建筑外窗设计计算、试验、生产加工及施工验收.doc

建筑外窗之设计计算、试验、加工安装及施工验收孙文迁建筑外窗是建筑外维护结构，起着通风、采光、隔音、保温等作用。因此，建筑外窗的产品质量及性能对建筑的整体性能产生重要的影响。目前，我国建筑外窗市场铝合金窗和塑料窗占有率在75%以上，因此，本文仅就这两种窗为例对建筑外窗的设计计算、试验、加工安装及施工验收等各阶段作用及相互关系进行说明。1. 设计计算1.1设计建筑外窗按开启方式主要分平开窗和推拉窗；按所用材料主要分为塑料窗和铝合金窗；按选用玻璃分为单层玻璃和中空玻璃。而塑料窗又分为普通塑料窗和彩色塑料窗，铝合金窗分为普通型材铝合金窗和隔热型材铝合金窗等。上面仅为目前我国建筑外窗市场常见分类，还有其他窗型及更详细的分类本文不一一列举。建筑外窗设计在满足窗户的基本功能如通风、采光、隔音、保温等的基础上还要考虑窗户的装饰性、耐久性及安全性等。因此，设计人员在进行产品设计选型时既要考虑设计的窗型满足整体建筑造型及周围环境美学上要求，保证窗型的设计能同整个建筑及周围环境融为一体；还要根据建筑物所处地区、位置及高度等自然环境引起的风荷载要求选择能够满足生产出符合设计性能要求外窗的型材。型材和玻璃是生产窗户的最基本原材料，由于生产外窗用的型材根据性能分为不同规格型号，玻璃主要分为单层玻璃和中空玻璃，因而生产出的建筑外窗按性能也分为不同等级。目前，建筑外窗主要由设计人员在建筑设计阶段根据建筑使用功能的要求及建筑整体装饰性效果而设计选型。设计时设计人员必须考虑相关标准对不同使用性质的建筑的各项性能的要求。 GB50189-2005公共建筑节能设计标准第4.2.2条规定：应根据建筑所处城市的建筑气候分区，确定围护结构的热工性能，即根据建筑所处城市气候分区，确定建筑外窗的热工性能保温性能。第4.2.10条规定：外窗的气密性不应低于GB/T7107建筑外窗气密性能分级及其检测方法规定的4级即单位缝长分级指标1.5q0.5（m3/(m.h)）, 单位面积分级指标4.5q1.5（m3/(.h)）；JGJ26-95民用建筑节能设计标准第4.2.1条规定了不同地区围护结构的传热系数极限值。第4.2.5条规定了民用建筑外窗气密性等级：16层建筑中不应低于GB/T7107建筑外窗气密性能分级及其检测方法规定的级，730层建筑中，不应低于级。据查上述气密分级方法是在GB/T7107-86版本中规定，而新的标准版本为GB/T7107-2002。分级指标级、级在GB/T7107-2002分别对应为3级和4级即分别为：单位缝长分级指标2.5q1.5（m3/(m.h)）, 单位面积分级指标7.5q4.5（m3/(.h)）和单位缝长分级指标1.5q0.5（m3/(m.h)）, 单位面积分级指标4.5q1.5（m3/(.h)）。因此，设计人员在设计时既要充分考虑建筑物的使用性质及所在地区对建筑围护结构各项物理性能的要求，还要考虑所选用的材料生产出的外窗能否满足设计性能即外窗的抗风压性能、气密性能、水密性能、保温性能及隔声采光性能。1.2计算建筑外窗产品标准JG/T140-2005 未增塑聚氯乙烯（PVC-U）塑料窗及GB/T8479-2003 铝合金窗明确规定，建筑外窗抗风压性能检测时，当外窗采用单层、夹层玻璃时，其主要受力杆件相对挠度不应大于L/120，当外窗采用中空玻璃时，其主要受力杆件相对挠度不应大于L/180。国标GB/T7106-2002建筑外窗抗风压性能分级及检测方法中规定抗风压性能分级指标P3值应大于或等于工程的风荷载标准值Wk，而工程的风荷载标准值Wk应按GBJ50009建筑结构荷载规范进行确定，即根据建筑所处地区基本风压、建筑物高度及建筑体型计算出本地的风载荷标准值Wk来确定建筑外窗的抗风压性能指标值P3，计算时P3应不小于Wk。