新型无附框整体外墙外窗方案的设计与分析

2020-07-28 11:48
铁道建筑技术 2020年5期
关键词:外窗传热系数外墙

夏 青

(中铁城建集团有限公司 湖南长沙 410208)

1 引言

外窗附框是指与土建施工同步,预埋或预先安装在窗洞口中,用于安装外窗的独立构造。由于附框在实际安装过程中尺寸不规范和附框材料、建筑墙体所用材料、门窗材料三者之间的线膨胀系数不同[1],均会影响窗与墙体的密封,导致雨水渗漏[2]、固定点松动、脱胶等现象的发生,从而影响外窗与建筑连接的气密性、水密性和保温性能。

外窗与建筑墙体的连接一直都是建筑施工中存在的难题,目前国内的解决方案为节能附框,但节能附框在水密性、气密性、保温性能等方面效果不明显[3]。本文以某项目为研究对象,经与设计单位、建设单位沟通,采取现浇整体外墙+预留外窗企口方案,即对施工图纸进行优化,将外墙结构改为全砼结构,并通过对铝模板进行改造[4],在外窗口位置预留企口,然后在主体结构基础上直接安装外窗,并对外窗的气密性、水密性、保温性能进行研究。通过项目实践,首次应用取得成功,方便施工的同时,确保了外窗的气密性、水密性和保温性能。

2 工程概况

本工程为建安工程,由11栋高层(A11-A21)、1个地下室(8#地下室)组成。总建筑面积184 335.8 m2,建筑总高96 m,标准层高3 m,外窗附框采用“节能型附框截面厚度尺寸为24(±5)mm”[5],外窗采用断热铝合金低辐射中空玻璃窗6中透光Low-E+12A+6[6]。

3 施工重难点

(1)整体外墙在行业内仍处于推广阶段,由于缺乏相关经验,处于摸索阶段,具体细节及特殊节点的处理方式需要与设计单位一起寻找解决方案。

(2)该方案属于行业内首创,是否符合节能验收标准要求,需论证可行性并取得相关验收单位认可。

(3)外窗预留企口所需型材为非常规型材,大面积采用成本较高,如何精确、经济地预留企口是本次研究需要克服的难点。

4 需要解决的几个关键问题

(1)整体外墙增加了边梁的荷载,相应边梁的配筋及砼标号是否需要相应改变。

(2)原先的砌体墙变为砼墙后,如何配筋,墙体厚度是否需要变更。

(3)大量的砌体墙变为砼墙,导致建筑物刚度变大,是否需要采取其他措施。

(4)砌体墙变为砼墙后,与原有结构如何连接(包括水平连接和竖向连接)。

5 方案设计与实践分析

5.1 对原砼结构进行变更设计

(1)整体外墙变更后,边梁及悬挑梁荷载变大[7],建议改变变更后的墙体截面尺寸:外墙由200 mm页岩多孔砖墙变为160 mm砼墙,阳台角柱截面从200 mm改为160 mm。

(2)原先的页岩砖墙体变为砼墙后,可按构造配筋(一级钢筋直径8 mm,间距200 mm双层钢筋网片)。

(3)整体外墙变更会导致建筑物刚度变大,建议增设结构拉缝,减小刚度。

(4)砌体墙体变为砼墙后,构造配筋深入原结构墙体200 mm,与原结构钢筋搭接连接即可。

根据以上建议,结合现场实际情况,项目确定了新型无附框整体外墙外窗企口的初步方案:将所有外墙深化为整体现浇外墙,原页岩砖墙体深化为160 mm砼墙,阳台角柱截面深化为160 mm,配筋按构造配筋,在所有优化位置增设结构拉缝。

5.2 外窗预留企口方案的研究

外窗企口的施工是在铝模板上预留位置实现的[8]。由于形状特殊,需使用特殊铝型材实现,造价较高,为解决这一问题,经项目讨论、研究决定改变企口预留方案:用在铝模板上安装塑胶压板的方式预留企口。经现场试验,该方案可行。

