2016年臺(tái)風(fēng)“海馬”來(lái)襲前，幾個(gè)同事受命在廠區(qū)進(jìn)行防臺(tái)風(fēng)前的安全檢查。當(dāng)查到辦公樓幕墻開啟窗的鎖閉情況時(shí)，發(fā)現(xiàn)有好幾個(gè)窗扇出了問(wèn)題，不僅鎖閉不了，甚至有個(gè)窗扇都不能正常閉合。一使勁，居然搞壞了一側(cè)的不銹鋼撐擋!
也是這次臺(tái)風(fēng)，造成深圳市某大廈多個(gè)開啟窗扇出現(xiàn)損壞脫落。由于該項(xiàng)目位于鬧市區(qū)，所以一時(shí)造成了很壞的社會(huì)影響。事后經(jīng)多方聯(lián)合調(diào)查，發(fā)現(xiàn)開啟扇損壞脫落的主要原因是因?yàn)殚_啟扇尺寸太大，施工單位雖然依據(jù)所計(jì)算的風(fēng)荷載和自重選用了對(duì)應(yīng)的窗用五金件，但因?yàn)槎喾N原因造成其承載能力并不能滿足實(shí)際要求。最后這個(gè)項(xiàng)目付出了很大代價(jià)，專門委托五金廠家研發(fā)訂制了一批加強(qiáng)型的專用配件，并進(jìn)行全部更換才算較為徹底地解決了問(wèn)題。
再往前兩年，深圳某個(gè)超高層建筑掉了個(gè)幕墻開啟扇，找我們?nèi)ピ\斷評(píng)估。結(jié)果發(fā)現(xiàn)掛鉤式開啟扇兩側(cè)定位撐擋不同步情況相當(dāng)普遍，甚至有的已經(jīng)損壞。對(duì)此，施工單位一臉無(wú)辜，把責(zé)任完全推給不懂得操作的使用者。
這幾個(gè)案例對(duì)于幕墻行業(yè)的從業(yè)者來(lái)說(shuō)都不算是很特別，算是比較常見的情況。要說(shuō)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，應(yīng)該是非常深刻;應(yīng)對(duì)辦法、解決措施也已是相當(dāng)成熟。但為什么幕墻開啟扇總是一而再、再而三地出問(wèn)題呢?
1、從深圳的“43號(hào)文”談起
2016年深圳住建局下發(fā)了《關(guān)于加強(qiáng)建筑幕墻安全管理的通知》(簡(jiǎn)稱43號(hào)文)，據(jù)說(shuō)是受到了幾起社會(huì)影響力較大的幕墻安全事故影響而緊急出臺(tái)的。這個(gè)文件在建設(shè)部38號(hào)文的基礎(chǔ)上又增加了更嚴(yán)格的措施，貫徹執(zhí)行非常堅(jiān)決。
上海市的地方標(biāo)準(zhǔn)則更進(jìn)一步，已經(jīng)具體到將幕墻開啟扇尺寸限制在1.8平米以內(nèi)。即將發(fā)布的新版幕墻規(guī)范也對(duì)幕墻開啟扇的面積做出了限制。2016年底，中裝協(xié)下發(fā)了一份文件中也有具體的規(guī)定：開啟扇尺寸不宜大于1.5平米，嚴(yán)禁大于2平米。
作為一個(gè)幕墻人，對(duì)政府及行業(yè)主管單位加強(qiáng)幕墻安全管理的態(tài)度無(wú)疑是支持的，但對(duì)某些的具體內(nèi)容感覺(jué)還需要斟酌：比如限定幕墻開啟窗的面積，似乎是行之有效的好方法。但對(duì)于建筑設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，恐怕就難以接受了。
