铝合金门窗工程技术规范之4建筑设计

4、建筑设计4.1一般规定4.1.1铝合金门窗的工程设计首先是门窗性能的建筑设计，以满足不同气候及环境条件下的建筑物使用功能要求为目标而不是将各项性能指标定得越高越好。门窗同时又兼有建筑室内、外装饰二重性，还应符合建筑装饰要求。4.1.2建筑热工在建筑功能中具有重要的地位。国家标准《民用建筑设计通则》GB50352综合《建筑气候区划标准》GB50178和《民用建筑热工设计规范》GB50176的有关规定，制订了第3.3节“建筑气候分区对建筑基本要求”。门窗作为建筑外围护结构的一部分，应按照建筑气候分区对建筑基本要求确定其热工性能。同时，门窗又是薄壁的轻质构件，其使用能耗约占建筑空调降温能耗的一半以上，是建筑节能的重中之重。我国严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ26、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134、《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》JGJ75和《公共建筑节能设计标准》GB50189都对建筑外门窗的热工性能提出了要求，应认真执行。4.1.3根据原建设部《建筑工程设计文件编制深度规定》要求，在施工图设计阶段，建筑专业设计文件的施工图设计说明中应有“门窗表及门窗性能(防火、隔声、防护、抗风压、保温、气密性、水密性等)、用料、颜色、玻璃、五金件等的设计要求”。门窗是实现建筑物理性能的极其重要的功能性构件，其性能设计要求是门窗的建筑设计的首要内容，根据具体工程的门窗性能要求，应按铝合金门窗产品的国家标准要求确定其具体的性能等级。4.1.4我国《住宅性能评定技术标准》GB/T50362-2005第8章“耐久性能的评定”中提出门窗的设计使用年限20年、25年和30年三个档次。公共建筑门窗的设计使用年限一般会比居住建筑门窗的设计使用年限更高。因此，应按门窗的不同设计使用年限确定与其相一致的门窗耐久性能指标，门窗应符合设计规定的耐久性要求。4.2铝合金门窗里面设计4.2.1近年来，为满足人们采光、观景、装饰和立面设计要求，建筑门窗洞口尺寸越来越大，不少住宅建筑甚至安装了玻璃幕墙。人们在追求通透、明亮的大立面、大分格、大开启窗的时候，不能忽视室内热环境舒适和节能的可持续发展要求。必须在门窗的建筑设计时协调解决好大立面门窗与保温、隔热节能的矛盾。国家标准《民用建筑设计通则》GB50352规定，建筑物各类用房采光设计应计算采光系数标准值，并计算有效采光面积。《民用建筑热工设计规范》GB50176规定，空调建筑外窗的窗墙面积比，当采用单层窗是不宜超过0.3;当采用双层窗或双层玻璃窗时不宜超过0.4。我国居住建筑和公共建筑节能设计标准均对窗墙面积比有相应的规定。本条要求合理确定门窗立面尺寸，不宜过大。4.2.2门窗的立面分格尺寸大小，要受其最大开启扇尺寸和规定部位玻璃面板尺寸的制约;二开启扇允许最大高、宽尺寸，由具体的门窗产品特点和玻璃的许用面积决定。门窗立面设计时应了解采取的同类门窗产品的最大单扇尺寸，并考虑玻璃板的材料利用率，不能盲目确定。4.2.3《民用建筑设计通则》GB50352规定，窗扇的开启形式应方便使用、安全和易于维修、清洁;《建筑采光设计标准》GB/T50033的要求，在建筑设计中应为擦窗和维修创造便利条件;我国居住建筑和公共建筑节能设计标准中对外窗的可开启面积占窗总面积比例有相关的规定。本条将以上有关规定加以细化而制订。4.2.4门窗是建筑外围护结构的开口部位，是沟通室内、外环境的渠道，同时起到建筑外墙立面及室内环境两重装饰效果，其立面效果应满足建筑设计总体要求。4.3反复启闭性能4.3.1反复启闭性能是表征门窗耐久性的主要指标，是建筑门窗重要的基本性能之一。目前我国建筑门窗质量和性能不高的主要问题是耐久性太差，不少门窗投入使用时间很短就出现问题，远远达不到产品使用寿命要求。因此，应根据门窗的设计使用年限和所预计的使用频率确定其反复启闭性能要求，并按照行业标准《建筑门窗反复启闭性能检测方法》JG/T192，对门窗进行反复启闭性能形式检验，以确保门窗较长周期使用的安全可靠性。