外挂外窗与外保温节点构造的创新技术应用

2021-11-05郭双朝杨俊禄丁传奇

建筑施工 2021年7期

郭双朝杜毅杨俊禄丁传奇

北京建工集团有限责任公司北京 100055

1 工程概况

中国人民大学教学科研楼（东南区综合楼）及集体宿舍（留学生宿舍）项目位于北京市海淀区中关村南大街59号中国人民大学校园东南角，总建筑面积102 590 m2，地下3层，其中教学科研楼高80.70 m，地上18层；集体宿舍楼高64.50 m，地上19层。建筑主要功能为教室、实验室、学生活动用房和留学生宿舍。其中，集体宿舍楼建筑面积36 734 m2，地上19层，建筑高度64.50 m，地上建筑面积为30 420 m2，地下建筑面积为6 314 m2，所用建筑外窗为65系列铝合金断桥隔热内平开窗，玻璃采用TP6（LOW-E）＋12A＋TP6（LOW-E）中空钢化玻璃。

2 传统外窗与外保温系统构造特点及缺陷分析

在我国建筑行业中，外窗与建筑结构相对位置较为统一，均将建筑外窗安装在结构洞口的范围内，安装、固定方式均为尼龙胀栓或固定钢片，间距300～400 mm（规范要求不大于400 mm）。建筑洞口周边与外窗交接处，建筑保温性能相对薄弱，具体构造节点做法如图1所示。此种构造在实际使用时存在一定的缺陷，主要有以下三方面。

图1 构造节点做法

2.1 节点位置保温层施工质量不易控制

以A系统窗口为例：保温材料需在口部增加翻包网，且口部内侧保温层较墙体大面更薄，5%找坡为手工操作，施工质量不易控制（图2）。

图2 节点处保温做法

2.2 窗口外保温和窗框相交位置，易造成外墙渗漏

A、B、C、D、E系统各窗口外保温与窗框交接处长期暴露在自然环境下，均会出现起翘、开裂现象，以致造成外墙渗漏，对外保温系统产生不利影响（图3）。

图3 不利影响位置分布

2.3 外窗隔热出现“断谷”，影响建筑节能保温性能

建筑外窗安装位置使得外墙保温局部薄弱，隔热性能局部“断谷”，即等温线剧烈变化处（图4），热能损耗增大，影响建筑整体的节能保温性能[1]；若加厚此处外墙保温窗四周收口位置，则施工难度加大，外表面更易出现开裂、起翘等现象。

图4 隔热性能出现“断谷 ”

3 外挂外窗与外保温节点构造的创新技术

根据建筑节能降耗的大趋势，以中国人民大学工程中的留学生宿舍为例，从减少冷热桥、提高构造和安装可靠性、耐久性等多方面考虑，对65系列铝合金断桥隔热内平开窗的安装节点进行创新、优化设计，并综合考虑外立面造型、建筑外檐整体美观等因素。

3.1 创新优化后构造特点

根据工程实际需求，将铝合金外窗外移，悬于结构之外。构造特点是：强化外窗与墙体的连接装置，确保外窗的安全性、可靠性；通过调整外窗进出位，将外窗与外保温的隔热线尽可能布置在同一平面上；利用外立面铝合金装饰压盖将外窗与外保温的工艺间隙完全隐蔽；鉴于在构造上消除了外窗台，也就降低了外墙保温在窗口收口位置上的施工难度（不用翻包网、不用窗口外窗台及找坡），避免了其他质量隐患的出现。具体如图5、图6所示。

图5 口部节点示意

图6 外挂窗与外保温构造拆解示意

3.2 优化技术安装要点

1）外窗安装在其外表面距结构外皮120 mm的位置上。采用厚5 mm钢质外挂固定件（L形钢板连接件），四周形成整体的外挂系统，钢连接件四周采用密封胶与结构密封（在外保温系统内侧，避免外挂窗与外墙间出现渗漏）。

2）钢连接件根据窗的自重荷载、风荷载等进行荷载组合并通过受力计算，采用厚5 mm的热镀锌钢板折弯成L形。水平方向，钢连接件外伸长度不能超过外窗断桥隔热区域以及外墙外保温的外边线，并低于外装饰面层20 mm；竖直方向，锚栓固定点中心距离结构边缘50 mm以上，固定点中心距离钢连接件边至少2d（d为化学锚栓直径），同时连接件通长布置，四边角部焊接，形成外窗连接件的一个整体框架结构。

