急待解决的门窗与建筑墙体间的安装问题.docx
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急待解决的门窗与建筑墙体间的安装问题
急待解决的门窗与建筑墙体间的安装问题
——门窗附框的新型结构
周佩杰（北京100052）
摘要:
本文主要探讨采用附框的干法安装和整窗单元安装，研究了附框的新型结构，强调了门窗、门窗和附框及与建筑墙体连接安装、建筑墙体的三者之间的相同物理性能，重点要解决门窗与建筑墙体之间的保温，介绍一种多功能的玻璃纤维增强附框，并对附框进行了分类。
关键词:
附框、安装、连接、保温、单元、性能
门窗做为建筑节能的主要部位，而由于门窗与建筑墙体的联接安装不好、密封不好、保温性能差而导致漏水、漏气、结霜也经常发生，现在已经是建筑上的一种通病，如图是由于门窗框与墙体结合部位的密封不好而导致的窗台结冰、结霜（当为粉刷墙体时可出现发霉或墙皮脱落），产生的原因是由于窗框与墙体之间的保温和密封不好，室内外热冷空气对流或冷热辐射而导致室内空气急剧变冷，将室内水蒸汽凝聚成水、霜或冰，为此门窗与建筑墙体的联接和密封，对建筑的气密性、水密性和保温性能影响很大，是建筑节能应急待解决的重大问题之一。
而当前对门窗和建筑的气密性和保温性能都有分别的规定，而对二者连接部位的强度、保温、气密、水密等无要求，更没有检测标准和方法来控制，为此必须引起建筑和门窗企业共同重视，更急待行业主管部门解决，这也是建筑和门窗产业化客观要求。
一、门窗安装与建筑施工二者之间的关系
1.1建筑使用寿命是50年以上，而门窗是易更换的建筑构件使用寿命25年，而做为门窗安装的预埋件或副框是镶嵌在建筑结构内，是不易更换的建筑构件，它的使用寿命应与建筑同寿命。
1.2门窗是在建筑预留洞口上进行安装，建筑预留的洞口尺寸就决定了门窗的加工尺寸，预留洞口的质量同时也影响了门窗安装质量和门窗尺寸的标准化。
1.3建筑洞口是由建筑施工企业预留的，而门窗则是由门窗企业依据现场实际进行测量并安装，建筑施工企业进行门窗的土建收口，门窗企业进行保温和密封的收口。
1.4建筑施工企业与门窗企业又是总包与分包的关系，在门窗安装过程中是一种理不清的责任关系，特别当门窗企业的门窗合同是与业主直接签订的，则更严重，这种关系导致了做为门窗企业永远是处在被动的地位。
1.5建筑施工企业和门窗企业是两个独立利益群体，门窗安装需要预埋或附框，门窗安装后建筑收口的成品保护，门窗周边的胶封，是双方争议的焦点。
1.6门窗安装由于建筑洞口具备测量加工到门窗安装完成时间非常短，根本不够门窗的加工生产周期，为此又成为影响工期的责任者。
1.7门窗做为门窗生产企业的产品而建筑的构件，应在工厂进行整窗加工，施工现场整窗进行安装，而现在的施工现场人为的把其分为窗框、玻璃、五金件、注胶或安装胶条等工序分别在现场安装，这样失去了门窗的整体性能，又给现场施工增加了难度，加大了施工周期。
二、当前现行标准或规范对门窗在建筑上安装的相关规定
2.1《建筑节能工程施工质量验收规范（GB50411-2007）》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（JGJ214-2010）》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（DB29-164-2010）》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。
三、当前门窗安装应急待解决的问题
前面所述门窗安装与建筑施工有着不可分割的关系，由于国家标准和地方标准对门窗的安装又无明确的规定，为此现在应急待解决好以下几个问题：
一是门窗的安装方式是采用干法安装还是湿法安装；二是干法安装附框材料和断面尺寸及结构；三是门窗与建筑墙体的连接强度、密封与气密性、水密性和保温性能；四是门窗与建筑墙体间的检测与质量控制；五是门窗产业化生产。
四、门窗干法安装取代湿法安装势在必行
