上海市萬里城5#地塊項目門窗幕墻節(jié)能設(shè)計

張磊

（上海奧為建筑節(jié)能科技有限公司，上海 200063）

0 引言

隨著建筑業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高，對建筑的外觀、使用功能、物理性能及通透性等的要求越來越高。建筑的通透性與節(jié)能性往往是相互矛盾的，如何解決這個矛盾是亟待研究的難題。本文以上海市萬里城5#地塊項目工程為例，提出了遮陽一體化的外墻解決方案，取得了良好的節(jié)能效果，并實現(xiàn)了“透明墻”的建筑外觀，受到廣泛好評。

1 工程概況

建筑項目位于上海市普陀區(qū)新村路與真華路交匯處，建筑總高82.5 m，共24層。建筑結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)防烈度7級，地面粗糙度為C類，基本風(fēng)荷載為0.55 kN/m2，如圖1圖2所示。

圖1 上海萬里城5#地塊項目效果圖（Fig.1 Shanghai Wanli City No.5 plot project rendering）

圖2 上海萬里城5#地塊項目實景圖（Fig.2 The real scene of Shanghai Wanli City No.5 Plot）

2 設(shè)計理念

本項目采用遮陽一體化全景窗墻系統(tǒng)。南立面采用氣壓密封推拉門系統(tǒng)，東西北立面采用內(nèi)開內(nèi)倒落地窗系統(tǒng)，層間為開放式鋁板系統(tǒng)，使得整個建筑空間明亮、通透，同時該系統(tǒng)提升了建筑的保溫和節(jié)能效果，層間及構(gòu)架部分采用白色鋁板，以不同的線條體現(xiàn)建筑造型。該項目高度較高，如使用傳統(tǒng)門窗，其抗風(fēng)壓性能及平面變形性能無法達(dá)到要求。針對這一問題，設(shè)計了全景窗墻系統(tǒng)，既能滿足對建筑外觀效果的追求，也提升了門窗系統(tǒng)的節(jié)能性、舒適性及經(jīng)濟(jì)性，突破傳統(tǒng)門窗界限，發(fā)揮了門窗系統(tǒng)在高層建筑上的應(yīng)用優(yōu)勢。

3 外墻方案設(shè)計選型

3.1 傳統(tǒng)幕墻的特點

雖然傳統(tǒng)幕墻體系應(yīng)用時間較長，但仍存在一些缺點和弊端。傳統(tǒng)的幕墻系統(tǒng)可以實現(xiàn)大玻璃的通透設(shè)計，但節(jié)能性能較差，尤其是型材框架部分的保溫隔熱性能較差，容易產(chǎn)生結(jié)露現(xiàn)象。傳統(tǒng)幕墻體系安裝在主體結(jié)構(gòu)外側(cè)，層間的處理較復(fù)雜，且較難與外遮陽產(chǎn)品結(jié)合，外觀效果不理想。傳統(tǒng)幕墻與開啟扇的結(jié)合外觀不夠干凈整潔，且開啟能力有限，無法滿足個性化要求。

3.2 窗墻系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用

為提升傳統(tǒng)幕墻節(jié)能性能，本工程采用遮陽一體化全景窗墻系統(tǒng)。鋁型材采用穿條斷熱設(shè)計，最大隔熱條高度為40 mm，具有超高的保溫性能。加強中挺采用加襯鋼設(shè)計，滿足抗風(fēng)壓性能的要求。玻璃采用雙銀LOW-E雙中空夾膠玻璃設(shè)計，玻璃內(nèi)部充氬氣，具有較強的保溫、安全和隔聲性能。為減小玻璃自爆率，對該項目的玻璃作均質(zhì)處理，并采用超白玻璃原片。

開啟部位是設(shè)計的重點和難點。為保證外觀的通透及開啟的效果，采用內(nèi)開內(nèi)倒窗與電動推拉窗組合的設(shè)計。為達(dá)到建筑高通透性及舒適性，該項目的門窗均為落地窗，所有開啟部位設(shè)置安全護(hù)欄，保證舒適性同時，具備良好的安全性。

由于普通推拉窗的水密性、氣密性、抗風(fēng)壓和保溫性能較差，本項目采用了氣壓密封的電動推拉門窗，為國內(nèi)首家。該推拉門系統(tǒng)為純?nèi)鹗窟M(jìn)口，經(jīng)過嚴(yán)格的測試并已取得產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證，與普通推拉門窗相比，其各項指標(biāo)有大幅提升，見表1。

