外掛外窗與外保溫節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用

郭雙朝 杜 毅 楊俊祿 丁傳奇

北京建工集團(tuán)有限責(zé)任公司 北京 100055

1 工程概況

中國人民大學(xué)教學(xué)科研樓（東南區(qū)綜合樓）及集體宿舍（留學(xué)生宿舍）項(xiàng)目位于北京市海淀區(qū)中關(guān)村南大街59號中國人民大學(xué)校園東南角，總建筑面積102 590 m2，地下3層，其中教學(xué)科研樓高80.70 m，地上18層；集體宿舍樓高64.50 m，地上19層。建筑主要功能為教室、實(shí)驗(yàn)室、學(xué)生活動用房和留學(xué)生宿舍。其中，集體宿舍樓建筑面積36 734 m2，地上19層，建筑高度64.50 m，地上建筑面積為30 420 m2，地下建筑面積為6 314 m2，所用建筑外窗為65系列鋁合金斷橋隔熱內(nèi)平開窗，玻璃采用TP6（LOW-E）＋12A＋TP6（LOW-E）中空鋼化玻璃。

2 傳統(tǒng)外窗與外保溫系統(tǒng)構(gòu)造特點(diǎn)及缺陷分析

在我國建筑行業(yè)中，外窗與建筑結(jié)構(gòu)相對位置較為統(tǒng)一，均將建筑外窗安裝在結(jié)構(gòu)洞口的范圍內(nèi)，安裝、固定方式均為尼龍脹栓或固定鋼片，間距300～400 mm（規(guī)范要求不大于400 mm）。建筑洞口周邊與外窗交接處，建筑保溫性能相對薄弱，具體構(gòu)造節(jié)點(diǎn)做法如圖1所示。此種構(gòu)造在實(shí)際使用時(shí)存在一定的缺陷，主要有以下三方面。

圖1 構(gòu)造節(jié)點(diǎn)做法

2.1 節(jié)點(diǎn)位置保溫層施工質(zhì)量不易控制

以A系統(tǒng)窗口為例：保溫材料需在口部增加翻包網(wǎng)，且口部內(nèi)側(cè)保溫層較墻體大面更薄，5%找坡為手工操作，施工質(zhì)量不易控制（圖2）。

圖2 節(jié)點(diǎn)處保溫做法

2.2 窗口外保溫和窗框相交位置，易造成外墻滲漏

A、B、C、D、E系統(tǒng)各窗口外保溫與窗框交接處長期暴露在自然環(huán)境下，均會出現(xiàn)起翹、開裂現(xiàn)象，以致造成外墻滲漏，對外保溫系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響（圖3）。

圖3 不利影響位置分布

2.3 外窗隔熱出現(xiàn)“斷谷”，影響建筑節(jié)能保溫性能

建筑外窗安裝位置使得外墻保溫局部薄弱，隔熱性能局部“斷谷”，即等溫線劇烈變化處（圖4），熱能損耗增大，影響建筑整體的節(jié)能保溫性能[1]；若加厚此處外墻保溫窗四周收口位置，則施工難度加大，外表面更易出現(xiàn)開裂、起翹等現(xiàn)象。

圖4 隔熱性能出現(xiàn)“斷谷 ”

3 外掛外窗與外保溫節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的創(chuàng)新技術(shù)

根據(jù)建筑節(jié)能降耗的大趨勢，以中國人民大學(xué)工程中的留學(xué)生宿舍為例，從減少冷熱橋、提高構(gòu)造和安裝可靠性、耐久性等多方面考慮，對65系列鋁合金斷橋隔熱內(nèi)平開窗的安裝節(jié)點(diǎn)進(jìn)行創(chuàng)新、優(yōu)化設(shè)計(jì)，并綜合考慮外立面造型、建筑外檐整體美觀等因素。

3.1 創(chuàng)新優(yōu)化后構(gòu)造特點(diǎn)

根據(jù)工程實(shí)際需求，將鋁合金外窗外移，懸于結(jié)構(gòu)之外。構(gòu)造特點(diǎn)是：強(qiáng)化外窗與墻體的連接裝置，確保外窗的安全性、可靠性；通過調(diào)整外窗進(jìn)出位，將外窗與外保溫的隔熱線盡可能布置在同一平面上；利用外立面鋁合金裝飾壓蓋將外窗與外保溫的工藝間隙完全隱蔽；鑒于在構(gòu)造上消除了外窗臺，也就降低了外墻保溫在窗口收口位置上的施工難度（不用翻包網(wǎng)、不用窗口外窗臺及找坡），避免了其他質(zhì)量隱患的出現(xiàn)。具體如圖5、圖6所示。

