玻璃幕墻開啟窗的安全性

彭小龍

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司 上海 200092）

近年來，玻璃幕墻安全事故頻發(fā)，社會(huì)影響極大。統(tǒng)計(jì)分析導(dǎo)致各類玻璃幕墻事故的原因，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)由幕墻開啟窗的破壞及墜落所引起的事故占很大的比例。本文通過結(jié)構(gòu)、構(gòu)造、施工等方面分析其中的原因，為減少玻璃幕墻開啟窗事故提供一些解決方案。玻璃幕墻開啟窗絕大部分為上懸窗，本文以上懸窗為例做分析，文中提及的開啟窗無特殊說明的均指上懸窗。

1 開啟窗安全性與窗扇的尺寸

中裝協(xié)在《關(guān)于淘汰建筑幕墻落后產(chǎn)品和技術(shù)的指導(dǎo)意見》的通知中就明確規(guī)定：“開啟扇的尺寸不宜大于1.5平方”，上海的幕墻地方標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：“幕墻開啟扇面積不應(yīng)大于1.8平方”。規(guī)范之所以對(duì)開啟扇的尺寸做明確的限制，是因?yàn)樗苯記Q定了窗戶的重量和承受風(fēng)荷載的大小，是受力分析的基礎(chǔ)。雖然不能說開啟窗的安全性與窗扇的尺寸有必然關(guān)系，但就規(guī)范的初衷而言，為減少開啟窗安全事故給出了一個(gè)易于操作，且行之有效的方法。基于以上規(guī)范，對(duì)幕墻立面分格是一個(gè)挑戰(zhàn)。舉例來說，按照立柱分格1.5m，層高4m的玻璃幕墻為例。理想方式是在立面效果上盡量弱化開啟扇的存在，如圖1（a）所示，但是這種方式窗戶的面積1.5×2.2=3.3m2，遠(yuǎn)超過規(guī)范要求。根據(jù)建筑效果表達(dá)，退而求其次，可以選擇圖1（b）或是圖1（c）的方式布置開啟扇。但以上的選擇常常并不是建筑師和業(yè)主所樂意的，這種對(duì)面積的硬性規(guī)定應(yīng)該也是暫時(shí)性的。通過相關(guān)技術(shù)水平的提高，使開啟扇運(yùn)用更加成熟，隨著開啟扇安全事故的減少，這條規(guī)范會(huì)慢慢成為歷史。

圖1 布置開啟扇

2 開啟窗安全性與受力分析及五金配件選型

玻璃幕墻結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)往往僅對(duì)幕墻龍骨、面板、連接做計(jì)算，而不對(duì)開啟扇做驗(yàn)算，即使有對(duì)開啟扇做受力分析的，也僅是針對(duì)開啟扇在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)的桿件及面板進(jìn)行核算，沒有對(duì)五金配件進(jìn)行驗(yàn)算。開啟窗扇按其工作狀態(tài)可分為關(guān)閉狀態(tài)和開啟狀態(tài)，但不管是處在何種狀態(tài)，其荷載都是通過五金配件傳給幕墻龍骨，五金配件的選配對(duì)整窗的安全性起決定性作用。在實(shí)際工程中往往存在因缺少五金配件詳圖及相關(guān)計(jì)算依據(jù)，施工單位僅根據(jù)自己或五金廠家經(jīng)驗(yàn)選配配件，導(dǎo)致其性能無法滿足要求而產(chǎn)生安全事故。在幕墻設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)含開啟窗五金配件（圖2）及相應(yīng)配件（螺釘、鎖點(diǎn)、鎖塊、摩擦鉸鏈、風(fēng)撐等）在關(guān)閉及開啟狀態(tài)時(shí)的力學(xué)分析，杜絕施工現(xiàn)場在無依據(jù)的情況下盲目施工，導(dǎo)致開啟窗安全事故。

圖2 開啟窗五金配

3 開啟窗安全性與結(jié)構(gòu)膠

開啟窗扇宜采用半隱框或明框構(gòu)造，確保玻璃面板和窗扇型材間有有效地機(jī)械固定（圖3中的明框壓板）；不宜采用隱框玻璃的構(gòu)造做法，因?yàn)殡[框窗的抗風(fēng)壓性能單純依靠結(jié)構(gòu)膠承受，存在因結(jié)構(gòu)膠老化（通常質(zhì)保年限為20年）后承載能力下降導(dǎo)致玻璃脫落的風(fēng)險(xiǎn)。

開啟扇中存在結(jié)構(gòu)膠受力時(shí)，應(yīng)在玻璃下設(shè)置托板（圖4中的托板），避免結(jié)構(gòu)膠承受永久荷載（通常是重力）。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)膠在永久荷載作用下的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值僅約為在短期荷載（如風(fēng)荷載、地震荷載）作用下的1/20。

