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聚氨酯附框解决了建筑门窗的安装问题
来源:《建筑幕墙创新与发展》  作者:周佩杰 时间:2017-07-04 09:23 浏览次数:1748
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摘要:【铝博士网】节约资源、节约能源、建立节约型社会就是要减少能源消耗和低碳排放,而建筑直接耗能占全社会耗能的46%-50%,其中门窗的能源损失又占到建筑能耗的50%,这样近四分之一能耗就由于门窗而被消耗掉,所以减少门窗的能源损失是当前建筑节能的主要途径之一。

  节约资源、节约能源、建立节约型社会就是要减少能源消耗和低碳排放,而建筑直接耗能占全社会耗能的46%-50%,其中门窗的能源损失又占到建筑能耗的50%,这样近四分之一能耗就由于门窗而被消耗掉,所以减少门窗的能源损失是当前建筑节能的主要途径之一。

  门窗节能与质量主要在于门窗玻璃、门窗框材料、玻璃与门窗框的密封、开启扇的密封和与建筑墙体的联接的五大重要因素。而门窗与建筑墙体的联接和密封在现行各种规范对此没有明确规定,更没有相应试验和检验标准,采用一种通常作法,另外由于门窗是由门窗企业进行安装,而建筑墙体和门窗安装后的收口是由建筑施工企业来完成,双方能否配合好显得更加关键,为此现在门窗存在很多问题集中反映在这理,特别是热桥(是指建筑围护结构中热流密度显著增大的部位,成为传热较多的桥梁)问题,必须彻底解决建筑门窗与建筑墙体间的连接和安装问题,使其规范标准化,达到门窗全方位实现节能。

  1 门窗安装用附框的产生与发展

  1.1 附框的产生

  建筑门窗在建筑墙体上安装,是由建筑预留门窗洞口,采用固定片通过射钉(或膨胀螺栓)将窗框与墙体转接固定(见图1)或用膨胀螺栓将窗框与墙体直接固定(见图2)的方式进行安装;窗框与墙体之间用发泡胶进行保温,水泥砂浆进行收口,密封胶进行密封;最后再安装门窗玻璃等各种附件,完成整个门窗的安装,这也就是门窗的湿法安装。

图1 湿法转接固定安装节点

图2 湿法直接固定安装节点

  由于门窗的湿法安装时存在着:建筑施工过程中给门窗预留的洞口不规范;先安装门窗后进行二次抹灰收口对门窗的污损严重;在门窗具备安装条件时,留给门窗洞口测量、门窗加工和安装的时间很短,门窗安装不能保证工期等问题。针对上述问题的解决办法是先安装附框、土建二次收口后再安装门窗。

  建筑门窗用附框是指在安装门窗前在墙体洞口预先安装的结构框件,建筑门窗通过该框件与墙体相连。

  选用什么样的附框,现成的材料就是钢附框,为不影响门窗的洞口尺寸,使门窗太小又不使二次抹灰量过大,为此要求截面要小,所以选用20mm×40mm的矩形方钢管做为附框,其壁厚由先期的1.2mm到现在普遍使用的1.5mm。

  有了附框,门窗安装时要在建筑预留的洞口内先安装附框,建筑进行二次抹灰收口,待土建装饰工程完成后,再进行门窗安装,这样相对的提高了门窗的安装质量,这也就是门窗干法安装(见图3和图4)。为此附框具有规范洞口、转接、解决门窗湿法安装对门窗的污损、加快了门窗安装工期的作用。

图3 干法转接固定安装节点

图4 干法直接固定安装节点

  1.2 现行钢附框的局限性

  由于钢附框是一种临时代用品,它具有一定局限性。

  1) 耐蚀性能差,不能与建筑同寿命,甚至于比门窗的寿命还短;

  2) 尺寸单一,适用性差;

  3) 导热系数高,在墙体中形成了热桥,影响窗与墙体间的保温性能;

  4) 线膨胀系数高于窗与墙体间的各种材料,导致膨胀伸缩后变形尺寸不一致,而形成裂缝,影响窗与墙体间的气密性,水密性,因裂缝导致冷热对流,形成了室内结露、结霜、结冰,同时又影响保温性能;

  5) 当铝合金隔热窗双腔分别与其连接时,又形成了热桥;