圖5 口部節(jié)點(diǎn)示意

圖6 外掛窗與外保溫構(gòu)造拆解示意

3.2 優(yōu)化技術(shù)安裝要點(diǎn)

1）外窗安裝在其外表面距結(jié)構(gòu)外皮120 mm的位置上。采用厚5 mm鋼質(zhì)外掛固定件（L形鋼板連接件），四周形成整體的外掛系統(tǒng)，鋼連接件四周采用密封膠與結(jié)構(gòu)密封（在外保溫系統(tǒng)內(nèi)側(cè)，避免外掛窗與外墻間出現(xiàn)滲漏）。

2）鋼連接件根據(jù)窗的自重荷載、風(fēng)荷載等進(jìn)行荷載組合并通過受力計(jì)算，采用厚5 mm的熱鍍鋅鋼板折彎成L形。水平方向，鋼連接件外伸長度不能超過外窗斷橋隔熱區(qū)域以及外墻外保溫的外邊線，并低于外裝飾面層20 mm；豎直方向，錨栓固定點(diǎn)中心距離結(jié)構(gòu)邊緣50 mm以上，固定點(diǎn)中心距離鋼連接件邊至少2d（d為化學(xué)錨栓直徑），同時(shí)連接件通長布置，四邊角部焊接，形成外窗連接件的一個整體框架結(jié)構(gòu)。

3）通過受力計(jì)算，鋼連接件采用M8化學(xué)錨栓與基層墻體固定，錨栓間距≤500 mm，沿鋼連接件均勻布置。化學(xué)錨栓布置位置距離洞口結(jié)構(gòu)邊緣≥50 mm，避免破壞受力鋼筋或鋼筋保護(hù)層。在安裝鋼連接件前，對錨栓進(jìn)行現(xiàn)場拉拔試驗(yàn)，拉拔試驗(yàn)參數(shù)按錨栓設(shè)計(jì)值的2倍考慮。

4）外窗通過不銹鋼自攻螺絲（間距≤400 mm）將外窗窗框固定在鋼連接件上。

中國人民大學(xué)留學(xué)生宿舍工程采用優(yōu)化技術(shù)后，基本達(dá)到了幕墻安裝效果。

3.3 創(chuàng)新優(yōu)化后的實(shí)施效果分析

3.3.1 保溫材料覆蓋連接件，有效降低材料傳熱影響

對于該構(gòu)造做法，L形鋼板連接件是隔熱性能的薄弱部位，外保溫需要覆蓋部分窗框以消除窗框邊緣熱橋[2]，但本工程外保溫材料已基本將連接件覆蓋（圖7）。根據(jù)工程實(shí)際情況，L形鋼板連接件截面長度250 mm、厚度5 mm，則被保溫層覆蓋范圍達(dá)到其表面的98%，未被保溫層覆蓋的范圍僅2%。針對此范圍，通過預(yù)留空間附加隔熱材料，隔熱材料采用硅酮耐候密封膠（為非晶體材料，導(dǎo)熱性能較差），以降低室外環(huán)境對金屬材料傳熱的影響。

圖7 保溫材料與L形鋼板連接件位置

3.3.2 避免“斷谷”現(xiàn)象出現(xiàn)，保溫性能顯著提高

外窗安裝的進(jìn)出位根據(jù)已確定的外墻外保溫厚度而定，將外窗與外墻外保溫的隔熱線盡可能布置在同一平面位置上，使隔熱等溫線平滑過渡，避免等溫線“斷谷”現(xiàn)象的出現(xiàn)。建筑外墻基本全部被外墻外保溫和斷橋隔熱窗所覆蓋，但局部交接位置存在間隙，可采取增加發(fā)泡膠、硅酮耐候密封膠、外裝飾構(gòu)件等措施（圖8），以清除冷熱橋隱患，提升建筑保溫性能，降低能耗。