3）通过受力计算，钢连接件采用M8化学锚栓与基层墙体固定，锚栓间距≤500 mm，沿钢连接件均匀布置。化学锚栓布置位置距离洞口结构边缘≥50 mm，避免破坏受力钢筋或钢筋保护层。在安装钢连接件前，对锚栓进行现场拉拔试验，拉拔试验参数按锚栓设计值的2倍考虑。

4）外窗通过不锈钢自攻螺丝（间距≤400 mm）将外窗窗框固定在钢连接件上。

中国人民大学留学生宿舍工程采用优化技术后，基本达到了幕墙安装效果。

3.3 创新优化后的实施效果分析

3.3.1 保温材料覆盖连接件，有效降低材料传热影响

对于该构造做法，L形钢板连接件是隔热性能的薄弱部位，外保温需要覆盖部分窗框以消除窗框边缘热桥[2]，但本工程外保温材料已基本将连接件覆盖（图7）。根据工程实际情况，L形钢板连接件截面长度250 mm、厚度5 mm，则被保温层覆盖范围达到其表面的98%，未被保温层覆盖的范围仅2%。针对此范围，通过预留空间附加隔热材料，隔热材料采用硅酮耐候密封胶（为非晶体材料，导热性能较差），以降低室外环境对金属材料传热的影响。

图7 保温材料与L形钢板连接件位置

3.3.2 避免“断谷”现象出现，保温性能显著提高

外窗安装的进出位根据已确定的外墙外保温厚度而定，将外窗与外墙外保温的隔热线尽可能布置在同一平面位置上，使隔热等温线平滑过渡，避免等温线“断谷”现象的出现。建筑外墙基本全部被外墙外保温和断桥隔热窗所覆盖，但局部交接位置存在间隙，可采取增加发泡胶、硅酮耐候密封胶、外装饰构件等措施（图8），以清除冷热桥隐患，提升建筑保温性能，降低能耗。

图8 建筑外墙隔热模拟示意

3.3.3 增加外装饰构造，整体提高外窗使用寿命

本工程增加采用铝合金压盖的外装饰构造，有效隐蔽工艺间隙，对耐候密封胶起到保护、遮盖作用，消除紫外线直接照射、雨雪等自然环境的影响，提高使用年限。

3.3.4 根据设计需求，灵活调整进出位置

此种构造可根据外墙厚度、外保温厚度以及建筑外檐造型需求调节窗的进出位置（图9），避免了建筑在洞口位置外墙保温收口薄厚不均、外窗台坡度不易控制所造成的不良影响。以留学生宿舍工程为例，外檐整体装饰达到了幕墙的装饰效果。同时，室内窗台的断面宽度达到了280 mm，可以作为室内空间进行充分利用，并通过窗台、窗套的装饰做法将钢连接件与室内的接触面完全隔绝，更好地避免冷热桥现象。

图9 窗进出外墙位置

3.4 创新技术优势分析

3.4.1 安装方便、承载力更强

新技术安装方便，且不会因结构窗口施工偏差的大小影响外窗的定位安装。通过在连接件、化学锚栓的设计过程中充分考虑荷载组合，并将锚栓拉拔试验设计值按2倍计算，为外挂构造的承载能力提供充分保证。同时，窗框与连接件采用自攻螺丝固定，为金属间机械固定，连接强度更高、更可靠。

3.4.2 改善外窗口部做法、有效隐蔽交接处薄弱点

通过增加外延装饰铝合金压盖，将外窗与外保温交接处易起翘、开裂的薄弱点完全隐蔽，避免长期承受室外自然条件的影响。通过外移窗框避免形成口部保温的薄弱部位，提高外保温体系的保温性能。同时，取消外窗台做法，避免了外窗台积水现象，减少外墙渗漏点。

3.4.3 提高整体节能效果，适用范围广

此构造形式对外墙外保温材料和工艺没有特殊要求，故从建筑整体的节能设计角度考虑，应用范围较广。此外，由于外窗外移还相应增加了室内的使用空间，也为其应用提供了额外支撑。

4 结语

外挂外窗与外保温节点构造的创新技术是对传统外保温系统节点构造的创新，对于被动窗而言，在细部构造上也是小创新。本文中的做法以及构造措施都是经过实践不断优化调整后的结晶[3]。它克服了传统外保温系统中外窗固定点承载力无试验验证、外窗口部外保温施工难度大、保温性能薄弱、施工质量不易控制、易产生质量隐患等不足。通过将L形钢板连接件设计成一个整体钢框架，相对现有被动窗采用角码与结构固定更安全可靠。同时，也使建筑外檐的观感效果得到一定的提升。