上海市万里城5#地块项目门窗幕墙节能设计

张磊

（上海奥为建筑节能科技有限公司，上海 200063）

0 引言

随着建筑业的发展和人们生活水平的提高，对建筑的外观、使用功能、物理性能及通透性等的要求越来越高。建筑的通透性与节能性往往是相互矛盾的，如何解决这个矛盾是亟待研究的难题。本文以上海市万里城5#地块项目工程为例，提出了遮阳一体化的外墙解决方案，取得了良好的节能效果，并实现了“透明墙”的建筑外观，受到广泛好评。

1 工程概况

建筑项目位于上海市普陀区新村路与真华路交汇处，建筑总高82.5 m，共24层。建筑结构形式为框架剪力墙结构，抗震设防烈度7级，地面粗糙度为C类，基本风荷载为0.55 kN/m2，如图1图2所示。

图1 上海万里城5#地块项目效果图（Fig.1 Shanghai Wanli City No.5 plot project rendering）

图2 上海万里城5#地块项目实景图（Fig.2 The real scene of Shanghai Wanli City No.5 Plot）

2 设计理念

本项目采用遮阳一体化全景窗墙系统。南立面采用气压密封推拉门系统，东西北立面采用内开内倒落地窗系统，层间为开放式铝板系统，使得整个建筑空间明亮、通透，同时该系统提升了建筑的保温和节能效果，层间及构架部分采用白色铝板，以不同的线条体现建筑造型。该项目高度较高，如使用传统门窗，其抗风压性能及平面变形性能无法达到要求。针对这一问题，设计了全景窗墙系统，既能满足对建筑外观效果的追求，也提升了门窗系统的节能性、舒适性及经济性，突破传统门窗界限，发挥了门窗系统在高层建筑上的应用优势。

3 外墙方案设计选型

3.1 传统幕墙的特点

虽然传统幕墙体系应用时间较长，但仍存在一些缺点和弊端。传统的幕墙系统可以实现大玻璃的通透设计，但节能性能较差，尤其是型材框架部分的保温隔热性能较差，容易产生结露现象。传统幕墙体系安装在主体结构外侧，层间的处理较复杂，且较难与外遮阳产品结合，外观效果不理想。传统幕墙与开启扇的结合外观不够干净整洁，且开启能力有限，无法满足个性化要求。

3.2 窗墙系统设计应用

为提升传统幕墙节能性能，本工程采用遮阳一体化全景窗墙系统。铝型材采用穿条断热设计，最大隔热条高度为40 mm，具有超高的保温性能。加强中挺采用加衬钢设计，满足抗风压性能的要求。玻璃采用双银LOW-E双中空夹胶玻璃设计，玻璃内部充氩气，具有较强的保温、安全和隔声性能。为减小玻璃自爆率，对该项目的玻璃作均质处理，并采用超白玻璃原片。

开启部位是设计的重点和难点。为保证外观的通透及开启的效果，采用内开内倒窗与电动推拉窗组合的设计。为达到建筑高通透性及舒适性，该项目的门窗均为落地窗，所有开启部位设置安全护栏，保证舒适性同时，具备良好的安全性。

由于普通推拉窗的水密性、气密性、抗风压和保温性能较差，本项目采用了气压密封的电动推拉门窗，为国内首家。该推拉门系统为纯瑞士进口，经过严格的测试并已取得产品质量认证，与普通推拉门窗相比，其各项指标有大幅提升，见表1。

表1 推拉门窗性能指标（Tab.1 Performance indicators of sliding doors and Windows）

3.3 遮阳一体化系统设计应用

由于透明面积较大，遮阳性能是重要的技术指标。根据使用位置的不同，遮阳可分为外遮阳、中置遮阳和内遮阳3种。其中外遮阳效果最佳，遮阳效率最高，因此本工程采用外遮阳的设计方案。由于本项目地处上海地区，且建筑高度较高，对遮阳产品抗风压性及耐久性的要求更高。本工程设计方案选取织布类的遮阳产品，能够较好地吸收机械张力，并抵御极端天气。经过严格的测试及产品质量认证，该遮阳系统的抗风压性能最大可达180 km/h。

遮阳产品一般是独立设计和独立安装，后期可能出现很多问题，如外观效果不好、施工安装困难、施工质量较差、建筑整体性能未达到预期水平等。为解决上述问题，本工程采用一体化解决方案，在设计、加工及安装的各个环节充分考虑遮阳与外窗的高度匹配。

