外開窗安全性檢測解讀

■ 王 驊 Wang Hua

1 概述

2 標準編制背景

近年來，隨著建設用地的稀缺及城市地價的飆升，中高層建筑大量涌現，建筑外窗所承受的風荷載也隨之增加。另一方面，建筑節能的大力推進和用戶對通透大空間的需求，導致建筑外窗所用玻璃的尺寸及厚度都不斷增加，工程上大量使用多層中空玻璃替代原來的單層玻璃，進一步增加了建筑外窗的自重。因此，以前的一些關于民用建筑外開窗的相關規定和要求，已遠遠滿足不了技術的發展和社會的進步。2017年12月1日，上海市工程建設規范《民用建筑外窗應用技術規程》（DG/TJ 08—2242—2017） 正式實施，旨在解決民用建筑外開窗的社會需求，并確保外開窗的安全使用。

2.1 外開窗質量事故案例介紹

本文在上海建科院等科研機構的研究數據基礎上，收集了部分外開窗的質量事故案例。

（1）2011年1月6日，常州晚報報道：窗戶高空掉落砸傷清潔工，全樓業主都有責任。據常州市民反映，該市某小區9樓和31樓的開啟窗玻璃掉落砸傷清潔工，而他們小區居民家的窗戶掉落已經不是一兩次了，所幸再沒有人員傷亡。

（2）2013年10月22日，廣西防城港北部灣新聞網報道：因新裝窗戶掉落砸中樓下停放轎車而引起的一起民事糾紛。外窗系一家不銹鋼經營部訂做的，因質量問題引發事故。

（3）2014年9月21日，北京晨報報道：窗戶砸落傷人，房主租客一起賠。由于事發后，房東已將窗戶更換，因此對于窗戶玻璃墜落系因老化還是使用原因無法確定。

（4）2014年11月2日晚，四川成都某小區34層發生一起窗戶連框帶玻璃墜落，砸在停車場的頂棚上，幸好無人員和車輛過往。經物業工程部檢查，窗戶掉落原因確認是窗戶高度沒有填滿，再之樓高風大，結果窗戶就掉落了。

從上述案例中，我們發現，民用建筑外開窗存在的安全使用隱患主要表現為面板脫落、開啟窗扇墜落、五金件缺失等多項問題。

2.2 相關政策法律法規

關于外開窗的相關政策法律法規，因南北方地區居民使用習慣的問題而略有差異，但總體上要求應確保外開窗的安全可靠，且需具備防墜落安全的保障措施。

（1）原建設部第218號公告《建設部推廣應用和限制禁止使用技術》中規定：采用中空玻璃形式的建筑平開窗（包括塑料窗、斷熱型材鋁合金窗、斷熱型材鋼窗），外平開窗僅適用于多層房屋建筑。該文件于2004年3月頒布，此后各地方先后出臺了關于外開窗的具體管理要求。

（2）北京市地標《住宅建筑門窗應用技術規范》（DB J01—79—2004）規定：建筑外窗宜為內平開下懸開啟方式，中高層、高層及超過100m高度的住宅嚴禁采用外平開窗。該標準于2004年首發，并于2014年修訂時關于外開窗的內容升級為強制性條文，從安全角度嚴禁7層（含7層）以上建筑采用外平開窗。

（3）天津市地標《建筑節能門窗技術標準》（DB29—163—2013）規定：住宅建筑外窗開啟扇不應外開，其他建筑宜采用內平開形式。采用塑料窗和玻璃鋼窗時，平開窗應采用角部鉸鏈，7層及以上嚴禁采用外平窗；鋁合金窗采用外開形式時，7層及以上應采用上懸開啟形式，并設置限位支撐，其開啟角度不應大于30°，且水平開啟距離不得大于600mm。其外開窗的技術要求與天津市住宅設計標準相匹配。

（4）南方地區江蘇省地標《居住建筑標準化外窗系統應用技術規程》（DGJ 32J 157—2013）規定：居住建筑標準化外窗系統應以平開外窗系統（包括外平開、內平開、內開內倒等）為主，其他開啟形式為輔。關于外開窗如何選用，未做明確的說明。

（5）浙江省省標《建筑門窗應用技術規程》（DB 33/1064—2009）規定，7層及以上的建筑外窗宜采用內開啟形式。對應條文說明表述為，為了增強門窗的安全性，確需采用外開窗或推拉窗時，窗扇必須裝有防松脫裝置，產品應經有檢測。

3 風荷載計算

本著加強外開窗的技術進步、促進產業發展、保證結構安全、減少不必要的經濟損失的精神，配合上海市工程建設規范項目，開展不同高度建筑的風荷載計算。

根據民用建筑的分類特點，共設計4組不同高度、具有典型代表性的外開窗，分別為低層建筑（h=10m）、多層建筑（h=20m）、高層建筑（h=50m、h=80m）、超高層建筑（h=100m），高層建筑因層高跨度較大選擇了2個不同的高度。選擇有密集建筑群的城市市區，地面粗糙度統一取C類。外窗從屬面積A=1m2，風荷載采用上海市50年重現期風壓值。