门窗的安装方式是采用干法安装还是湿法安装，笔者认为干法安装势在必行。
门窗传统的安装是湿法安装，它是将门窗框直接通过某种连接方式与墙体连接，然后再进行土建抹灰收口的一种安装方法。
而现在为了解决此种方法不利于进行门窗的成品保护而严重影响门窗质量；金属门窗又必须进行防腐处理，门窗施工周期长的缺点产生了一种新的干法安装。
现在普遍实行的干法安装是增加了钢转接框也就是钢副框，先将钢转接框通过某种连接方式与墙体连接，然后再进行土建抹灰收口，待土建湿作业完成后再进行门窗框安装，窗框与墙体之间填充保温材料，外侧用防水密封胶进行密封。
此种方法同湿法安装相比有利于门窗框的成品保护；缩短了门窗的施工期；便于门窗进行更换的优点，优势是具大的，为此已得到广泛的应用。
干法安装必须做为门窗安装的唯一方式应强制执行。
五、当前干法安装中存在的问题
5.1由于钢附框材料、建筑墙体所用材料、门窗材料三者之间的线膨胀系数不同（见下表），导致由于热胀冷缩而产生的位移量和变形量不同（见计算），严重影响了建筑门窗与墙体的密封，导致了雨水渗水，门窗有“响动”，固定点松动，脱胶等现象发生，直接影响了门窗与建筑连接的气密性、水密性和保温性能。
材料的线膨胀系数α（1/℃）
材料
α
材料
α
玻璃
0.80×10-5～1.00×10-5
混凝土
1.00×10-5
钢材
1.20×10-5
砌砖体
0.50×10-5
铝材
2.35×10-5
玻璃钢
0.73×10-5
不锈钢板
1.80×10-5
计算因季节温差而产生的变形量：
ΔL=Δt×α×L
上式：
ΔL——温度变形后量
Δt——季节温差（冬季按-30℃，夏季按+30℃计算，季节温差为60℃）
α——线膨胀系数
L——长度（按1800mm计算）
解：
ΔL钢=Δt×α×L=60×1.20×10-5×1800=1.30mm
ΔL铝=Δt×α×L=60×2.35×10-5×1800=2.54mm
ΔL玻=Δt×α×L=60×0.90×10-5×1800=0.97mm
ΔL混=Δt×α×L=60×1.00×10-5×1800=1.08mm
ΔL玻钢=Δt×α×L=60×0.73×10-5×1800=0.79mm
5.2金属钢附框的耐腐性能差，当表面采用热浸镀锌其寿命在15年，表面采用冷镀锌其寿命在8-12年，表面采用刷防锈漆其寿命更短，为此长其会因腐蚀而影响安装强度，并不能达到同建筑同寿命。
5.3从下表可以看出，钢附框导热系数比较大，它对保温性能影响极大。
建筑材料导热系数λ：
（W/m·K）
材料种类
导热系数
材料种类
导热系数
材料种类
导热系数
钢筋混凝土
1.74
水泥沙浆
0.93
铝
237
碎石、卵石混凝土（p0=2300kg/m3）
1.51
石灰水泥沙浆
0.87
铝合金
160
碎石、卵石混凝土（p0=2100kg/m3）
1.28
石灰沙浆
0.81
建筑钢材
58.2
加气混凝土（p0=700kg/m3）
0.22
石灰石膏沙浆
0.76
不锈钢
17
加气混凝土（p0=500kg/m3）
0.19
保温沙浆
0.29
三元乙丙
0.25
重砂浆砌筑粘土砖墙体
0.81
玻璃钢型材
0.30
聚氯乙稀
0.16
轻砂浆砌筑粘土砖墙体
0.76
平板玻璃
0.76
聚铣胺
0.25
矿棉、岩棉（p0=70以下kg/m3）
0.05
建筑玻璃
1.0
PVC
0.43
矿棉、岩棉（p0=70-120kg/m3）
0.045
尼龙66+25%玻纤
0.30
花岗石
3.49
5.4由于隔热保温铝合金门窗为了保证窗框安装强度采取内外门窗框都与墙体或钢附框进行固定，导致钢附框形成了金属通路而影响门窗的保温性能；
5.5金属钢附框现在普遍采用的20*40*的矩形钢管，壁厚采用1.5mm，有的采用1.2mm，金属钢附框40宽的断面不能适应不同门窗断面的要求，而1.5mm或1.2mm壁厚当门窗采用ST4.8自攻钉与其固定时，固定不到两个螺距，极大影响了安装强度。