3.4 铝板系统设计应用

传统的铝板系统用螺钉将铝板固定到龙骨上，铝板接缝处采用硅胶密封，该安装形式有如下缺点。

（1）温差变化会导致铝板变形，出现“鼓肚子”现象。

（2）硅胶密封时间长，易老化，且施工不当易产生漏水现象。

（3）铝板表面积灰，下雨后灰尘从上到下流过整个墙面，出现条形污渍，需要经常清洗。

（4）存在胶缝，且胶缝颜色与铝板不同，受打胶水平的影响，外观质量不理想。

为解决传统铝板幕墙存在的缺点，本工程采用了创新的开缝式铝板幕墙方案（详见章节4.5）。

4 设计难点及解决方案

4.1 窗墙系统的解决方案

常见的窗系统均为洞口窗，排窗较少。窗墙体系设计是本工程的难点之一，吸收了国外工程的先进设计理念，将玻璃系统安装在洞口内侧，优化了杆件的受力模式，形成窗墙体系。

首先，窗墙系统采用90°连接方式组框。特制了T型角码，将横框与竖框连接起来，在连接部位注角胶后，用销钉将窗框型材与角码连接起来，保证角码的连接强度，如图3所示。

图3 窗墙系统横竖框连接（Fig.3 The window and wall system are connected by horizontal mullions）

其次，由于窗体尺寸较大，为了便于运输安装，将该排窗系统设计为若干窗体组件和过度横框。每1个窗体组件均包括窗框和安装在窗框内部的中空玻璃（窗框安装结束后安装玻璃），窗框包括上横框、下横框、左竖框和右竖框，左竖框与右竖框的上端和下端分别通过T型角码与上横框和下横框的左右两端相连接，每1个窗体组件的上、下横框均通过转接件与主体结构连接；相邻窗体组件的上横框与下横框之间通过过渡上横框和下横框相连接。窗体组装件的组装，在工厂加工好过渡横梁，在工厂完成再将其发往工地，然后依次安装即可，简便且省时。

再次，由于建筑尺寸较大，为了解决伸缩变形问题，每隔6～7个窗体设置有1个伸缩缝，避免由于窗体伸缩变形导致窗体型材变形，将每层的收口位置设置在伸缩缝处，保证在不破坏窗的情况下完成窗体可靠连接。

4.2 开启部位解决方案

开启部位的设计是本工程的重点和难点。电动推拉窗及阳台推拉门采用气压密封的设计理念。当门窗关闭后，通过气泵对密封胶条充气，充气后的胶条膨胀且与框扇紧密贴合，解决了推拉门窗水密性和气密性差的问题。同时在推拉窗的室内侧设置安全栏杆，防止发生坠落。由于存在高层推拉，且门窗尺寸较大，在风压作用下启闭力较大，因此增加了电动开启功能，并将电机隐藏在门窗上框内，不影响美观，且便于检修和维护。

为了增加安全性，在室外安装防护栏杆。取消传统的外漏合页，设计隐藏式铰链固定，通过框扇槽口连接固定，且三维可调，以增加美观度，并减少加工安装过程中产生的误差。

4.3 遮阳一体化解决方案

由于该项目采用外遮阳产品，需要充分考虑其抗风压性能、使用功能等要求，因此与排窗系统的结合设计和配合成为一大难点。

外遮阳系统主要由遮阳产品（含面料、卷轴、电机等）、遮阳罩壳和遮阳固定支撑这3部分组成。由于遮阳厂家只提供遮阳产品，遮阳罩壳与遮阳固定支撑均为量身定制。为满足建筑的立面效果，遮阳罩壳需要适应建筑线条，另外遮阳的卷筒较大，导致遮阳罩壳尺寸较大，开模的成材率较低，因此采用分体型材的设计方法，既满足了建筑效果，又便于安装及检修。由于该楼层较高，对遮阳的抗风要求较高，因此该遮阳采用拉链式固定结构设计与遮阳导轨有效连接；另外采用遮阳固定支撑，确保其上下端与窗有效连接，通过固定支撑将2个遮阳导轨固定，避免遮阳导轨变形过大而导致遮阳面料脱出导轨。