圖8 建筑外墻隔熱模擬示意

3.3.3 增加外裝飾構(gòu)造，整體提高外窗使用壽命

本工程增加采用鋁合金壓蓋的外裝飾構(gòu)造，有效隱蔽工藝間隙，對耐候密封膠起到保護(hù)、遮蓋作用，消除紫外線直接照射、雨雪等自然環(huán)境的影響，提高使用年限。

3.3.4 根據(jù)設(shè)計(jì)需求，靈活調(diào)整進(jìn)出位置

此種構(gòu)造可根據(jù)外墻厚度、外保溫厚度以及建筑外檐造型需求調(diào)節(jié)窗的進(jìn)出位置（圖9），避免了建筑在洞口位置外墻保溫收口薄厚不均、外窗臺坡度不易控制所造成的不良影響。以留學(xué)生宿舍工程為例，外檐整體裝飾達(dá)到了幕墻的裝飾效果。同時(shí)，室內(nèi)窗臺的斷面寬度達(dá)到了280 mm，可以作為室內(nèi)空間進(jìn)行充分利用，并通過窗臺、窗套的裝飾做法將鋼連接件與室內(nèi)的接觸面完全隔絕，更好地避免冷熱橋現(xiàn)象。

圖9 窗進(jìn)出外墻位置

3.4 創(chuàng)新技術(shù)優(yōu)勢分析

3.4.1 安裝方便、承載力更強(qiáng)

新技術(shù)安裝方便，且不會因結(jié)構(gòu)窗口施工偏差的大小影響外窗的定位安裝。通過在連接件、化學(xué)錨栓的設(shè)計(jì)過程中充分考慮荷載組合，并將錨栓拉拔試驗(yàn)設(shè)計(jì)值按2倍計(jì)算，為外掛構(gòu)造的承載能力提供充分保證。同時(shí)，窗框與連接件采用自攻螺絲固定，為金屬間機(jī)械固定，連接強(qiáng)度更高、更可靠。

3.4.2 改善外窗口部做法、有效隱蔽交接處薄弱點(diǎn)

通過增加外延裝飾鋁合金壓蓋，將外窗與外保溫交接處易起翹、開裂的薄弱點(diǎn)完全隱蔽，避免長期承受室外自然條件的影響。通過外移窗框避免形成口部保溫的薄弱部位，提高外保溫體系的保溫性能。同時(shí)，取消外窗臺做法，避免了外窗臺積水現(xiàn)象，減少外墻滲漏點(diǎn)。

3.4.3 提高整體節(jié)能效果，適用范圍廣

此構(gòu)造形式對外墻外保溫材料和工藝沒有特殊要求，故從建筑整體的節(jié)能設(shè)計(jì)角度考慮，應(yīng)用范圍較廣。此外，由于外窗外移還相應(yīng)增加了室內(nèi)的使用空間，也為其應(yīng)用提供了額外支撐。

4 結(jié)語

外掛外窗與外保溫節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的創(chuàng)新技術(shù)是對傳統(tǒng)外保溫系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的創(chuàng)新，對于被動窗而言，在細(xì)部構(gòu)造上也是小創(chuàng)新。本文中的做法以及構(gòu)造措施都是經(jīng)過實(shí)踐不斷優(yōu)化調(diào)整后的結(jié)晶[3]。它克服了傳統(tǒng)外保溫系統(tǒng)中外窗固定點(diǎn)承載力無試驗(yàn)驗(yàn)證、外窗口部外保溫施工難度大、保溫性能薄弱、施工質(zhì)量不易控制、易產(chǎn)生質(zhì)量隱患等不足。通過將L形鋼板連接件設(shè)計(jì)成一個整體鋼框架，相對現(xiàn)有被動窗采用角碼與結(jié)構(gòu)固定更安全可靠。同時(shí)，也使建筑外檐的觀感效果得到一定的提升。

[1] 金松濤,付薇嘉,王麗穎.被動式建筑外窗安裝方式的對比分析[J].建筑節(jié)能,2019,47(1):144-148.

[2] 豐樸春,朱曉偉,李景軒.大型公共建筑被動房外圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工關(guān)鍵技術(shù)[J].建筑施工,2019,41(5):833-840.

[3] 彭偉文,林意,羅慶,等.內(nèi)澆外掛型預(yù)制凸窗設(shè)計(jì)與安裝的探討[J].建筑結(jié)構(gòu),2016,46(增刊1):641-646.