4.3.2门窗的反复启闭性能检测试验后，以是否发生影响正常使用的变形、故障和损坏判断其是否能保证正常使用功能。4.3.3铝合金门窗的反复启闭性能可参照一般建筑门窗日常启闭使用的最低要求即：门每天启、闭30次，窗每天启、闭3次，使用10年计算。对于具体工程不同建筑用房的门窗，可根据其更高的使用频率或使用年限要求，合理确定反复启闭总次数要求。4.4抗风压性能4.4.1铝合金门窗的抗风压性能指标值P3应大于或等于门窗所受的风荷载标准值Wk，该风荷载标准是门窗在其设计基准期内可能出现的最大风荷载值，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第7.1.1强制性条文规定的围护结构风荷载标准值公式计算。风荷载体型系数应按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001第7.3.3条验算围护构件的局部风压体型系数的规定采用。4.5水密性能4.5.1铝合金门窗水密性能设计时，首先应确定建筑物所需设防的降雨强度时的风力等级，再按风力等级与风速的对应关系确认水密性能设计时用风速V0(10min平均风速)，最后将V0代入公式(4.5.1)，计算得到水密性能设计所需的风压力差值△P，最后再将此值与国家标准建筑外窗水密性能分级值相对应，确定门窗的水密性能等级。风力等级与风速的对应关系见表1，风速一般取中数。表1风力等级与风速的对应关系风力等级456789101112风速范围(m/s)5.5～7.98.0～10.710.8～13.813.9～17.117.2～20.720.8～24.424.5～28.428.5～～32.632.7～36.9中数(m/s)79121619232631>33公式(4.5.1)的推导如下：根据风速与风压的关系式P=1/2ρ(1.5V0)2，水密性能风压力差值计算的定义式为：△P=μxμy1/2ρ(1.5V0)2(1)式中:△P——任意高度Z处的水密性能压力差值(Pa);μx——水密性能风压力体型系数，降雨时建筑迎风外表面正压系数最大为1.0，而内表面压力系数取-0.2，μx则的取值为0.8;μy——风压高度变化系数，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009采用;ρ——空气密度(t/m3)，可按国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009附录D的规定进行计算;V0——水密性能设计风速(m/s);1.5——瞬时风速与10min平均风速之平均比值(1.5V0是考虑降雨时的瞬时最大风速即阵风风速)。将以上各参数代入公式(1)中并将系数取整，则得到水密性能风压差值的计算公式△P=0.9ρμz1.5V02。4.5.2在不方便得到或无水密性能设计风速的情况下，也可按本条所给出的公式△P≥CμxW0(以基本风压为基础的简化计算式)计算铝合金门窗水密性能设计指标。如工程设计时得不到建筑物当地的气象资料而无法确定门窗水密性能设计风速，则无法使用公式(4.5.1)进行设计计算。因此，根据热带风暴和台风暴雨的IIIA地区的广东省沿海地区基本风压具体风雨同时性的特点，将广东省标准《建筑结构荷载规定》DBJ15-2-90的1/2ρ取值1/1.7代入公式(1)中得到公式△P=1.6μzV02，再令1.06ρμzV02=CμxW0，得C2=1.6V02/W0。将广东省部分典型地区的基本风压值W0和台风暴雨时的风速V0代入上式，得到水密性能风压力差值与当地基本风压的相关系数C2值为0.5左右。考虑到我国非热带风暴和台风的其他地区，风雨同时性差，因而去C2值为0.4.从而给出可以简便实用的水密性能风压力差值计算公式△P≥CμxW0。其中0.50的系数是比较可靠的，例如，广东省内陆低风压区粤北的连县、粤东的梅县等地，基本风压为0.30kN/m2，按降雨时6级强风中数12m/s与基本风压计算得系数0.51;同样，广东省内陆高风压的广州、高要等地，基本风压为0.50kN/m2，按降雨时7级风速16m/s计算得到的相关系数为0.50;广东省沿海最高风压区的深圳、惠来等地，基本风压为0.75kN/m2，按降雨时8级等速19m/s计算得到的相关系数为0.51.