表1 推拉門窗性能指標(biāo)（Tab.1 Performance indicators of sliding doors and Windows）

3.3 遮陽一體化系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用

由于透明面積較大，遮陽性能是重要的技術(shù)指標(biāo)。根據(jù)使用位置的不同，遮陽可分為外遮陽、中置遮陽和內(nèi)遮陽3種。其中外遮陽效果最佳，遮陽效率最高，因此本工程采用外遮陽的設(shè)計方案。由于本項目地處上海地區(qū)，且建筑高度較高，對遮陽產(chǎn)品抗風(fēng)壓性及耐久性的要求更高。本工程設(shè)計方案選取織布類的遮陽產(chǎn)品，能夠較好地吸收機(jī)械張力，并抵御極端天氣。經(jīng)過嚴(yán)格的測試及產(chǎn)品質(zhì)量認(rèn)證，該遮陽系統(tǒng)的抗風(fēng)壓性能最大可達(dá)180 km/h。

遮陽產(chǎn)品一般是獨立設(shè)計和獨立安裝，后期可能出現(xiàn)很多問題，如外觀效果不好、施工安裝困難、施工質(zhì)量較差、建筑整體性能未達(dá)到預(yù)期水平等。為解決上述問題，本工程采用一體化解決方案，在設(shè)計、加工及安裝的各個環(huán)節(jié)充分考慮遮陽與外窗的高度匹配。

3.4 鋁板系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用

傳統(tǒng)的鋁板系統(tǒng)用螺釘將鋁板固定到龍骨上，鋁板接縫處采用硅膠密封，該安裝形式有如下缺點。

（1）溫差變化會導(dǎo)致鋁板變形，出現(xiàn)“鼓肚子”現(xiàn)象。

（2）硅膠密封時間長，易老化，且施工不當(dāng)易產(chǎn)生漏水現(xiàn)象。

（3）鋁板表面積灰，下雨后灰塵從上到下流過整個墻面，出現(xiàn)條形污漬，需要經(jīng)常清洗。

（4）存在膠縫，且膠縫顏色與鋁板不同，受打膠水平的影響，外觀質(zhì)量不理想。

為解決傳統(tǒng)鋁板幕墻存在的缺點，本工程采用了創(chuàng)新的開縫式鋁板幕墻方案（詳見章節(jié)4.5）。

4 設(shè)計難點及解決方案

4.1 窗墻系統(tǒng)的解決方案

常見的窗系統(tǒng)均為洞口窗，排窗較少。窗墻體系設(shè)計是本工程的難點之一，吸收了國外工程的先進(jìn)設(shè)計理念，將玻璃系統(tǒng)安裝在洞口內(nèi)側(cè)，優(yōu)化了桿件的受力模式，形成窗墻體系。

首先，窗墻系統(tǒng)采用90°連接方式組框。特制了T型角碼，將橫框與豎框連接起來，在連接部位注角膠后，用銷釘將窗框型材與角碼連接起來，保證角碼的連接強度，如圖3所示。

圖3 窗墻系統(tǒng)橫豎框連接（Fig.3 The window and wall system are connected by horizontal mullions）

其次，由于窗體尺寸較大，為了便于運輸安裝，將該排窗系統(tǒng)設(shè)計為若干窗體組件和過度橫框。每1個窗體組件均包括窗框和安裝在窗框內(nèi)部的中空玻璃（窗框安裝結(jié)束后安裝玻璃），窗框包括上橫框、下橫框、左豎框和右豎框，左豎框與右豎框的上端和下端分別通過T型角碼與上橫框和下橫框的左右兩端相連接，每1個窗體組件的上、下橫框均通過轉(zhuǎn)接件與主體結(jié)構(gòu)連接；相鄰窗體組件的上橫框與下橫框之間通過過渡上橫框和下橫框相連接。窗體組裝件的組裝，在工廠加工好過渡橫梁，在工廠完成再將其發(fā)往工地，然后依次安裝即可，簡便且省時。