  6) 因热胀冷缩会引起响动、脱胶、固定点松动等现象发生;

  7) 不能满足门窗安装对附框的更高要求。

  1.3 附框的发展

  国家建筑节能75%和被动房建筑,绿色经济、科技环保的发展战略,门窗整窗单元安装,建筑和门窗产业化生产对门窗安装以及所用的附框提出了更高和新的要求。

  以聚氨酯附框为代表的新型非金属附框应运而生,在满足规范洞口、有利门窗成品保护和缩短门窗安装工期的作用外,还具有以下功能,同时也代表了附框的研究与发展方向。

  1) 附框是结构构件,应耐蚀,同建筑同寿命;

  2) 为门窗的安装提供可靠的连接,保证其抗风压性能;

  3) 附框材料要有同建筑墙体保温相同或低的导热系数,不能形成热桥,不能因此而影响墙体的保温性能;

  4) 要保证窗与墙体之间无缝隙和裂缝,必须保证附框与墙体间相结合的材料要具有亲和能力,也就是要有相近的线膨胀系数,才能保证门窗与墙体间的气密性,而不漏水;

  5) 为门窗的安装用附框提供不同的断面尺寸和结构体系,保证门窗与墙体之间无通缝和便于密封;

  6) 附框的安装便捷和牢固,有利于建筑二次收口施工;

  7) 为门窗的安装、墙体的内外装饰提供整套的解决方案,并为窗台板,窗套板等安装提供配套的安装和连接方式;

  8) 为整窗单元安装和住宅门窗产业化生产提供可靠和便捷的的安装方式;

  9) 为被动式建筑门窗的安装提供可靠和便捷的的安装方式。

  1.4 门窗和门窗附框的发展瓶颈:

  1) 当前门窗存在气密性、水密性差而导致的漏水等问题以及门窗节能保温差而导致结露、结冰主要是门窗与建筑墙体的连接和密封。

  2) 建筑和门窗产业化生产就要实行门窗整窗单元安装,整窗单元安装就要解决门窗与建筑墙体的连接。

  3) 被动式建筑门窗也要要解决的是门窗与建筑墙体的连接。

  4) 而门窗与建筑墙体的连接和密封的纽带就是门窗用附框。

  5) 而当前被忽视的就是门窗用附框,现在没有专门标准,而在一些标准规定也是模棱两可,不可执行。

  6) 附框现在才开始,但发展还没有目标、不平衡,仅局限于钢附框的结构型式。

  7) 由于开发商的短期行为、只追求经济利益,而附框又是隐蔽工程看不见,不采用具有功能要求和寿命长的附框。

  8) 对非金属附框的性能指标提出了不切合实际的过高指标要求,超出了建筑本身的节能要求和连接性能要求,阻碍了非金属附框的健康发展。

  2 现行门窗用附框的相关规定

  2.1 《建筑节能工程施工质量验收规范(GB 50411-2007)》6.2.7条规定:外门窗框或附框与洞口之间的间隙应采用弹性闭孔材料填充饱满,并使用密封胶密封,外门窗框与副框之间的缝隙使用密封胶密封。6.2.7条规定:金属外门窗隔断热桥措施应符合设计要求和产品标准的规定,金属附框隔断热桥措施应与门窗框的隔断热桥措施相当。

  2.2 《铝合金门窗工程技术规范(JGJ 214-2010)》7.1.2规定: 铝合金门窗的安装宜采用干法施工方式,而对干法安装后与墙体之间的处理未做规定。7.3.2第6项规定: 铝合金门窗采用湿法安装时,铝合金门窗框与洞口缝隙,应采用保温、防潮且无腐蚀性的软质材料填充密实:宜可使用防水砂浆填塞,但不宜使用海砂成分的砂浆。使用聚氨脂泡沫填缝胶,施工前应清除粘接面的灰尘,墙体粘接面应进行淋水处理,固化后的聚氨脂泡沫胶缝的表面应做密封处理。7.3.5规定:铝合金门窗安装就位后,边框与墙体之间应采用粘接性能良好并相溶的耐候密封胶进行密封防水处理,胶缝采用矩形截面胶缝时,密封胶有效厚度应大于6mm;三角形截面胶缝时,密封胶截面宽度应大于8mm。