根据上述要求，设计人员在进行建筑外窗的设计选型后，应根据建筑所在地区基本风压、建筑物高度及建筑体型系数确定风荷载标准值Wk，并依此Wk值作为外窗的抗风压性能分级值计算所选窗型的主要受力杆件能否满足抗风压性能要求，如果不能满足抗风压性能要求，则应重新选取窗型或更换外窗用型材或减小外窗尺寸等。目前，很多单位在设计、计算方面做的不够好。我们在建筑外窗的检测中发现有以下几种情况：（1）试验时外窗生产企业提供不出各项物理性能的设计值；（2）生产企业提供的各项物理性能设计值与工程实际相差较大；（3）提供的设计值与样窗实际检测值相差较大；（4）设计单位在外窗生产前未做结构计算。2. 试验根据国标GB50210-2001建筑装饰装修工程质量验收规范规定：门窗工程应对建筑外窗的抗风压性能、气密性能、水密性能进行复检。而根据建筑节能设计标准的要求，应对外窗的保温性能进行检测。建筑外窗的物理性能检测，即对生产的外窗的各项物理性能指标验证能否满足设计要求。检测时要求三樘样品窗的窗型、尺寸、规格完全一样。目前建筑外窗物理性能检测现行有效标准如下：GB/T7106-2002 建筑外窗抗风压性能分级及检测方法、GB/T7107-2002建筑外窗气密性能分级及检测方法、GB/T7108-2002建筑外窗水密性能分级及检测方法、GB/T8484-2002建筑外窗保温性能分级及检测方法、GB/T8485-2002建筑外窗空气隔声性能分级及检测方法，产品标准分别为：JG/T140-2005未增塑聚氯乙烯（PVC-U）塑料窗、GB/T8479-2003铝合金窗。2.1气密性能检测气密性能指建筑外窗在关闭状态下，阻止空气渗透的能力。气密性能分别以单位缝长空气渗透量和单位面积空气渗透量表示。单位缝长空气渗透量指外窗在标准状态下，单位时间通过单位开启缝长的空气量；单位面积空气渗透量指外窗在标准状态下，单位时间通过单位窗框外侧范围内的面积的空气量。气密性能检测时，首先充分密封外窗试件上的可开启缝隙和镶嵌缝隙，分别分级施加正负压风荷载，记录各压级下的附加空气渗透量，即除通过试件本身的空气渗透量以外的通过设备、镶嵌框及各部分之间连接缝等部位的空气渗透量；然后将密封除去，按上述步骤测得总的空气渗透量，以两次测量的差值即总渗透量减去附加渗透量作为实验外窗试件本身的空气渗透量，并通过计算求得单位缝长空气渗透量和单位面积空气渗透量。以三樘样窗的单位缝长空气渗透量和单位面积空气渗透量分别平均值作为评级指标，正负压分别定级。单位缝长空气渗透量和单位面积空气渗透量必须同时满足设计指标。2.2 水密性能检测水密性能指关闭状态下的外窗在风雨同时作用下，阻止雨水渗漏的能力。水密性能检测分为稳定加压法和波动加压法，分别对应于非热带风暴和台风地区与热带风暴和台风地区的外窗检测。试验时以2L/（.min）或3L/（.min）（对应热带风暴和台风地区）的喷水量均匀对试件喷水，在稳定淋水的同时，逐渐稳定加压/波动加压至出现严重渗漏。以发生严重渗漏时所受压力差值的前一级检测压力差值作为该试件水密性能检测值，并以一组试件窗的综合检测值作为评价指标进行评级。工程检测时以加压至水密性能设计值时不发生严重为满足设计要求。2.3抗风压性能检测抗风压性能指关闭的外窗在风荷载作用下不发生损坏或功能障碍的能力。抗风压性能检测分为变形检测、反复加压检测和安全检测三部分。