本公式中大于等于号，是指按基本风压为基础采用0.5或0.4的相关系数计算水密性能风压力差值，应作为最低要求，具体的工程要求如何取值，应由设计人员决定。4.5.3水密性能构造设计是门窗产品设计对工程水密性能设计。一般采用雨幕原理进行压力平衡的门窗细部设计，即通常所谓的“等压原理”设计，对于平开门窗和固定门窗，固定部分门窗玻璃的项强槽空间以及开启扇的框与扇配合空间，可进行压力平衡的防水设计。而对于不宜采用雨幕原理的门窗，如有的固定门窗，只能采用密封胶阻止水进入的密封防水措施;有的采用密封毛条的推拉门窗，也不宜采用雨幕原理，应采用提高门窗下框室内侧翼缘挡水高度的结构防水措施。据一般经验，水密性能风压力差值10Pa，约需下框翼缘挡水高度1mm以上。排水孔的开口尺寸最小应在6mm以上，以防止排水孔被水封住。铝门窗框、扇杆件连接采用机械连接装配，在型材组装部位和五金附件装配部位均会有装配缝隙，应采取涂密封胶和防水密封螺钉等密封防水措施。铝合金门窗在强风暴雨时所承受的风压比较大，提高门窗杆件的刚度，采用多点锁紧装置，以减少框、扇杆件之间的相对变形;采用多道密封以实现多腔减压和挡水，这些都是提高可开启部分水密性能的有效措施。门窗框和洞口墙体安装间隙的防水密封处理至关重要，如处理不当，将容易发生渗漏，所以应注意完善其结合部位的防、排水构造设计。门窗下框与洞口墙体之间的防水构造，可采用底部带有止水板的一体化下框型材，或采用与窗框型材配合连接的披水板，这些措施均是有效的防水措施。但这样的做法需相应的窗台构造配合，并会提高工程的造价，应全面考虑。4.5.4本条主要根据国家标准《建筑装饰装修工程质量验收规范》GB50210的规定制订。门窗洞口墙体表面应有排水措施，并且要使门窗在洞口中的位置尽可能与外墙表面有一定的距离，防止大量的雨水直接流淌到门窗表面。4.6气密性能4.6.1、4.6.2门窗的气密性能是直接影响建筑节能效果的重要性能之一，《民用建筑热工设计规范》GB50176-93对居住建筑和公共建筑窗户的气密性能已有规定，但在其后新制定的各项居住建筑和公共建筑节能设计标准中，对窗户的气密性能又有了具体的规定和更高的要求，应贯彻执行。4.6.3门窗气密性能构造设计的关键之一是要合理设计门窗缝隙断面尺寸与几何形状，以提高门窗缝隙的空气渗透阻力。妥善处理好门窗玻璃镶嵌以及框扇开启缝隙的密封，是提高门窗气密性能的重要环节。因此，应采用耐久性好并具有良好弹性的密封胶或胶条进行玻璃镶嵌密封盒框扇之间的密封，以保证良好、长期的密封效果。不宜采用性能低，弹性差，易老化的改性PVC塑料密封条，而应采用合成橡胶类的三元乙丙橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶等热塑性弹性密封条。门窗杆件间的装配缝隙以及五金件的装配间隙也应进行妥善密封处理。4.7热工性能4.7.1铝合金门窗的传热系数是门窗保温性能指标，是影响建筑冬季保温盒节能的重要因素，必须严格执行我国民用建筑和公共建筑节能设计标准的有关规定。夏热冬暖地区居住建筑中，北区需要考虑窗的传热系数，南区没有窗的传热系数要求。在公共建筑节能设计标准中，对各建筑气候分区外窗的传热系数都有要求，在三项居住建筑节能设计标准和一项公共建筑节能设计标准中，关于外窗传热系数的规定都是强制性条文。4.7.2外窗的遮阳系数是窗的遮阳性能指标，是指在给定条件下，太阳辐射透过外窗所形成的室内得热量与相同条件下相同面积的标准玻璃(3mm透明玻璃)所形成的太阳辐射得热量之比。窗户的遮阳系数越小，透过窗户进入室内的太阳辐射热就越少，对降低夏季空调负荷有力，但对降低冬季采暖负荷却是不利的。因此，在我国居住建筑节能设计标准中，严寒地区和寒冷(A)区居住建筑外窗遮阳系数没有限值要求，寒冷(B)区、夏热冬冷地区和夏热冬暖地区居住建筑外窗则有遮阳系数限值要求，并且是强制性条文。在《公共建筑节能设计标准》GB5189中对严寒地区建筑外窗遮阳系数没有限值要求，寒冷地区、夏热冬冷地区和夏热冬暖地区外窗的遮阳系数都有强制性条文要求，必须严格执行。