圖3 開啟窗五金配

窗扇型材與中空玻璃內(nèi)片玻璃的結(jié)構(gòu)膠和中空玻璃內(nèi)結(jié)構(gòu)膠應(yīng)內(nèi)外連續(xù)（圖3、圖4中的結(jié)構(gòu)膠），防止因內(nèi)片玻璃自爆（鋼化玻璃自爆在目前的玻璃生產(chǎn)工藝下是不可避免）后導(dǎo)致外片玻璃整體脫落風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 開啟窗五金配

4 開啟窗安全性與構(gòu)造

開啟窗作為可活動(dòng)的構(gòu)件，使用一段時(shí)間后，常會(huì)出現(xiàn)因螺釘松動(dòng)導(dǎo)致窗扇打不開或關(guān)不嚴(yán)等問題，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致整窗脫落。究其原因，很多時(shí)候都是由于螺釘連接處的型材壁厚太薄，型材絲牙破壞所致。鋁合金龍骨和窗框窗扇型材常規(guī)的壁厚均為2～3mm，以M5螺釘（螺距約0.8mm）和2.5mm壁厚型材連接為例，與型材咬合的螺牙數(shù)僅約3個(gè)絲牙，在窗戶頻繁開閉后極易導(dǎo)致螺釘松動(dòng)。故與螺釘連接處，型材截面應(yīng)局部加厚（圖3中的型材局部加厚）。當(dāng)螺釘連接處的型材沒有按要求進(jìn)行局部加厚的，也可在型材背面增加不銹鋼襯墊，螺釘與不銹鋼板連接固定（圖4中的不銹鋼襯墊）。

5 開啟窗安全性與玻璃

按規(guī)范要求，開啟扇面積常規(guī)均不會(huì)大于2平方，驗(yàn)算玻璃的強(qiáng)度、剛度等力學(xué)性能，可以發(fā)現(xiàn)6mm厚的玻璃完全能滿足結(jié)構(gòu)計(jì)算。玻璃幕墻中的固定玻璃，根據(jù)具體工程及板塊大小可能需要8mm、10mm甚至更厚的玻璃。為提高開啟扇的安全性，玻璃幕墻中的固定部分和開啟扇的玻璃可以選用不一樣的厚度，盡量減少開啟扇的重量，降低相應(yīng)的荷載，提升安全性。

6 開啟窗安全性與施工

開啟窗扇安裝時(shí)應(yīng)使左右兩側(cè)五金配件（如摩擦鉸鏈）對(duì)稱布置，確保整窗協(xié)同工作。如兩側(cè)摩擦鉸鏈高度不一致，即窗戶使用過程中其左右行程不協(xié)調(diào)，會(huì)產(chǎn)生五金配件被扭曲或被扯斷的情況，導(dǎo)致開啟窗安全事故。

7 開啟窗安全性與風(fēng)撐使用

日常使用中常會(huì)出現(xiàn)因錯(cuò)誤操作而無法關(guān)閉窗戶的情況，更有因無法關(guān)閉窗扇而使用蠻力導(dǎo)致風(fēng)撐折斷或窗戶脫落的事故，因此在幕墻投入使用前應(yīng)對(duì)開啟窗做必要的使用說明。這是因?yàn)槟粔﹂_啟窗最常用的伸縮風(fēng)撐的使用方法與普通門窗的使用是有區(qū)別的。伸縮風(fēng)撐的操作方式為：窗戶打開使風(fēng)撐到達(dá)最大行程時(shí)，風(fēng)撐頂住窗扇起到固定作用。當(dāng)需要關(guān)閉窗戶時(shí)，要先將窗扇往外推一下使風(fēng)撐打開卡扣，再往回關(guān)閉窗扇。直接往回拽，是關(guān)不了窗扇的。這與人們的常規(guī)思路有區(qū)別，需要給使用者提供使用說明。

8 開啟窗其他安全措施

幕墻開啟扇不推薦采用掛鉤式連接，實(shí)際工程中掛鉤式上懸窗常因使用不當(dāng)、限位塊安裝偏差、橫梁彎曲等因素導(dǎo)致整窗掉落的安全事故。當(dāng)不得已采用掛鉤式時(shí)，宜在窗戶邊沿設(shè)置防墜落鋼絲鎖，其可在掛鉤失效后拉住窗扇，不至于窗扇掉落造成其他損失。

9 結(jié)語

開啟窗是在幕墻設(shè)計(jì)過程中容易被忽視，但對(duì)玻璃幕墻安全性能有重要影響的部分，實(shí)際工程中常出現(xiàn)安全事故。本文通過對(duì)開啟扇的分格尺寸、力學(xué)模型、五金配件、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、施工與使用等各方面進(jìn)行探討，希望能破除開啟扇安全事故頻發(fā)的困局。