  2.3《天津市建筑节能门窗技术标准(DB 29-164-2010)》6.0.3规定:外门窗宜采用钢附框的安装方式。6.0.5规定:外门窗框与外墙之间以及外门窗框与附框之间的缝隙应采用聚氨脂等材料发泡填充饱满,其外表面应采用中性硅硐或耐候密封胶密封。附框与外墙之间的缝隙应采用防水砂浆填充饱满。密封胶施工宜在批腻子、涂刷涂料之前,密封胶应连续均匀。门窗扇的安装宜在密封胶施工24小时后执行。6.0.6规定:外窗框与下墙体之间的缝隙应采用聚氨脂等材料发泡填充饱满,外墙保温材料应略压住窗下框。做外保温保护层时,应在窗框与保护层之间预留宽度宜为5mm,深度宜为8mm的槽。槽内宜用中性硅硐或耐候密封胶密封。

  2.4江苏省住房和城乡建设厅的苏建函科〔2013〕443号,《关于印发《江苏省民用建筑外窗应用暂行规定》的通知》,从自2014年1月1日起执行,并规定;民用建筑外窗必须采用附框安装。附框性能应满足节能、强度高、耐腐蚀、耐久性好等要求。积极推广采用节能型附框,节能型附框材料性能应满足:导热系数(25℃)应不大于0.2W/(m·K),吸水率(24h)应不大于0.5%,加热后尺寸变化率(60℃,24h)应不大于0.1%,握钉力应不小于4000N。

  2.5DB37 T 5016-2014《山东省民用建筑外窗工程技术规范》规定: 5.6.1 附框应满足节能、强度、耐腐蚀、耐久性以及安装连接功能要求。5.6.2附框材料性能宜符合:导热系数不大于0.25W/(m·K),热膨胀系数小于1.5×10-5m/℃。

  3 聚氨酯附框在门窗安装中的应用

  3.1聚氨酯附框的特点及性能

  聚氨酯附框采用以纤维及其制品为增强材料,以聚氨酯树脂为基材,将纤维及织物经压力注射聚氨酯树脂后,通过加热专用模具高温固化成型,经牵引机牵引拉挤工艺生产出表面光洁、尺寸稳定、强度高的拉挤工艺复合的异型材附框。,它是新型高分子复合材料,基体树脂和增强纤维构成的类似于钢筋混凝土的一种复合结构体,由于树脂和纤维在性能上的“优势互补”,使其具有具有轻质高强、耐潮湿、耐腐蚀、抗老化,阻燃、绝热、绝缘、保温、隔声等优良的物理化学性能,在高低温作用下,仍能保持尺寸稳定性,工艺先进,在生产过程中不会造成公害。

  3.2聚氨酯附框的结构体系

  按附框断面的宽度尺寸分为40、50、60、70、80、90、100等系列,按附框的不同用途和功能构造又分为普通型、功能型和单元型三种附框。

  3.2.1 普通型附框

  是指附框结构简单的矩型结构,其功能只起转接作用(见图5和 图6)。

图5 40B附框安装节点

图6 60B附框安装节点

  图中:1——吃灰槽:提高水泥砂浆与附框的固定强度;

  2——外定位平面:用于附框与建筑墙体间的定位;

  3——单斜坡结构:使防水水泥砂浆很容易进入到附框与墙体之间,消灭了空洞现象,提高水泥砂浆与附框的固定强度,为建筑施工提供了方便;

  4——内定位平面:为门窗安装提供了定位和注密封胶;

  5——螺钉加厚壁:提高螺钉的承载能力和门窗的抗风压性能;

  6——安装定位线:附框安装位置与建筑轴线的控制定位用。

  7——组装槽口:为窗台板、披水板和其它门窗配件提供的安装槽口。

  3.2.2功能型附框

  是指附框的结构能够满足附框与墙体联接所必备的功能要求(见图7和图8)。

图7 70A附框安装节点

图8 90A附框安装节点

  图中:1——卡槽结构:为固定片提供了卡接和调整位置;

  2——双斜坡结构:使防水水泥砂浆很容易进入到附框与墙体之间,消灭了空洞现象,为建筑施工提供了方便,同时保证了附框的固定强度;

  3——上面单斜坡结构:内高外低可有效的排出渗水;