4.7.3采用断热铝合金型材可以有效降低门窗框的传热系数;采用普通中空玻璃的传热系数;低辐射镀膜(Low-E)中空玻璃可以大大降低门窗玻璃的传热系数;提高门窗的气密性能可减少因冷风渗透而产生的热量损失;采用带有风雨门窗的双重门窗可以更加有效地提高门窗的保温性能。以上这些措施，应根据不同地区建筑气候的差别和保温性能的不同具体要求，综合考虑，合理采用。门窗框与洞口之间的安装缝隙也应进行妥善的密封保温处理，以防止由此造成热量损失。4.7.4在无窗口建筑外遮阳的情况下，降低外窗遮阳系数应优先采用窗户系统本身的外遮阳装置如外卷帘窗、外百叶窗等;采用窗户系统本身的内置遮阳如中空玻璃内置百叶、卷帘等，可以同时起到外装美观和保护内遮阳装置的双重效果。单层着实玻璃(吸热玻璃)和阳光控制镀膜玻璃(热反射玻璃)有一定的隔热效果;阳光控制镀膜玻璃或着色玻璃与透明玻璃组成的中空玻璃隔热效果好;阳光控制低辐射镀膜玻璃(遮阳型Low-E玻璃)与透明玻璃组成的中空玻璃隔热效果很好。以上各种措施应根据外窗遮阳隔热和建筑装饰要求，并考虑经济成本而适当采用。4.8隔声性能4.8.1建筑门窗是轻质薄壁构件，是围护结构隔声的爆弱环节。近年来，随着城市化进程的加快和城市交通建设的发展，市区内环路、高架路的增多，汽车流量的加大，对建筑隔声的要求越来越高。国家标准《住宅建筑规范》GB50368-2005第7.1.3条中规定：外窗隔音量Rw不应小于30dB，户门隔音量Rw不应小于25dB。隔声性能好的门窗对保证室内良好的声坏境至关重要，特别是对临街的门窗和保证热门休息、睡眠的住宅建筑门窗。本条第2款规定的其他门窗隔声量不应小于25dB是指对除第1款规定的门窗意外的其他一般建筑的铝门窗隔声性能的最低要求，而有些公共建筑门窗隔声性能要求可能更高。目前质量较差、无专门密封措施的普通推拉窗是达不到此要求的，而近年来的新型高档的推拉窗和质量好的平开窗均可以达到(25～25)dB。4.8.2现行国家标准《建筑门窗空气声隔声性能分级及检测方法》GB/T8485-2008规定，外门、外窗以“计权隔声量和交通噪声频谱修正量之和(Rw+Cu)”作为分级指标;内门、内窗以“计权隔声量和粉红噪声要求具体明确外门窗或内门窗隔声性能指标。国家标准《民用建筑隔声设计规范》GB50118和《民用建筑设计通则》GB50352都对民用建筑各类主要用房允许噪声级指标作出规定，应贯彻执行。4.8.3门窗的隔声性能主要取决于占门窗面积约80%烦人玻璃的隔声效果。单层玻璃的隔声效果有限，通常采用单层玻璃时门窗的隔声性能只能达到29dB以下，提高门窗隔声性能最直接有效的方法就是采用隔声性能良好的中空玻璃或夹层玻璃。如需进一步提高隔声性能的重要环节。采用耐久性好的密封胶和弹性密封胶进行门窗密封，是保证隔声效果的必要措施。对于有很高隔声性能要求的门窗也可采用双重门窗系统。门窗框与洞口墙体之间的安装缝隙是另一个不可忽视的隔声环节，也应妥善做好隔声处理。4.9采光性能4.9.1根据《建筑采光设计标准》GB/T50033-2001，按照各类建筑侧面采光系数最低值Cmin的要求，用该标准第5.0.2条侧面采光系数最低值Cmin的计算公式，可得到侧面采光的总透射比Kft，即是窗的透光折减系数Tt值的要求。窗的首要功能是采光，其采光效率是影响采光效果的重要因素。GB/T50033-2001第3.1.6条规定：在采光设计中应选择采光性能好的窗作为建筑采光外窗，其透光折减系数Tt应大于0.45。根据该标准条文说明提供的各类窗的采光性能检测数据，铝合金窗透光折减系数Tt大于0.45的比例为82.6%。因此，本条将透光折减系数Tt大于0.45作为铝合金窗采光性能的最低要求。4.9.2建筑外窗天然采光性能影响到建筑节能。既有建筑中大量使用的热反射镀膜玻璃，虽然有很好的遮阳效果，能将大部分太阳辐射反射回去，但其可见光透射率太低(8%～40%)，会严重影响室内采光，导致室内人工照明能耗增加。《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005第4.2.4强制性条文中规定：“当窗(包括透明幕墙)墙面积比小于0.40时，玻璃的可见光透射比不应小于0.4”。