再次，由于建筑尺寸較大，為了解決伸縮變形問題，每隔6～7個窗體設(shè)置有1個伸縮縫，避免由于窗體伸縮變形導(dǎo)致窗體型材變形，將每層的收口位置設(shè)置在伸縮縫處，保證在不破壞窗的情況下完成窗體可靠連接。

4.2 開啟部位解決方案

開啟部位的設(shè)計是本工程的重點和難點。電動推拉窗及陽臺推拉門采用氣壓密封的設(shè)計理念。當(dāng)門窗關(guān)閉后，通過氣泵對密封膠條充氣，充氣后的膠條膨脹且與框扇緊密貼合，解決了推拉門窗水密性和氣密性差的問題。同時在推拉窗的室內(nèi)側(cè)設(shè)置安全欄桿，防止發(fā)生墜落。由于存在高層推拉，且門窗尺寸較大，在風(fēng)壓作用下啟閉力較大，因此增加了電動開啟功能，并將電機(jī)隱藏在門窗上框內(nèi)，不影響美觀，且便于檢修和維護(hù)。

為了增加安全性，在室外安裝防護(hù)欄桿。取消傳統(tǒng)的外漏合頁，設(shè)計隱藏式鉸鏈固定，通過框扇槽口連接固定，且三維可調(diào)，以增加美觀度，并減少加工安裝過程中產(chǎn)生的誤差。

4.3 遮陽一體化解決方案

由于該項目采用外遮陽產(chǎn)品，需要充分考慮其抗風(fēng)壓性能、使用功能等要求，因此與排窗系統(tǒng)的結(jié)合設(shè)計和配合成為一大難點。

外遮陽系統(tǒng)主要由遮陽產(chǎn)品（含面料、卷軸、電機(jī)等）、遮陽罩殼和遮陽固定支撐這3部分組成。由于遮陽廠家只提供遮陽產(chǎn)品，遮陽罩殼與遮陽固定支撐均為量身定制。為滿足建筑的立面效果，遮陽罩殼需要適應(yīng)建筑線條，另外遮陽的卷筒較大，導(dǎo)致遮陽罩殼尺寸較大，開模的成材率較低，因此采用分體型材的設(shè)計方法，既滿足了建筑效果，又便于安裝及檢修。由于該樓層較高，對遮陽的抗風(fēng)要求較高，因此該遮陽采用拉鏈?zhǔn)焦潭ńY(jié)構(gòu)設(shè)計與遮陽導(dǎo)軌有效連接；另外采用遮陽固定支撐，確保其上下端與窗有效連接，通過固定支撐將2個遮陽導(dǎo)軌固定，避免遮陽導(dǎo)軌變形過大而導(dǎo)致遮陽面料脫出導(dǎo)軌。

通過以上設(shè)計實現(xiàn)了真正的遮陽一體化設(shè)計，避免出現(xiàn)因樓層過高，遮陽抗風(fēng)壓性能不達(dá)標(biāo)的情況。

4.4 窗墻防水解決方案

該工程對外觀效果有較高要求，窗墻體系與遮陽系統(tǒng)一體化設(shè)計，且外漏框型材較纖細(xì)，給防水、排水設(shè)計帶來了較大困難。因此本工程窗墻體系的防水及排水解決方案也是本工程的重點和難點，通過以下設(shè)計手段能有效解決上述問題。

首先，該窗墻系統(tǒng)上下口接縫處均設(shè)有雙道防水雨布。第1道為室外防水雨布，該防水雨布為防水透氣型，使得雨水無法滲入接縫內(nèi)，同時可使空氣流通，避免洞口結(jié)露出現(xiàn)霉菌。第2道為室內(nèi)側(cè)防水雨布，在保證防水性能的同時，避免室內(nèi)的潮氣進(jìn)入墻體接縫，從而避免結(jié)露發(fā)霉。

其次，每1層窗墻系統(tǒng)型材均有獨立的自由排水系統(tǒng)，在型材的下框均設(shè)有不銹鋼接水底板。室外的雨水從玻璃上自由流下，再通過型材上的排水孔流至不銹鋼接水底板，最后通過底板自由排出。即使有少量雨水突破門窗的第1道密封膠條，也能通過窗系統(tǒng)底部的排水孔流至不銹鋼防水底板，再由底板自由排出。