变形检测时，根据风压荷载分级加压，以主要受力杆件的相对面法线挠度达到杆件长度的L/300（单玻）或L/450（中空玻璃）时的风荷载值为变形检测压力差值P1，检测时正、负压分别进行，以此来评价外窗保持正常使用功能的能力；以1.5P1作为反复加压检测压力差值P2，检查在正负交替风荷载P2作用下外窗是否发生损坏或功能障碍。以2.5P1作为定级检测压力差值P3，检测在正负风荷载P3作用下外窗抵抗损坏或功能障碍的能力。工程检测是验证实际工程用外窗能否满足工程设计要求的检测，检测压力差为P3。当工程设计值Wk2.5P1时，则按工程设计值进行检测，当工程设计值Wk2.5P1时，则以定级检测代替工程检测。2.4保温性能检测外窗的保温性能以传热系数（K）大小来衡量，指在稳定传热条件下，外窗两侧空气温差为1K，单位时间内，通过单位面积的传热量，以W/（.K）计。传热系数分为不同等级。试验时将外窗试件安装于冷、热两实验箱中间，并将冷、热箱空气温度稳定在实验要求的范围内，在试件冷侧表面施加3.0m/s的稳定风速，在外窗试件传热过程稳定后，通过测量冷、热箱空气平均温度、试件面积及其它相关参数，计算出试件的传热系数。根据传热系数检测值等级确定外窗的保温性能是否满足设计要求。通过建筑外窗物理性能的试验发现对物理性能影响的几点因素：窗型和加工质量对气密性能影响较大，窗型、材料及加工质量对水密性能影响较大，外窗的结构形式、型材规格对抗风压性能影响较大，型材和玻璃规格对保温性能影响较大。3加工安装建筑外窗在完成设计选型及结构计算后就进入了生产加工及施工安装环节。加工安装是保证外窗质量及性能的关键。3.1生产加工生产加工环节是保证外窗产品质量的关键，其对生产企业的设备加工能力、人员素质、检测能力及质量保证体系有着严格的要求。目前，我国铝合金窗及塑料窗为工业生产许可证取证产品，国家在建筑外窗产品取证实施细则中对生产铝合金窗及塑料窗企业在生产设备、检测设备、人员素质、技术文件、过程质量管理、产品质量检验等方面有严格的要求。在建筑外窗生产许可证现场审核过程中我们发现，大部分生产企业在建筑外窗整个生产过程中能够按照生产工艺要求实施质量控制，保证产品质量，但有部分企业在外窗生产过程中不能对产品质量实施有效的控制。JG/T140-2005未增塑聚氯乙烯（PVC-U）塑料窗第5.5条规定：平开窗主型材可视面最小实测壁厚不应小于2.5，推拉窗主型材可视面最小实测壁厚不应小于2.2；第6.2.1条规定：应根据窗的抗风压强度、挠度计算结果确定增强型钢的规格，当窗主型材构件长度大于450时，其内腔应加增强型钢，增强型钢的最小壁厚不应小于1.5，应采用镀锌防腐处理。GB/T8479-2003铝合金窗第5.1条规定：铝合金窗受力构件应经试验或计算确定，未经表面处理的型材最小实测壁厚应1.4。因此，作为建筑外窗生产企业，应要把原材料质量关，只有使用合格的原材料才能生产出合格的产品。在铝合金窗整个生产工艺过程中，有两个关键工序即下料工序和组装工序。而塑料窗的生产则有三个关键工序即下料工序、焊接工序和组装工序。这些关键工序对整个产品质量有着重要的影响，对这些关键工序实施严格的质量控制，就基本上保证了整个产品质量。因此，为了保证产品质量，生产企业必须对关键工序实施产品质量检验并进行记录，确保上一工序的不合格产品不流入下一工序。对于工艺装备参数则要严格控制，如在塑料窗生产过程中的焊接工序，其生产设备为塑料焊机。焊机是将依据设计要求加工好的框扇料通过焊接拼装成符合要求的窗框或窗扇半成品。焊接质量对塑料窗焊角强度有着关键的影响。因此，在焊接过程中，对焊机焊板温度、加紧力、对接熔融时间等工艺参数有着严格的要求。这是由于不同生产厂家生产的塑料型材各成分含量不同及焊接时环境温度不同而对塑料窗焊接质量影响很大，因此生产企业的技术人员应适时对焊接工艺参数进行调整，以确保焊接质量。