方案的設計與分析

夏 青

(中鐵城建集團有限公司 湖南長沙 410208)

1 引言

外窗附框是指與土建施工同步，預埋或預先安裝在窗洞口中，用于安裝外窗的獨立構造。由于附框在實際安裝過程中尺寸不規范和附框材料、建筑墻體所用材料、門窗材料三者之間的線膨脹系數不同[1]，均會影響窗與墻體的密封，導致雨水滲漏[2]、固定點松動、脫膠等現象的發生，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，目前國內的解決方案為節能附框，但節能附框在水密性、氣密性、保溫性能等方面效果不明顯[3]。本文以某項目為研究對象，經與設計單位、建設單位溝通，采取現澆整體外墻+預留外窗企口方案，即對施工圖紙進行優化，將外墻結構改為全砼結構，并通過對鋁模板進行改造[4]，在外窗口位置預留企口，然后在主體結構基礎上直接安裝外窗，并對外窗的氣密性、水密性、保溫性能進行研究。通過項目實踐，首次應用取得成功，方便施工的同時，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，標準層高3 m，外窗附框采用“節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

(1)整體外墻在行業內仍處于推廣階段，由于缺乏相關經驗，處于摸索階段，具體細節及特殊節點的處理方式需要與設計單位一起尋找解決方案。

(2)該方案屬于行業內首創，是否符合節能驗收標準要求，需論證可行性并取得相關驗收單位認可。

(3)外窗預留企口所需型材為非常規型材，大面積采用成本較高，如何精確、經濟地預留企口是本次研究需要克服的難點。

4 需要解決的幾個關鍵問題

(1)整體外墻增加了邊梁的荷載，相應邊梁的配筋及砼標號是否需要相應改變。

(2)原先的砌體墻變為砼墻后，如何配筋，墻體厚度是否需要變更。

(3)大量的砌體墻變為砼墻，導致建筑物剛度變大，是否需要采取其他措施。

(4)砌體墻變為砼墻后，與原有結構如何連接(包括水平連接和豎向連接)。

5 方案設計與實踐分析

5.1 對原砼結構進行變更設計

(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頁巖多孔磚墻變為160 mm砼墻，陽臺角柱截面從200 mm改為160 mm。

(2)原先的頁巖磚墻體變為砼墻后，可按構造配筋(一級鋼筋直徑8 mm，間距200 mm雙層鋼筋網片)。

(3)整體外墻變更會導致建筑物剛度變大，建議增設結構拉縫，減小剛度。

(4)砌體墻體變為砼墻后，構造配筋深入原結構墻體200 mm，與原結構鋼筋搭接連接即可。

根據以上建議，結合現場實際情況，項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澆外墻，原頁巖磚墻體深化為160 mm砼墻，陽臺角柱截面深化為160 mm，配筋按構造配筋，在所有優化位置增設結構拉縫。

5.2 外窗預留企口方案的研究

外窗企口的施工是在鋁模板上預留位置實現的[8]。由于形狀特殊，需使用特殊鋁型材實現，造價較高，為解決這一問題，經項目討論、研究決定改變企口預留方案:用在鋁模板上安裝塑膠壓板的方式預留企口。經現場試驗，該方案可行。

5.3 整體外墻外窗企口代替節能附框的研究

5.3.1 整體外墻外窗企口與節能附框在防滲漏方面的對比[9]

附框方案節點構造如圖1所示。

整體外墻外窗企口方案節點構造如圖2所示。

對比分析結果:從節點示意圖可見，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施工人員的水平要求嚴格，操作不當時極容易發生滲漏現象。

圖1 附框方案節點示意

圖2 整體外墻外窗企口方案節點示意

由于附框材料、墻體材料、門窗材料三者之間的線膨脹系數不同，導致熱脹冷縮而產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，導致雨水滲漏、固定點松動、脫膠等現象發生，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計外窗與主體的連接節點，能有效降低雨水滲漏風險。企口高于窗框與墻體接觸面的設計，相對附框形式，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能附框在防結露方面的對比

(1)參數設置

本工程處于湖南省長沙市，按《民用建筑熱工設計規范》(GB 50176-2016)選用長沙市相關數據進行模擬計算[10]。

根據圍護結構的熱惰性指標D選取窗戶冬季室外設計溫度取值為-2～20℃。

《民用建筑熱工設計規范》(GB 50176-2016)對冬季室外熱工計算溫度有明確規定，計算結果表1所示。

表1 冬季室外熱工計算溫度

內外表面換熱系數為8.7 W/(m2·K)和23 W/(m2·K)。

項目室內設計參數參照《民用建筑熱工設計規范》(GB 50176-2016)，查焓濕圖可知室內露點溫度如表2所示。

表2 室內露點溫度

(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2.6 W/(m2·K)，自身遮陽系數0.50。

本次結露分析主要為對比節能附框、企口設計節點是否存在結露現象[11]。查相關數據可知，外窗型材及墻體材料的導熱系數如表3所示。

表3 材料熱工參數

節能附框與整體外墻外窗企口節點結露分析模型如圖3、圖4所示。

圖3 節能附框模型

圖4 整體外墻外窗企口模型

模擬結果:節能附框外窗溫度分布如圖5所示，整體外墻外窗企口節點采暖、非采暖外窗溫度分布如圖6所示。

圖5 節能附框房間外窗溫度(窗下口)

圖6 企口節點房間外窗溫度

節能附框采暖房間外窗部位內表面最低溫度為11.8℃，高于露點溫度10.13℃，非采暖房間外窗部位內表面最低溫度為7.7℃，高于露點溫度4.49℃，滿足要求。

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

表4 冬季圍護結構內表面最高溫度

5.3.3 整體外墻外窗企口方案與節能附框在節能方面的對比[12]

項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2.6 W/(m2·K)，自身遮陽系數0.50。以A11#棟典型樓層為例，計算外窗傳熱系數如表5、表6所示。

表5 A11#棟標準層門窗傳熱系數(節能附框)

表6 A11#棟標準層門窗傳熱系數(企口)

由表5與表6對比可見:節能附框方案使A11#棟外窗傳熱系數降低了4.49%，企口方案基本不影響外窗傳熱系數。

6 結論

通過工程實踐和檢測證明，這種新型無附框整體外墻外窗方案對比節能附框方案，確保了外窗的氣密性、水密性、保溫性，可以降低雨水滲漏風險，在外窗防結露方面無明顯差別，更有利于建筑節能。該技術為行業內首創，具有較大的推廣價值和較好的應用前景。