新型无附框整体外墙外窗方案的设计与分析

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。