5.6现在的干法安装为了避免门窗安装后因土建施工的湿作业而造成的门窗污损，采用膨胀螺栓先将钢附框与墙体进行固定，待土建湿作业完成后，再进行门窗框的安装，所安装的钢附框只起转接作用，作用单一。
5.7现在无论采取何种窗框与墙体的联接方法，都是在窗框与墙体之间打聚氨脂发泡或水泥砂浆填实，在窗框室内和室外侧与墙体用密封胶进行密封处理。
此种方法一是由于在打发泡胶或水泥砂浆填实时会出现注胶不饱满或水泥砂浆不密实现象，而影响门窗的安装强度；二是窗框与外墙体之间在建筑施工中没有留有注胶槽而导致打胶时只能打在平面上而影响粘接强度；三是窗框与墙体之间因热胀冷缩和施工质量等因素容易形成通缝，导致渗水和空气渗漏。
从而极大的影响门窗和墙体间的安装强度、气密性、水密性和保温性能和使用功能。
六、干法安装的新途径。
鉴于干法安装上述问题存在，也就是附框的问题的存在，为此所设计的附框要具有转接、挡排水、连接强度高、密封严密、保温性强、与建筑材料亲合性好、耐腐蚀、易加工组装等功能，从根本上解决现在附框所存在的问题，而解决好附框材料、断面尺寸及结构是干法安装方法的必要途径。
6.1附框材料
附框材料的选择直接影响了门窗与建筑墙体的连接强度、密封、保温、与建筑材料亲合性、耐腐蚀等功能，当前附框所用的材料主要有钢材、但铝材、隔热铝型材、PVC塑料型材、钢塑共挤塑型材、玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）等材料，可做为门窗附框的选择，综合上述材料的强度、导热系数、线膨胀系数、耐腐蚀（寿命）、连接以及经济性等因素进行综合评价，评价结果见下表：
从下表的评价来看其综合性能最好的是玻璃纤维增强塑料（玻璃钢），为此玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）应做为首选材料予以推广。
材料
强度
隔热
热胀冷缩
连接
耐腐
经济
综合
钢材、
1
5
5
1
6
3
4
铝材、
3
6
6
2
5
5
6
隔热铝型材、
4
4
4
3
4
6
5
PVC塑料型材、
6
2
2
6
3
1
3
钢塑共挤塑型材、
5
3
3
4
2
2
2
玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）
2
1
1
5
1
4
1
6.2附框断面尺寸及结构
附框做为门窗干法安装过程中的门窗与建筑之间的一个主要构件，不应只起有利于成品保护的转接作用，而应具有有利于挡排水、连接强度高、密封严密、易加工组装等功能。
根据不同要求，附框可分为普通型、功能型、单元型三种。
6.2.1普通型
普通型是指附框结构简单的矩型结构，其功能只起转接作用。
6.2.1.1单腔附框
图一和图二是常用的单腔钢附框及安装节点图，此种结构单一，只起到转接有利于门窗成品保护的作用，应被新型的附框体系所替代，但对无保温要求的一些地区仍可采用。
单腔钢附框的安装是先将钢附框用膨胀螺栓固定在建筑结构上，土建二次收口用防水抗力水泥砂浆将附框抹平，待水泥砂浆干后安装窗框，窗框与墙体之间填充保温材料，内外两侧用密封胶进行密封。
图一图二
6.2.1.2双腔附框
图三和图四是玻璃纤维增强塑料双腔附框及安装节点图，由于实行了双膛在中间增加了一道分隔，提高了其隔热性能，可以不用在腔体填塞保温材料，有力于墙体保温性能的提高。
玻璃纤维增强塑料双腔附框的安装是先将附框用膨胀螺栓固定在建筑结构上，土建二次收口用防水抗力水泥砂浆将附框抹平，待水泥砂浆干后安装窗框，窗框与墙体之间填充保温材料，内外两侧用密封胶进行密封。
图三图四
6.2.2功能型
功能型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。
图五和图六所示是一种带注胶槽（胶条槽）的功能型附框：
a-安装定位平面；b-双斜坡结构；c-单斜坡结构；d-注胶槽（f：
胶条槽）；e-档边。