舉例來(lái)說(shuō)：目前常規(guī)玻璃幕墻的橫向分格模數(shù)大體在1.3~1.5米之間，如果限定2平米的開啟扇面積，窗的豎向分格高度就不能超過(guò)1.5~1.3米。按照這個(gè)計(jì)算結(jié)果，大多數(shù)幕墻都做不到開啟玻璃與相鄰固定（詞條“固定”由行業(yè)大百科提供）玻璃一樣大的外觀效果，這對(duì)建筑師來(lái)說(shuō)，絕對(duì)不是一個(gè)滿意的結(jié)果。
深圳的43號(hào)文和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的出臺(tái)，其實(shí)都反映出整個(gè)社會(huì)對(duì)幕墻安全性問(wèn)題的一種焦慮心態(tài)。這迫使我們開始對(duì)之前司空見慣的問(wèn)題引起足夠的重視：同樣一種設(shè)計(jì)方法，固定部分不出問(wèn)題，但開啟部分出問(wèn)題。這說(shuō)明現(xiàn)有的開啟部分設(shè)計(jì)方式存在缺陷：要么是考慮的內(nèi)容不全面，要么是給定的安全系數(shù)實(shí)際不足。所以需要從設(shè)計(jì)理論或設(shè)計(jì)規(guī)程上想辦法，至少這是一種積極的態(tài)度。
2、開啟窗是特殊的幕墻部件
為什么說(shuō)幕墻開啟窗的設(shè)計(jì)不能套用現(xiàn)有的幕墻設(shè)計(jì)要求呢?是因?yàn)殚_啟窗是一種特殊的幕墻部件：在幕墻系統(tǒng)中，只有它是活動(dòng)部件，而其他的都是靜止構(gòu)件。活動(dòng)部件至少包括了兩種靜止工作狀態(tài)和一種運(yùn)動(dòng)工作狀態(tài)，同時(shí)開啟窗還涵蓋了最多數(shù)量的功能需求和最復(fù)雜的人機(jī)關(guān)系需求，這是其特殊的根本原因。
2.1、開啟窗的靜止?fàn)顟B(tài)
開啟窗在開啟和閉合工作狀態(tài)下的時(shí)候，承載情況及工作需求的差異是比較大的，理論上來(lái)說(shuō)應(yīng)當(dāng)分別對(duì)待。但查過(guò)很多資料，發(fā)現(xiàn)對(duì)幕墻窗的開啟狀態(tài)進(jìn)行分析內(nèi)容幾乎是空白：
首先，首先是開啟狀態(tài)下窗體的力學(xué)模型發(fā)生改變(鎖點(diǎn)失效)，在負(fù)風(fēng)壓組合的工況中，甚至連五金配件（詞條“五金配件”由行業(yè)大百科提供）的承載狀態(tài)都與其設(shè)計(jì)承載狀態(tài)有很大的不同。以滑撐連接固定的窗扇為例，其在打開狀態(tài)下滑撐僅相當(dāng)一個(gè)滑動(dòng)鉸接的支點(diǎn)。當(dāng)窗扇開啟到最大限位角度時(shí)，滑撐與撐擋共同作用，形成了帶有懸伸段的四點(diǎn)支撐板的力學(xué)模型。
與我們常識(shí)相反的是，在這種新的力學(xué)模型中撐擋成了受力最大的五金件(撐擋外側(cè)有窗扇懸伸段)。而事實(shí)上在配件選用時(shí)主要關(guān)注的是滑撐的承載能力，對(duì)于撐檔總將其作為開啟穿窗的輔助定位配件來(lái)看待，更別提進(jìn)行結(jié)構(gòu)校核計(jì)算。所以很多窗扇在開啟狀態(tài)下被風(fēng)吹落，都是從撐擋破壞開始的。
其次，開啟扇在開啟狀態(tài)下時(shí)需要校核的內(nèi)容及標(biāo)準(zhǔn)也需要分析，特別是安全系數(shù)該如何取值?因?yàn)殚_啟扇是活動(dòng)部件，所以其連接構(gòu)造要承受交變的沖擊荷載（詞條“荷載”由行業(yè)大百科提供）。其失效形式恐怕已不是簡(jiǎn)單的彎曲破壞或是剪切破壞，有無(wú)可能是松動(dòng)、失穩(wěn)、疲勞等更為復(fù)雜的破壞形式?