圍護結構（門窗、幕墻）垂直于建筑物表面上的風荷載標準值應按下列公式計算[1]：

ωk=βgzμs1μzω0

式中， ωk—風荷載標準值（kN/m2）；

μs1—風荷載局部體型系數；

μz—風壓高度變化系數；

ω0—基本風壓（kN/m2），上海地區取0.55 kN/m2。

根據風荷載計算公式，得到上述4類不同建筑高度的風荷載標準值（表1），并得出以下規律。

（1）1～3層為低層住宅，高度不超過10m，風荷載（負風壓）標準值為1.61 kN/m2，對應外開窗抗風壓性能等級2級。

（2）4～6層為多層住宅，高度不超過20m，風荷載（負風壓）標準值為1.78 kN/m2，對應外開窗抗風壓性能等級2級。

（3）高度不超過50m的中小高層住宅，風荷載（負風壓）標準值為2.41 kN/m2，是低層建筑風荷載的1.50倍，對應外開窗抗風壓性能等級3級。

總之，口語交際活動都發生在一定的語境中。在教學中，我們要利用一切可以利用的資源，創設與教學內容相關的語境，這樣更容易激發學生內在的動力，提高學習效果。但也有一點是值得注意的，語境的創設應盡量避免人為創設帶來的造作的不真實感，真正達到較好的教學效果。

表1 不同高度建筑物風荷載對照表

（4）高度不超過80m的高層住宅，風荷載（負風壓）標準值為2.85 kN/m2，是低層建筑風荷載的1.77倍，對應外開窗抗風壓性能等級4級。

（5）建筑高度大于100m的民用建筑為超高層建筑，風荷載（負風壓）標準值在3.07 kN/m2以上，至少是低層建筑風荷載的1.91倍，對應外開窗抗風壓性能等級5級及以上。

因此，上海市工程建設規范《民用建筑外窗應用技術規程》在充分考慮了風荷載的作用影響下，形成了“外開窗多層建筑允許采用、高層建筑限制使用、超高層建筑禁止使用”的關鍵技術（圖1）。

4 安全性檢測技術

《民用建筑外窗應用技術規程》給出了外開窗的安全性檢測技術，主要包括3個附錄：附錄C《防人員墜落性能檢測方法》、附錄D《開啟扇動態風壓作用下防墜落性能檢測方法》和附錄E《開啟扇防墜落裝置試驗方法》。

4.1 防人員墜落性能檢測方法

本方法主要采用滾球試驗，模擬窗扇在開啟狀態下人員從窗口墜落的可能性。首先，將開啟扇開至限位狀態下的最大開啟位置。將直徑105mm的剛性小球放入開啟縫一端，同時，在窗扇中間，沿開啟方向對窗扇施加600N的推力。在此狀態下，將小球從開啟縫的一端平緩推至另一端（圖2）。檢測過程中，小球不得從開啟縫的任意位置墜落。整個過程無墜落情況即通過檢測。

圖1 上海地區外開窗的管理要求

4.2 開啟扇動態風壓作用下防墜落性能檢測方法

本方法主要模擬外平開窗在開啟狀態下，受動態風壓作用后的窗扇連接安全性。

（1）將外平開窗開啟至最大開啟位置。使用螺旋槳或其他同類設備對開啟扇施加動態風壓，動態風壓作用范圍應至少能覆蓋整個開啟扇的面積。動態風壓風速不低于33m/s，每個測試方向持續時間不小于3min。

（2）對開啟扇施加動態風壓共4次，其順序及方向為：①平行于窗框所在平面，由轉軸向開啟縫方向；②垂直于窗框所在平面，由外向內；③平行于窗框所在平面，由開啟縫向轉軸方向；④垂直于窗框所在平面，由內向外（圖3）。

（3）記錄試驗過程中可能發生的損壞（玻璃破裂、五金件損壞、窗扇掉落及可以觀察到的不可恢復的變形等）和功能障礙（外窗的啟閉功能發生障礙、膠條脫離等）。外平開窗的窗扇不應在任何一次試驗后發生損壞和功能障礙，即通過檢測。

4.3 開啟扇防墜落裝置試驗方法

本方法主要模擬外平開窗在承重五金連接失效情況下，窗扇的防墜落裝置的工作能力。

（1）開啟扇應按其使用狀態進行安裝固定，并打開、關閉開啟扇5次。

（2）將框扇之間的承重五金及限位裝置拆除。

（3）將開啟扇提升至最高位置，松開開啟扇，使其在自然狀態下墜落。重復該步驟3次，記錄試驗過程中發生的損壞（如玻璃破裂、防墜裝置損壞、窗扇掉落等）。

（4）將開啟扇玻璃取掉，換裝配重。配重應為原玻璃重量的2倍。

試驗過程中，防墜裝置不應損壞，防墜裝置與窗扇、窗框之間的連接不應發生松動或脫落，窗扇玻璃不應發生碎落；若開啟扇下方有玻璃，則窗扇墜落后不應將下方玻璃擊碎。重復上述步驟，整個過程無損壞即通過檢測。

圖3 動態風壓加載順序示意圖

5 結語

綜上所述，本文針對民用建筑的外開窗，開展了4類不同高度建筑的風荷載計算，為編寫上海市工程建設規范《民用建筑外窗應用技術規程》提供了理論依據；根據民用建筑不同高度的風荷載值，形成了“外開窗多層建筑允許采用、高層建筑限制使用、超高建筑層禁止使用”的關鍵技術；并提供了外開窗的防人員墜落、防窗扇墜落和防墜落裝置的安全性檢測技術，希望對規程的理解和準確執行有所幫助。

[1]中國工程建設標準化協會.GB 50009—2012 建筑結構荷載規范[S].北京：中國建筑工業出版社,2012.