安装定位平面a主要用于安装时的定位和组框的基础面，双斜坡结构b主要提高防水水泥砂浆与建筑结构的结合密度，单斜坡结构c主要是有利于渗漏进水的排除，注胶槽d（胶条槽f）主要提高密封效果，档边e控制室内外高低差和变于室内装饰。
图五图六
图七为门窗附框的塑料窗或玻璃纤维增强塑料窗的安装剖面图，先将特殊构造的附框4，用金属膨胀螺栓2固定在建筑预留的洞口1上，再由建筑进行防水水泥砂浆二次收口装饰面的湿作业3，待湿作业完成后用自攻钉或自攻自钻螺钉5将塑料窗框9固定在特殊构造的附框4上，实现有效的连接，在塑料窗框9与特殊构造的附框4之间填充发泡胶8，内外塑料窗框9与室外防水水泥砂浆和室内装饰面用室外密封胶7和室内密封胶6进行密封，最终实现门窗框的干法安装。
图七
下图为门窗附框的隔热保温铝合金窗安装剖面图，先将特殊构造的附框4，用金属膨胀螺栓2固定在建筑预留的洞口1上，再由建筑进行防水水泥砂浆二次收口装饰面的湿作业3，待湿作业完成后用自攻钉或自攻自钻螺钉5将铝合金窗框10的内外腔分别固定在特殊构造的附框4上，实现有效的连接，在铝合金窗框10与特殊构造的附框4之间填充发泡胶8，内外铝合金窗框10与室外防水水泥砂浆和室内装饰面用室外密封胶7和室内密封胶6进行密封，最终实现门窗框的干法安装。
图八
6.2.3单元型
单元型是指附框结构能够满足门窗进行整窗单元安装的要求。
图九和图十所示是新开发的用于整窗单元安装玻璃纤维增强塑料附框，图九为窗的下部和两侧所用附框，图十是窗的上部所用的附框。
图十一是整窗单元安装的节点图，先将特殊构造的附框4和10组成的整体附框，用金属膨胀螺栓2固定在建筑预留的洞口1上，再由建筑进行防水水泥砂浆二次收口装饰面的湿作业3，待湿作业完成后先安装弹簧卡片5后进行整窗单元安装，先将窗9的上端斜推入附框10的槽口内再将下部推入附框4内，同时卡簧卡住窗框9的内壁，实现有效的连接，在铝合金窗框9与特殊构造的附框4之间填充保温材料8，内外铝合金窗框9与室外防水水泥砂浆和室内装饰面用室外密封胶7和室内密封胶6进行密封，最终实现门窗框的整窗单元安装。
图十一
6.3玻璃纤维增强塑料附框的特点
6.3.1工团玻璃纤维增强塑料附框具有优秀的材料性能，它是采用玻璃纤维增强塑料通过拉挤工艺拉制而成，型腔可以多样化，适应不同功能要求。
6.3.2玻璃纤维增强塑料附框采用以纤维及其制品为增强材料，以树脂为基材，将纤维及织物浸透树脂后经牵引机牵引下通过加热专用模具高温固化成型，经拉挤工艺生产出表面光洁、尺寸稳定、强度高的空腹异型材的新型高分子复合材料，它是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。
6.3.3轻质高强。
玻璃纤维增强塑料（玻璃钢）型材具有轻质高强的优良性能（详见下表），玻璃纤维增强塑料附框不需钢框为骨架，完全靠自身就能支撑，抗压、抗折、不变形、不弯曲。
既节省了钢材，又达到了使用目的，可在台风多发区使用。
项目
单位
玻璃钢
铝合金
PVC
钢
密度
1000Kg/m3
1.7
2.9
1.5
7.8
拉伸强度
Mpa
388
150
50
420
弯曲弹性模量
Mpa
20900
70000
1960
20600
比强度
220
53
36
53
6.3.4玻璃纤维增强塑料附框型材与建筑墙体的材料线膨胀系数相近，这样在热胀冷缩情况下而保证了变形量的基本一致，也避免了裂缝的出现；玻璃纤维增强塑料附框与墙体结合部位采用了特殊处理，增强与墙体结合度，为此实现了有机的结合，提高附框的安装刚度；玻璃纤维增强塑料附框不用做任何表面处理，具有不怕水泥砂浆等碱性或酸性的较强耐腐蚀能力，同建筑同寿命。
6.3.5玻璃纤维增强塑料附框四角通过钢角件采用自攻自钻螺钉连接，玻璃纤维增强塑料附框通过金属膨胀螺栓与墙体进行连接，保证了连接强度，同时附框在现场施工更加方便。
6.3.6玻璃纤维增强塑料附框室内的凸边可实现门窗的正确定位并解决通缝问题，并使门窗提高了抗正风压的能力；门窗框通过自攻自钻螺钉与玻璃纤维增强塑料附框进行连接，经实侧自攻钉与玻璃纤维增强塑料附框单壁厚进行固定其抗拉能力为490N、抗剪能力为980N、15mm距离的拉弯应力294N自攻钉不倾斜、拉弯应力784N时倾斜不脱落，可以保证门窗承受3500帕的抗风压强度，当采用加长自攻钉钻透附框两个壁厚时，可以保证门窗承受5000帕的抗风压强度，从面保证了门窗的连接强度。
