郭雙朝 杜 毅 楊俊祿 丁傳奇

北京建工集團有限責任公司 北京 100055

1 工程概況

中國人民大學教學科研樓（東南區(qū)綜合樓）及集體宿舍（留學生宿舍）項目位于北京市海淀區(qū)中關村南大街59號中國人民大學校園東南角，總建筑面積102 590 m2，地下3層，其中教學科研樓高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、實驗室、學生活動用房和留學生宿舍。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)構造特點及缺陷分析

在我國建筑行業(yè)中，外窗與建筑結構相對位置較為統(tǒng)一，均將建筑外窗安裝在結構洞口的范圍內，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，具體構造節(jié)點做法如圖1所示。此種構造在實際使用時存在一定的缺陷，主要有以下三方面。

圖1 構造節(jié)點做法

2.1 節(jié)點位置保溫層施工質量不易控制

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

圖2 節(jié)點處保溫做法

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)點構造的創(chuàng)新技術

根據(jù)建筑節(jié)能降耗的大趨勢，以中國人民大學工程中的留學生宿舍為例，從減少冷熱橋、提高構造和安裝可靠性、耐久性等多方面考慮，對65系列鋁合金斷橋隔熱內平開窗的安裝節(jié)點進行創(chuàng)新、優(yōu)化設計，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)化后構造特點

根據(jù)工程實際需求，將鋁合金外窗外移，懸于結構之外。構造特點是：強化外窗與墻體的連接裝置，確保外窗的安全性、可靠性；通過調整外窗進出位，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），避免了其他質量隱患的出現(xiàn)。具體如圖5、圖6所示。

圖5 口部節(jié)點示意

圖6 外掛窗與外保溫構造拆解示意

3.2 優(yōu)化技術安裝要點

1）外窗安裝在其外表面距結構外皮120 mm的位置上。采用厚5 mm鋼質外掛固定件（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構密封（在外保溫系統(tǒng)內側，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、風荷載等進行荷載組合并通過受力計算，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，錨栓固定點中心距離結構邊緣50 mm以上，固定點中心距離鋼連接件邊至少2d（d為化學錨栓直徑），同時連接件通長布置，四邊角部焊接，形成外窗連接件的一個整體框架結構。

3）通過受力計算，鋼連接件采用M8化學錨栓與基層墻體固定，錨栓間距≤500 mm，沿鋼連接件均勻布置?；瘜W錨栓布置位置距離洞口結構邊緣≥50 mm，避免破壞受力鋼筋或鋼筋保護層。在安裝鋼連接件前，對錨栓進行現(xiàn)場拉拔試驗，拉拔試驗參數(shù)按錨栓設計值的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。

中國人民大學留學生宿舍工程采用優(yōu)化技術后，基本達到了幕墻安裝效果。

3.3 創(chuàng)新優(yōu)化后的實施效果分析

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造，有效隱蔽工藝間隙，對耐候密封膠起到保護、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)設計需求，靈活調整進出位置

此種構造可根據(jù)外墻厚度、外保溫厚度以及建筑外檐造型需求調節(jié)窗的進出位置（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。以留學生宿舍工程為例，外檐整體裝飾達到了幕墻的裝飾效果。同時，室內窗臺的斷面寬度達到了280 mm，可以作為室內空間進行充分利用，并通過窗臺、窗套的裝飾做法將鋼連接件與室內的接觸面完全隔絕，更好地避免冷熱橋現(xiàn)象。

圖9 窗進出外墻位置

3.4 創(chuàng)新技術優(yōu)勢分析

3.4.1 安裝方便、承載力更強

新技術安裝方便，且不會因結構窗口施工偏差的大小影響外窗的定位安裝。通過在連接件、化學錨栓的設計過程中充分考慮荷載組合，并將錨栓拉拔試驗設計值按2倍計算，為外掛構造的承載能力提供充分保證。同時，窗框與連接件采用自攻螺絲固定，為金屬間機械固定，連接強度更高、更可靠。

3.4.2 改善外窗口部做法、有效隱蔽交接處薄弱點

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，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。

3.4.3 提高整體節(jié)能效果，適用范圍廣

此構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)能設計角度考慮，應用范圍較廣。此外，由于外窗外移還相應增加了室內的使用空間，也為其應用提供了額外支撐。

4 結語

外掛外窗與外保溫節(jié)點構造的創(chuàng)新技術是對傳統(tǒng)外保溫系統(tǒng)節(jié)點構造的創(chuàng)新，對于被動窗而言，在細部構造上也是小創(chuàng)新。本文中的做法以及構造措施都是經(jīng)過實踐不斷優(yōu)化調整后的結晶[3]。它克服了傳統(tǒng)外保溫系統(tǒng)中外窗固定點承載力無試驗驗證、外窗口部外保溫施工難度大、保溫性能薄弱、施工質量不易控制、易產生質量隱患等不足。通過將L形鋼板連接件設計成一個整體鋼框架，相對現(xiàn)有被動窗采用角碼與結構固定更安全可靠。同時，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結構設計與施工關鍵技術[J].建筑施工,2019,41(5):833-840.

[3] 彭偉文,林意,羅慶,等.內澆外掛型預制凸窗設計與安裝的探討[J].建筑結構,2016,46(增刊1):641-646.