5.3 整体外墙外窗企口代替节能附框的研究

5.3.1 整体外墙外窗企口与节能附框在防渗漏方面的对比[9]

附框方案节点构造如图1所示。

整体外墙外窗企口方案节点构造如图2所示。

对比分析结果:从节点示意图可见,附框与墙体及主框之间有两道塞缝位置,目前的密封防水工艺对施工人员的水平要求严格,操作不当时极容易发生渗漏现象。

图1 附框方案节点示意

图2 整体外墙外窗企口方案节点示意

由于附框材料、墙体材料、门窗材料三者之间的线膨胀系数不同,导致热胀冷缩而产生的位移量和变形量不同,也可能影响建筑门窗与墙体的密封,导致雨水渗漏、固定点松动、脱胶等现象发生,可能影响门窗与建筑连接的水密性。

而整体外墙外窗企口方案通过合理设计外窗与主体的连接节点,能有效降低雨水渗漏风险。企口高于窗框与墙体接触面的设计,相对附框形式,有效地降低了雨水渗漏的隐患。

5.3.2 整体外墙外窗企口与节能附框在防结露方面的对比

(1)参数设置

本工程处于湖南省长沙市,按《民用建筑热工设计规范》(GB 50176-2016)选用长沙市相关数据进行模拟计算[10]。

根据围护结构的热惰性指标D选取窗户冬季室外设计温度取值为-2~20℃。

《民用建筑热工设计规范》(GB 50176-2016)对冬季室外热工计算温度有明确规定,计算结果表1所示。

表1 冬季室外热工计算温度

内外表面换热系数为8.7 W/(m2·K)和23 W/(m2·K)。

项目室内设计参数参照《民用建筑热工设计规范》(GB 50176-2016),查焓湿图可知室内露点温度如表2所示。

表2 室内露点温度

(2)分析模型

本工程外窗类型主要为:断热铝合金低辐射中空玻璃窗6中透光Low-E+12A+6,传热系数2.6 W/(m2·K),自身遮阳系数0.50。

本次结露分析主要为对比节能附框、企口设计节点是否存在结露现象[11]。查相关数据可知,外窗型材及墙体材料的导热系数如表3所示。

表3 材料热工参数

节能附框与整体外墙外窗企口节点结露分析模型如图3、图4所示。

图3 节能附框模型

图4 整体外墙外窗企口模型

模拟结果:节能附框外窗温度分布如图5所示,整体外墙外窗企口节点采暖、非采暖外窗温度分布如图6所示。

图5 节能附框房间外窗温度(窗下口)

图6 企口节点房间外窗温度

节能附框采暖房间外窗部位内表面最低温度为11.8℃,高于露点温度10.13℃,非采暖房间外窗部位内表面最低温度为7.7℃,高于露点温度4.49℃,满足要求。

企口采暖房间外窗部位内表面最低温度为10.2℃,高于露点温度10.13℃,非采暖房间外窗部位内表面最低温度为6.5℃,高于露点温度4.49℃,满足要求。如表4所示。

表4 冬季围护结构内表面最高温度

5.3.3 整体外墙外窗企口方案与节能附框在节能方面的对比[12]

项目外窗主要采用断热铝合金低辐射中空玻璃窗6中透光Low-E+12A+6,传热系数2.6 W/(m2·K),自身遮阳系数0.50。以A11#栋典型楼层为例,计算外窗传热系数如表5、表6所示。

表5 A11#栋标准层门窗传热系数(节能附框)

表6 A11#栋标准层门窗传热系数(企口)

由表5与表6对比可见:节能附框方案使A11#栋外窗传热系数降低了4.49%,企口方案基本不影响外窗传热系数。

6 结论

通过工程实践和检测证明,这种新型无附框整体外墙外窗方案对比节能附框方案,确保了外窗的气密性、水密性、保温性,可以降低雨水渗漏风险,在外窗防结露方面无明显差别,更有利于建筑节能。该技术为行业内首创,具有较大的推广价值和较好的应用前景。

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