6.3.7门窗框与玻璃纤维增强塑料附框之间的保温的填充实现了保温并为热胀冷缩提供了变形能力，门窗框与玻璃纤维增强塑料附框内外周边密封胶的密封提高了密封性和抗变形能力。
6.3.8玻璃纤维增强塑料附框上框采用槽式结构，先将上部插入，可以防止在安装过程中倾导，便于施工过程中对门窗的位置进行调整，同时也提高了门窗的抗风荷载能力。
6.3.9玻璃纤维增强塑料附框可以与窗框采取一样宽度，保证了与窗的一致性。
6.3.10注胶槽或胶条槽的设置提高了胶的粘接能力和密封效果。
6.3.11璃纤维增强塑料附框上框采用槽式结构，先将上部插入，弹筑片卡扣式结构为整窗单元安装法提供了可靠的联接方式和密封，有效的解决了湿作业和建筑施工的难度，整窗单元安装使门窗更新更加便利。
6.3.12本方法可以适用于铝合金、塑钢和和玻璃钢等各类门窗的安装，具有较强的适应性。
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。
6.3.13在附框与墙体之间设置了专用安装调整件，可以保证玻璃纤维增强塑料附框的安装精度和安装强度。
6.3.14玻璃纤维增强塑料附框可以达到同门窗相同的物理性能指标。
6.3.15性价比高。
现行采用的20*40*1.5的镀锌钢副（附）框造价1.413Kg/m×6.00元/Kg=8.48元/m，玻璃纤维增强塑料附框造价为0.56Kg/m×15.00元/Kg=8.4元/m，造价基本相等,但现在钢材价格是上涨趋势又受到镀锌的环境污染限制，而玻璃钢型材材料是下降趋势，玻璃纤维增强塑料附框又比钢附框具有完整的功能性，所以具有良好的性价比。
七、门窗与建筑墙体间的检测与质量控制
门窗、附框、建筑墙体三者之间的物理性能指标必须是一致的，为此门窗与建筑墙体间的检测与质量控制也应纳入到GB/T7106-2008《建筑外门窗气密，水密，抗风压性能分级及检测方法》、GB/T8484-2008《建筑外门窗保温性能分级及检测方法》、GB/T8485-2008《建筑外门窗空气声隔声性能分级及检测方法》、JG/T211-2007《建筑外窗气密、水密、抗风压性能现场检测方法》的物理性能检测中，将门窗安装在模似的建筑洞口内，采用所应用的安装方式进行试验室整体模似检测，也可在现场检测中将检测范围扩大到门窗洞口周边，含一部分建筑墙体，进行检测，与门窗单独检测的数值进行对比，是否达到了同物理性能。
对附框的生产和质量要求以及安装方式另制定标准进行质量控制，并对门窗的安装规定和质量要求增加到各种门窗的施工规范中。
八、门窗产业化生产
门窗做为一个产品必须是整体的，就象衣服一样，从商店买回来安装上（穿上）就可以用，为此门窗就必须在工厂生产的就是成品，在商店上出售，买回安装就可用，这就是门窗的产业化生产。
门窗产业化生产首先是所生产的门窗系列尺寸、门窗构造尺寸、门窗的分格样式的标准化，这样才能便使用户有选择；二是建筑预留洞口的标准化，这样才能使标准的门窗安装在标准的洞口内；三是门窗易拆换的安装方式的标准化，它是门窗与建筑联系的纽带，也是门窗产业化的关键，解决办法就是附框，附框先安装在建筑洞口内，规范了建筑洞口尺寸和门窗尺寸，二者之间就可以实现有机的结合，为此解决了附框的问题就可以解决了门窗产业化生产。
九、建议
国家有关部门组织相关建筑设计、门窗制造、建筑施工等相关单位对门窗与建筑墙体的连接进行研究，明确分工，制定相应的安装规范和连接强度、保温和三性的检验规范，大力推广可行的玻璃纤维增强塑料附框干式安装和整窗单元安装，最终实现门窗一站式整窗单元安装，保证门窗与建筑墙体的整体和统一性，保证建筑门窗全方位的节能减排。
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