  4——附框与墙体之间的结构空间:通过填充闭孔的弹性保温材料,提高门窗与墙体间的保温性能,并为金属门窗因热胀冷缩提供了变形空间,而不会影响结构变形,消除了响动、脱胶、固定点松动等现象发生;

  5——分腔结构:使附框形成多腔体,提高其保温性能;

  6——室内的凸边结构:为门窗安装提供了定位和注密封胶,并可有效的解决墙体与窗框间的通缝问题。

  3.2.3 单元型附框

  是指附框结构能够满足建筑门窗进行整窗单元安装的要求(见图9)。

  图中: 1——卡槽结构:为固定片提供了卡接和调整位置;

  2——双斜坡结构:使防水水泥砂浆很容易进入到附框与墙体之间,消灭了空洞现象,为建筑施工提供了方便,同时保证了附框的固定强度;

  3——内平面结构:为门窗安装提供由室内向室外平推平面,保证销钉或弹簧卡片的入位;

  4——室外的凸边结构:为门窗安装提供了定位和注密封胶,并可有效的解决墙体与窗框间的通缝问题; 下面附框无此结构是保证排水腔体系的设置;

  5——附框与墙体之间的结构空间:通过填充闭孔的弹性保温材料,提高门窗与墙体间的保温性能,并为金属门窗因热胀冷缩提供了变形空间,而不会影响结构变形,消除了响动、脱胶、固定点松动等现象发生;

  6——附框内凹槽结构:提供了销钉的安装槽口,不用在附框上铣工艺孔,保证了门窗的整窗单元安装。

图9 90B、90C附框安装节点

  3.3 聚氨酯附框的组装工艺

  3.3.1 聚氨酯附框组装工艺

  3.3.2 组装时的注意事项

  1) 组角件是有方向性,为此不能安装反了,更不能安装不上硬安装,以免损坏附框;

  2) 自攻钉距边距离不要小于10mm,防止撕裂附框;

  3) 自攻钉应选用盘头自攻钉,最好是带垫圈式自攻钉,要先钻孔后攻钉;

  4) 采用专用切割锯片和钻头进行切割和钻孔,切割和钻孔时不能用力过大;

  5) 材料要轻拿轻放、不得踩踏。

  3.4 聚氨酯附框在建筑预留洞口上的安装工艺

  3.4.1 安装方式

  按附框与建筑墙体的固定方式可分为:

  直接固定式:将附框直接用金属膨胀螺栓或尼龙胀锚螺栓直接与建筑墙体进行固定的方式(见图10);

  转接固定式:将附框通过固定片将中间部分与附框进行卡接(或用自攻钉进行固定)后,再将固定片的另两端用金属膨胀螺栓或尼龙胀锚螺栓或身钉与建筑墙体进行固定的方式(见图11)。

图10直接固定式

图11转接固定式

  按附框在建筑预留的洞口安装位置可分为:结构内(见图12)、结构内外平齐(见图13)和结构外(见图14)三种。

图12结构内

图13结构内外平齐

图14结构外

  3.4.2 安装工艺

  3.5门窗在聚氨酯附框内的安装系统

  3.5.1 安装工艺

  3.5.2直接固定式

  本系统应用于门窗采用先安窗框再安装玻璃的分体安装方式,窗框在附框上安装采用的是用自攻钉将窗框直接固定在附框上的安装方式(见图15-图18)。

  先将窗框从室内或室外安装在附框内,窗框与附框间下面要加硬质矩型垫片或斜型垫片,将窗框安装在指定的位置上,用自攻钉在窗框预留的安装孔内固定在附框上,同时要穿透附框的两个壁厚,在安装工艺孔上加盖工艺孔盖,工艺孔盖要用密封胶进行密封。

  窗框与附框间填充闭孔保温材料,室内室外注密封胶,胶高要5-8mm,并形成圆弧状,胶要连续,接缝不要在转角部和下面。

  本系统固定点牢固可靠,简单易行,经济合理。

图15 铝合金窗直接固定安装节点

图16 铝合金窗双腔直接固定安装节点

图17 塑料窗直接固定安装节点

图18 木包铝窗双腔直接固定安装节点

  3.5.3 转接固定式

  本系统应用木窗或铝包木窗整窗单元安装的转接固定式(见图19)。

  窗框在附框上安装,采用室内安装方式,窗框与附框间下面要加硬质矩阵型垫片,将窗框安装在指定的位置上,用自攻钉将15×60单孔固定片一端固定在窗框的指定位置,另一端固定在在附框上,要保证其安装尺寸不大于10mm。