窗户首先要满足遮阳系数要求，同事还要考虑采光要求，要满足综合节能效果。4.9.3减少窗的框、扇构架与整窗的面积比就是减少了窗结构的挡光折减系数;窗玻璃的可见光透射比应满足整窗的透光折减系数要求，选用容易清洁的玻璃，有利于减小窗玻璃污染折减系数。窗立面分格的开启形式设计，应使整樘窗的可开启部分和固定部分都方便人们对窗户的日常清洗，不应有无法操作的“死角”。4.10防雷设计4.10.1根据国家标准《建筑物防雷设计规范》GB50057-94的规定，第一、二、三类防雷建筑物，其建筑高度分别在30m、45m、60m及以上的外墙金属门窗，应采取防侧击雷和等电位保护措施，与建筑物防雷装置连接;第一类防雷建筑物和该该规范第2.0.3条四、五、六款所规定的第二类防雷建筑物尚应采取防雷电感应的措施，即建筑物内的金属门窗应与防雷电感应的接地装置连接或就近接至防直击雷接地装置或电气设备的保护接地装置上。提出建筑外窗防侧击雷和等电位保护的要求。4.10.2门窗框与建筑主体结构防雷装置连接导体采用直径不小于8mm的圆钢或截面积不小于48㎜2、厚度不小于4,mm的扁钢，是采用《建筑物防雷设计规范》GB50057-94第4章防雷装置中第2节引下线的规定。铝合金门窗框扇杆件所用的铝合金建筑型材，有电泳涂漆、粉末喷涂、氟碳漆喷涂等非导电性的表面处理层，应将其除去后再安装防雷连接件。与铝合金属接触产生电化学防腐。防雷连接导体分别与门窗框防雷连接件和建筑主体结构防雷装置连接的具体做法，可参照国家建筑标准设计图集《防雷与接地装置》中的有关内容。4.11玻璃防热炸裂4.11.1窗玻璃的热炸裂是由于玻璃在太阳光照射下受热不均匀，面板中部温度升高，与边部的冷端之间形成温度梯度，造成非均匀膨胀或受到边部镶嵌的约束，形成热应力，使薄弱部位发生裂纹扩展，热应力超过玻璃边部的抗拉强度而产生的。普通退火玻璃边缘强度比较低，容易在其内部产生的热应力比较大时发生热炸裂。因此，应按照《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113的有关规定，进行玻璃防热炸裂设计计算，并采取必要的防玻璃热炸裂措施。门窗设计选用普通退火玻璃(主要是大板面玻璃和着色玻璃)时，应考虑玻璃品种(吸热率、边缘强度)、使用环境(玻璃朝向、遮挡阴影、环境温度、墙体导热)、玻璃边部装配约束(明框镶嵌、隐框胶结)等各种因素可能造成的玻璃热应力问题，以防止玻璃热炸裂产生。钢化和半钢化玻璃则不必进行防热炸裂的热应力计算。4.11.2门窗的立面分格框架设计和窗口室内、外的遮阳设计应防止或减少玻璃局部升温造成的玻璃不同区域之间的温度差。玻璃的周边不应有易造成裂纹的缺陷，对于易发生炸裂的玻璃(如面积大于1㎡的大板面玻璃、颜色较深的玻璃和着色玻璃等)，应对其边部进行倒角磨边等加工处理，安装玻璃时也不应对玻璃周边造成人为的缺陷。玻璃的镶嵌采用弹性良好的密封衬垫材料有利于减少玻璃的热应力。4.12安全规定4.12.1本条内容是国家发改委签发的“发改运行【2003】2116号文《建筑安全玻璃管理规定》”第六条中的有关条款的规定。4.12.2本条是根据行业标准《建筑玻璃应用技术规程》JGJ113-2009第6.2.1条和第6.2.3条的规定制作的，门和落地窗应执行其中有框玻璃的有关规定，全玻璃门应执行其中无框玻璃的有关规定。4.12.3本条为强制性要求，国家标准《住宅装饰装修工程施工规范》GB50327-2001第10.1.6条强制性条文规定“推拉门窗扇必须有防脱落措施，扇与框的搭接量应符合设计要求”，这属于关系到社会公众的安全性问题，确有必要规定。考虑到推拉门的主要用于阳台门，因此本条只规定了推拉窗的要求。4.12.5、4.12.6为防止室内儿童或人员从窗户跌落室外，或者公共建筑管理需要，窗的开启扇应采用带钥匙的窗锁、执手等锁闭器具，以防止人随意开启窗扇。4.12.7本条是参照《民用建筑设计通则》GB50352-2005第6.10.4条的规定“双面弹簧门应在可视高度部分装透明安全玻璃”铝合金地弹簧门一般都是采用玻璃，但要繁殖采用非透视的玻璃或其他镶板而无可透视的玻璃面，因为这种双面弹簧门开回开启，推门的人看不到门的另一侧是否有人，则容易碰撞人。