2.2、開啟窗的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
開啟窗的運(yùn)動(dòng)工作狀態(tài)則是一個(gè)更為復(fù)雜的內(nèi)容：首先需要進(jìn)行開啟軌跡的分析與框扇碰撞檢查。開啟窗開啟過(guò)程中扇、框發(fā)生不嚴(yán)重干涉時(shí)，窗也能勉強(qiáng)打開。但這類干涉反復(fù)發(fā)生，有關(guān)連接構(gòu)件就會(huì)因頻繁承受較大的荷載造成損壞。
其次，是有關(guān)構(gòu)件的可靠性分析。比如，掛鉤式開啟扇的防脫落構(gòu)造。附圖的兩個(gè)防脫構(gòu)造中，圖1的構(gòu)造看似有用，計(jì)算也能算過(guò)。但在使用過(guò)程中仍可能會(huì)出問(wèn)題。原因是構(gòu)件的剛度（詞條“剛度”由行業(yè)大百科提供）不足，固定螺絲在沖擊荷載的反復(fù)作用下仍可能會(huì)松動(dòng)，導(dǎo)致防脫落構(gòu)造失效;而圖2的構(gòu)造中，防脫落構(gòu)件鑲嵌在槽內(nèi)，即便螺釘脫落也不會(huì)滑出，顯然可靠很多。
圖3所示的穿軸式的連接構(gòu)造相對(duì)來(lái)說(shuō)可靠性更高一些。只要做好軸向的限位，理論上是不會(huì)出現(xiàn)開啟扇脫落的情況。但是在實(shí)際使用過(guò)程中，有時(shí)也會(huì)有斷軸的情況發(fā)生。除了有關(guān)荷載取值不足外(未考慮動(dòng)力系數(shù))，窗框(含橫梁)承載時(shí)產(chǎn)生的撓度（詞條“撓度”由行業(yè)大百科提供）也是一個(gè)重要的誘因。因?yàn)檫@會(huì)導(dǎo)致多于兩個(gè)以上的銷軸不發(fā)揮作用，所以在計(jì)算時(shí)只應(yīng)考慮兩端銷軸受力，并且考慮到金屬疲勞問(wèn)題，還應(yīng)在構(gòu)造上多采取一些減少應(yīng)力集中的工藝措施。
同樣的情況，也可能出現(xiàn)在滑撐的連接構(gòu)造上。好的設(shè)計(jì)會(huì)將滑撐嵌在一個(gè)寬度匹配的槽口之中，依靠構(gòu)造措施承受滑撐傳遞給窗框的主要荷載，滑撐上的固定螺釘則負(fù)責(zé)將其固定在槽口內(nèi)。但圖省事的做法很可能采取完全依賴幾個(gè)螺絲的固定，長(zhǎng)期工作后五金件很快被損壞。
另外，通常不銹鋼滑撐上設(shè)有一個(gè)承受長(zhǎng)期重力荷載的圓孔(其他孔為長(zhǎng)孔)。理論上其承受的剪切力有限(窗扇的自重)，采用拉釘就能滿足要求。但實(shí)際上由于該處頻繁承受沖擊荷載，定位拉釘被剪斷的比比皆是。當(dāng)這個(gè)定位拉釘失效后，窗扇就會(huì)掉角，影響正常開啟。如果暴力操作，很可能造成更大的損壞甚至是事故，這也是可靠度不足的一個(gè)表現(xiàn)。
所以在上海地方標(biāo)準(zhǔn)中，就規(guī)定了在開啟窗的螺釘連接部位需要局部加大壁厚或是采用背襯鋼絲母板進(jìn)行連接加固，這些做法都是提高連接可靠性的有效措施。
第三，是開啟窗的人機(jī)關(guān)系設(shè)計(jì)。比如開啟窗的啟閉力設(shè)計(jì)就需要按照使用者的正常臂力設(shè)計(jì)。如果窗扇開啟所需的力過(guò)大，超出人的正常臂力水準(zhǔn)，就需要通過(guò)設(shè)置類似下圖的省力的機(jī)構(gòu)或助力裝置，以便于開啟窗的正常使用。
僅僅是做了簡(jiǎn)單的分析，就可以清楚地發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的幕墻設(shè)計(jì)很難全面覆蓋到開啟窗的種種特殊情況。從本質(zhì)上講，是不完善的設(shè)計(jì)規(guī)程導(dǎo)致了幕墻開啟窗成為了影響幕墻安全的高危部件。所以解決幕墻開啟窗的安全問(wèn)題，最積極的方法不是限制開啟面積之類的硬性規(guī)定，而是制定正確的設(shè)計(jì)規(guī)程，真正從根子上解決幕墻開啟窗的安全問(wèn)題。
3、漫談幕墻開啟窗的設(shè)計(jì)規(guī)程
幕墻開啟窗的設(shè)計(jì)規(guī)程應(yīng)圍繞其三種標(biāo)準(zhǔn)工作形態(tài)來(lái)展開的，主要可以分成“功能性”與“結(jié)構(gòu)性”兩個(gè)部分的內(nèi)容分別進(jìn)行設(shè)計(jì)：
3.1開啟窗的功能性設(shè)計(jì)
開啟窗的功能性設(shè)計(jì)主要是描述開啟窗的啟閉過(guò)程及相關(guān)的影響和作用。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，大致包含下面的內(nèi)容：
A、 啟閉軌跡設(shè)計(jì)