  窗框与附框间填充闭孔保温材料,室内室外注密封胶,胶高要10-15mm,并形成圆弧状,胶要连续,接缝不要在转角部和下面。

  本系统固定点牢固可靠,简单易行,经济合理,但胶缝过大。

图19 木包铝合金窗转接固定安装节点图

  3.5.4 整窗单元安装弹簧销钉固定式

  本系统应用木窗或铝包木窗整窗单元安装的弹簧销钉固定式(见图20和图21)。

  附框采用下边以有利于排水无挡边附框和另三边的可以对窗框进行限位有外挡边的附框。

  窗框采用从室内向室外安装方式,在窗框指定位置将弹簧销钉安装在孔内,安装到弹簧拉环为止,拉环应水平面向室内,此时弹簧销钉的扃圆头面应与附框的沟槽平行。

  窗框与附框间下面要加硬质矩型垫片,将整窗从室内向室外平推安装到位,调整附框与窗框的间隙和水平及垂直度,合格后开始弹簧销钉固定,先将拉环拉开,弹簧销钉会自动弹入到附框的沟槽内,然后用专用搬手将销钉扃圆头旋转90°,使销钉的圆弧面顶住附框沟槽内的两个侧壁,固定结束。

  本系统可以有效的提高安装效率,固定点牢固可靠,并保证了整窗的质量,提高了墙体与窗框间的保温性能。

图20 铝包木窗弹簧销钉固定安装节点图

图 21 木包铝窗弹簧销钉固定安装节点

  3.5.5 整窗单元安装弹簧卡片固定式

  本系统应用整窗单元安装的弹簧卡片固定式(见图22)。

  附框采用下边以有利于排水无挡边附框和另三边的可以对窗框进行限位有外挡边的附框。

  窗框采用从室内向室外安装方式,在附框上安装弹簧卡片,将弹簧卡片的U槽卡在附框的U槽槽口内卡住,此时弹簧卡片的前端应朝向室外。

  窗框与附框间下面要加6mm厚硬质垫片,将整窗从室内向室外平推,此时窗框压下弹簧卡片,安装到位后,弹簧卡片前端卡住窗框内槽口的内壁,与附框的挡边共同固定住窗框,调整附框与窗框的间隙和水平及垂直度,合格后整个固定结束。

  窗框与附框间填充闭孔保温材料,室内室外注密封胶,胶高要5-8mm,并形成圆弧状,胶要连续,接缝不要在转角部和下面。

  本系统可以有效的提高安装效率,固定点牢固可靠,并保证了整窗的质量,提高了墙体与窗框间的保温性能。

  3.5.6 被动式建筑窗与附框的安装

  由于门窗在建筑洞口墙体结构外进行安装,这样也相应决定了附框要安装在建筑墙体结构外的位置。采用聚氨酯角型连接件通过金属膨胀螺栓与建筑结构进行直接固定,再将聚氨酯角型连接件与附框进行固定,窗在安装附框内,窗、附框和保温系统形成统一的保温结构体系,保证了等温线在同一位置,聚氨酯附框与保温系统的相近的线膨胀系数可以保证连接处不开裂而出现裂缝(见图23)。

  在固定时要注意固定点要距混凝土边缘大于50mm,防止混凝土因固定而开裂。

  本体系固定方式简单易行,可适用于不同的附框的安装,也可适用窗框在附框上的不同安装方法,是完善的被动式建筑的安装系统结构。

图22 木包铝窗弹簧卡片固定安装节点

图 23 木包铝窗用于被动房建筑安装节点

  4 结论

  在国外对门窗的性能要求是窗安装在墙体上的整体性能,在国内现在也开始了门窗与墙体间的整体保温检验,而影响此处的最大问题就是附框,附框虽简单,但它是门窗与墙体连接的结合体和纽带,此处处理不好,保温、强度、气密、水密等性能也无法保证,为此门窗用附框势在必行,低导热系数高强度的节能附框也势在必行。

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