通过以上设计实现了真正的遮阳一体化设计，避免出现因楼层过高，遮阳抗风压性能不达标的情况。

4.4 窗墙防水解决方案

该工程对外观效果有较高要求，窗墙体系与遮阳系统一体化设计，且外漏框型材较纤细，给防水、排水设计带来了较大困难。因此本工程窗墙体系的防水及排水解决方案也是本工程的重点和难点，通过以下设计手段能有效解决上述问题。

首先，该窗墙系统上下口接缝处均设有双道防水雨布。第1道为室外防水雨布，该防水雨布为防水透气型，使得雨水无法渗入接缝内，同时可使空气流通，避免洞口结露出现霉菌。第2道为室内侧防水雨布，在保证防水性能的同时，避免室内的潮气进入墙体接缝，从而避免结露发霉。

其次，每1层窗墙系统型材均有独立的自由排水系统，在型材的下框均设有不锈钢接水底板。室外的雨水从玻璃上自由流下，再通过型材上的排水孔流至不锈钢接水底板，最后通过底板自由排出。即使有少量雨水突破门窗的第1道密封胶条，也能通过窗系统底部的排水孔流至不锈钢防水底板，再由底板自由排出。

通过以上措施完美解决了该排窗系统的防水问题，并保证了建筑的外观。

4.5 开缝铝板防水方案

由于开缝铝板不打胶，很难解决其防水问题，因此国内开缝铝板设计的应用较少。本工程的设计采用铝板构造防水设计与内部防水相结合的设计理念。

该铝板系统为无横梁结构，如图4所示。铝板竖向采用无折边结构，通过专用的金属粘接胶带与U型龙骨连接，铝板上端用螺钉限位，铝板下端与U型龙骨勾接，U型龙骨与主体钢结构固定。铝板背部设有防水透气膜，该防水透气膜防水不透气，保温棉内产生的冷凝水可通过防水透气膜蒸发出去，保证岩棉处于干燥状态，铝板板块之间、铝板上端与装饰型材之间、铝板与遮阳罩壳上端之间的接缝完全开放，使面板与防水透气膜之间空气腔与室外完全想通，空气腔与室外完全等压，少量的水进入铝板后，通过遮阳罩壳上端的排水坡度排出室外，从而形成完善的排水体系。

图4 开缝铝板节点防水方案（Fig.4Open seam aluminum joint waterproof scheme）

通过以上设计能够有效地控制铝板变形，达到更好的外观效果和防水效果。

4.6 智能化控制

该项目采用电气安装总线（EIB）自动化集成系统，EIB自动化集成系统可实现智能化控制电动门及遮阳的开启和关闭。由于本项目住户多、楼层高，每户有独立的EIB控制系统。电动门上安装有自动化控制模块，只需将控制信号与门上的控制模块对接，可通过EIB自动化集成系统控制门的开启及关闭。另外电动门上有智能化控制模块，可实现通过手机或平板电脑控制电动门。

同时本项目设置了光强度感应器和风速感应器，可实现对遮阳产品的独立控制，所有遮阳系统与总控EIB相连。光感设置为太阳光达到一定照度时，统一放下遮阳帘，避免玻璃放射光线影响周边居民，本项目设置光照度>35 lx时，放下遮阳帘。由于楼层较高、风压大，风感设置为当风速达到设定值时，自动放下遮阳帘，同时室内遮阳开关无法控制窗帘，避免窗帘因为风速过大而被损坏。风速>80 km/h时，感应器会收起遮阳帘，风速>30 km/h不允许放下遮阳帘。

通过EIB集成系统可实现门窗及电动遮阳的智能化控制，实用性和舒适性更好。

5 结论

通过上述创新设计手段，该项目工程取得了较好的效果，主要表现为以下几个方面。

（1）建筑外观通透、简洁、大气且具有现代感。实现了较大开启和遮阳一体化设计，使得分隔尺寸及整体外观干净简洁，收起遮阳后看不到外漏的多余框架。

（2）物理性能优异。水密性、气密性和抗风压均达到了国标最高等级，保温性能综合值达到1.2，遮阳性能遮阳系数达到0.2以下，具有良好的节能效果，实现了低能耗的设计目标。

（3）优秀的使用功能。开启扇、遮阳等操作简单省力，且安全性高。

综上所述，本工程不仅实现了多个创新，还可为同类工程的设计应用提供较好的解决方案和经验。