铝合金窗、塑料窗生产必须严格按照产品标准要求进行产品的出厂检验并出具检验报告、产品合格证。这既是对产品质量的最后把关，又是对用户负责，而且产品出厂检验报告和产品合格证也是将来工程验收的依据。在此，希望生产企业能够重视。3.2施工安装工程安装是建筑外窗使用前最后的一道工序，它决定着企业所生产的外窗能否完全发挥出设计功能及能否完好的交到用户手中。企业对每一种外窗产品应制定详细的安装操作技术要求，现场安装施工人员应严格按照技术要求进行操作，只有这样才能保证生产的外窗发挥出应有的性能。在实际检测中发现有部分企业对现场安装施工重视不够，安装施工人员不按技术要求操作，施工方法粗劣。如某企业施工人员在安装摸灰时将排水孔堵死，技术人员或质检人员对此没有严格检查，在工程交工用户入住后，由于雨水倒灌室内给用户造成了财产损失而遭到索赔。4施工验收建筑外窗质量验收在国标GB50210-2001建筑装饰装修工程质量验收规范第5章“门窗工程”中有明确的规定。建筑外窗质量是一个系统工程，包括原材料进厂检验、生产加工、成品的出厂检验及工程安装、验收等。由于工程安装时施工监理人员在施工现场监督，对各种施工记录较为清楚，而对于外窗的生产加工企业提交的出厂检验报告及工程检测报告则要求施工监理人员和工程验收人员有较充分的了解。首先，查验生产企业提交的出厂检验报告和出厂合格证。出厂检验是指生产企业按标准要求对除物理性能以外的各项数据进行检验。外窗生产企业依产品标准要求对出厂的产品进行检验并出具检验合格证是产品标准对生产企业的一项强制要求，是外窗生产企业对出厂产品的质量保证手段。质检人员应查验出厂合格证和出厂检验报告上的数据与产品设计资料及产品标准规定是否相符。特别是查验外窗型材壁厚及塑料窗增强型钢壁厚及是否镀锌防腐。其次，查验物理性能检测报告的合法性。物理性能检验报告即工程验收检验报告由具有检验资质的检验单位对生产企业提供的（监理人员见证的）样品窗依照产品标准及设计要求进行的各项物理性能检测。要求检测报告必须具有“CMA”标志，其中“CMA”为实验室计量认证标志，即证明出具报告的检验机构通过了国家规定的计量认证。如果检验报告上还有“CNAL”标志则表明该检验机构通过了中国实验室国家认可，即该检验机构出具的检验报告在国际上得到了相互承认。同时要求检验机构检测能力认可范围中必须包括“建筑外窗”。这些证明资质及相关资料可以向检验单位索要。如果检验单位不具有相应的试验能力和资质证明，则其提供的检测报告不具有法律效力，是无效的检测报告；第三，查验检验报告的有效性。检验报告应包括以下主要内容：报告编号、委托单位、生产单位、施工单位、工程名称、监理单位、见证人、检验类别、样品数量、委托时间、检验时间、检验环境、产品名称、规格型号、设计要求、检验依据、检验结果、试验报告的检验、审核、批准人员签字及报告的签发日期等试验信息。一份检验报告这么多信息，就要求监理人员及验收人员在工程质量验收时认真、仔细按照实际工程一一核对。特别是工程名称、委托时间及试验时间、外窗的规格型号应与工程实际相符合；验收人员要查验检验项目是否与工程要求相一致，检验结果是否满足设计要求等。如果工程质量验收人员对检验报告的真实性产生怀疑，可以与报告提供单位联系，通过反馈报告编号等基本试验信息与检验单位存档信息比对来验证检测报告中各项信息的真实性。5相互关系建筑外窗质量是一项系统的综合工程，设计是前提，材料是基础，加工安装是关键，管理是保证。设计是建筑外窗能否满足使用性能要求的前提。设计人员要根据建筑的整体规划及性能要求设计合适的外窗型式，选取合适的材料如外窗型材及玻璃