啟閉軌跡設(shè)計(jì)主要是描述開啟窗活動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)行軌跡及起止位置。通過(guò)這些參數(shù)來(lái)確定幕墻活動(dòng)構(gòu)件是否會(huì)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生碰撞或干涉、其起止位置是否能夠滿足安裝工藝需求或使用功能需求、達(dá)到平面內(nèi)變形級(jí)別時(shí)窗扇是否還能正常啟閉等;
B、 啟閉力設(shè)計(jì)
開啟扇啟閉力可以通過(guò)其質(zhì)量、啟閉位置、開啟五金配件的摩擦力等參數(shù)計(jì)算出來(lái)。而根據(jù)人機(jī)關(guān)系原理，根據(jù)幕墻開啟窗的室內(nèi)安裝高度可以確定操作人員啟閉操作時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)臂力值。如啟閉力超過(guò)操作人員的標(biāo)準(zhǔn)臂力值，則需要改變開啟方式或使用額外的傳動(dòng)裝置;
C、 安全防護(hù)設(shè)計(jì)
幕墻開啟窗在三種工作形態(tài)下均應(yīng)對(duì)可能出現(xiàn)的非正常狀態(tài)進(jìn)行分析，并依據(jù)幕墻開啟窗非正常狀態(tài)出現(xiàn)的概率和由此造成的影響來(lái)確定是夠需要采取針對(duì)性的安全防護(hù)措施。比如有的窗扇剛度不足，就需要在框扇交合的對(duì)應(yīng)位置安裝一組楔形定位塊，還有前面提到的掛鉤式構(gòu)造的防脫落裝置等，都是針對(duì)性的安全防護(hù)設(shè)計(jì);
D、 可維護(hù)設(shè)計(jì)
開啟窗的活動(dòng)構(gòu)件均應(yīng)可以拆換或維護(hù)。這一條看似簡(jiǎn)單，但實(shí)際上經(jīng)常出問(wèn)題。比較常見的情況是開啟扇受到外側(cè)裝飾帶或遮陽(yáng)（詞條“遮陽(yáng)”由行業(yè)大百科提供）裝置的限制，開啟角度有限，根本就不能拆換滑撐等五金配件，給使用維護(hù)帶來(lái)巨大麻煩。
3.2開啟窗的結(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)
A、 開啟狀態(tài)下的荷載取值及結(jié)構(gòu)計(jì)算
幕墻開啟窗在開啟狀態(tài)下風(fēng)荷載取值沒(méi)有明確的規(guī)定，但仍可以參照荷載規(guī)范中的檐口等突出構(gòu)件來(lái)取值。考慮到窗扇在極端天氣下依然存在被開啟或忘記鎖閉的概率，并且其一旦脫落會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的安全問(wèn)題，所以需要從嚴(yán)控制。建議在風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（詞條“標(biāo)準(zhǔn)值”由行業(yè)大百科提供）作用下，打開的開啟扇不得出現(xiàn)連接失效脫落以及不得出現(xiàn)不可恢復(fù)的變形、破損及影響正常開啟功能的變化。
由于開啟窗的工作特性，對(duì)打開的開啟扇可不做撓度方面的限定。幕墻開啟窗在風(fēng)荷載作用下突然啟閉所產(chǎn)生的沖擊荷載也不做計(jì)算，這主要是因?yàn)椴煌拈_啟配件間的阻尼差異很大，沒(méi)辦法保證計(jì)算結(jié)果的精確性。但可以要求通過(guò)實(shí)物實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)試窗體連接的可靠度。
B、 框扇構(gòu)件的結(jié)構(gòu)校核
由于開啟窗的密封功能需求，決定了其撓度值要更為嚴(yán)格。通常框、扇間密封膠條的設(shè)計(jì)壓縮量約2mm，扣除組各種誤差，有效值還會(huì)更少。所以幕墻開啟扇閉合狀態(tài)下的撓度變形量最好不大于2mm，如果按照鎖點(diǎn)間距300~500mm計(jì)算，其構(gòu)件允許撓度值宜控制在1/250之內(nèi)。
C、 連接構(gòu)件的結(jié)構(gòu)校核
由于幕墻開啟窗所承受的沖擊荷載難以確定，所以仍可按開啟窗的開啟和鎖閉兩種狀態(tài)下進(jìn)行靜載的受力分析計(jì)算(注意，開啟狀態(tài)下只有風(fēng)撐、折頁(yè)和撐擋等開啟配件參與承載)，但建議增加1.4的動(dòng)力系數(shù)以確保連接點(diǎn)安全可靠。
4、結(jié)束語(yǔ)
無(wú)論是JGJ102還是GBT21086中對(duì)幕墻開啟窗的設(shè)計(jì)要求都沒(méi)有專門的規(guī)定。而幕墻開啟窗又是如此重要，總要有解決的辦法。這篇文章完全是有感而發(fā)，希望引起大家對(duì)幕墻開啟窗設(shè)計(jì)困局的關(guān)注，從而推動(dòng)將幕墻開啟窗的設(shè)計(jì)規(guī)程納入到有關(guān)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)中去。