通過以上措施完美解決了該排窗系統(tǒng)的防水問題，并保證了建筑的外觀。

4.5 開縫鋁板防水方案

由于開縫鋁板不打膠，很難解決其防水問題，因此國內(nèi)開縫鋁板設(shè)計的應(yīng)用較少。本工程的設(shè)計采用鋁板構(gòu)造防水設(shè)計與內(nèi)部防水相結(jié)合的設(shè)計理念。

該鋁板系統(tǒng)為無橫梁結(jié)構(gòu)，如圖4所示。鋁板豎向采用無折邊結(jié)構(gòu)，通過專用的金屬粘接膠帶與U型龍骨連接，鋁板上端用螺釘限位，鋁板下端與U型龍骨勾接，U型龍骨與主體鋼結(jié)構(gòu)固定。鋁板背部設(shè)有防水透氣膜，該防水透氣膜防水不透氣，保溫棉內(nèi)產(chǎn)生的冷凝水可通過防水透氣膜蒸發(fā)出去，保證巖棉處于干燥狀態(tài)，鋁板板塊之間、鋁板上端與裝飾型材之間、鋁板與遮陽罩殼上端之間的接縫完全開放，使面板與防水透氣膜之間空氣腔與室外完全想通，空氣腔與室外完全等壓，少量的水進(jìn)入鋁板后，通過遮陽罩殼上端的排水坡度排出室外，從而形成完善的排水體系。

圖4 開縫鋁板節(jié)點防水方案（Fig.4Open seam aluminum joint waterproof scheme）

通過以上設(shè)計能夠有效地控制鋁板變形，達(dá)到更好的外觀效果和防水效果。

4.6 智能化控制

該項目采用電氣安裝總線（EIB）自動化集成系統(tǒng)，EIB自動化集成系統(tǒng)可實現(xiàn)智能化控制電動門及遮陽的開啟和關(guān)閉。由于本項目住戶多、樓層高，每戶有獨立的EIB控制系統(tǒng)。電動門上安裝有自動化控制模塊，只需將控制信號與門上的控制模塊對接，可通過EIB自動化集成系統(tǒng)控制門的開啟及關(guān)閉。另外電動門上有智能化控制模塊，可實現(xiàn)通過手機(jī)或平板電腦控制電動門。

同時本項目設(shè)置了光強度感應(yīng)器和風(fēng)速感應(yīng)器，可實現(xiàn)對遮陽產(chǎn)品的獨立控制，所有遮陽系統(tǒng)與總控EIB相連。光感設(shè)置為太陽光達(dá)到一定照度時，統(tǒng)一放下遮陽簾，避免玻璃放射光線影響周邊居民，本項目設(shè)置光照度>35 lx時，放下遮陽簾。由于樓層較高、風(fēng)壓大，風(fēng)感設(shè)置為當(dāng)風(fēng)速達(dá)到設(shè)定值時，自動放下遮陽簾，同時室內(nèi)遮陽開關(guān)無法控制窗簾，避免窗簾因為風(fēng)速過大而被損壞。風(fēng)速>80 km/h時，感應(yīng)器會收起遮陽簾，風(fēng)速>30 km/h不允許放下遮陽簾。

通過EIB集成系統(tǒng)可實現(xiàn)門窗及電動遮陽的智能化控制，實用性和舒適性更好。

5 結(jié)論

通過上述創(chuàng)新設(shè)計手段，該項目工程取得了較好的效果，主要表現(xiàn)為以下幾個方面。

（1）建筑外觀通透、簡潔、大氣且具有現(xiàn)代感。實現(xiàn)了較大開啟和遮陽一體化設(shè)計，使得分隔尺寸及整體外觀干凈簡潔，收起遮陽后看不到外漏的多余框架。

（2）物理性能優(yōu)異。水密性、氣密性和抗風(fēng)壓均達(dá)到了國標(biāo)最高等級，保溫性能綜合值達(dá)到1.2，遮陽性能遮陽系數(shù)達(dá)到0.2以下，具有良好的節(jié)能效果，實現(xiàn)了低能耗的設(shè)計目標(biāo)。

（3）優(yōu)秀的使用功能。開啟扇、遮陽等操作簡單省力，且安全性高。

綜上所述，本工程不僅實現(xiàn)了多個創(chuàng)新，還可為同類工程的設(shè)計應(yīng)用提供較好的解決方案和經(jīng)驗。