直接套用塑料门窗和铝合金门窗国标图集存在安全隐患

龚昌基

(福建省建筑设计研究院 福建福州 350001)

幕墙施工图设计必须经审查通过才可以用于施工，而门窗设计则没有这个规定。许多设计单位也不重视门窗结构构件的设计和计算，似乎只要建筑专业选定门窗式样、颜色，再提出一系列性能要求，就算完成设计了。甚至在编制通用图集或标准图集时，也很少组织结构专业人员参与其中。现行国标图集《未增塑聚氯乙烯(PVC-U)塑料门窗》(07J604)和《建筑节能门窗(一)》(06J607-1)也不例外。

其实，从所受风荷载等外力作用、破坏所造成的后果、大部分构件的受力机理来看，除了直接与墙体连接的门窗外边框以外，门窗和幕墙并没有本质上的区别。像现在这样下去，可能存在安全隐患。

1 国标图集《未增塑聚氯乙烯(PVC－U)塑料门窗》(07J604)

先以现行国标图集《未增塑聚氯乙烯(PVC-U)塑料门窗》(07J604)(以下简称“图集07J604”)为例，看看到底存在哪些问题:

1)图集07J604虽然给出了每个门窗型号的抗风压等级，但其截面大样中没有注明型材的具体尺寸，也没有注明其截面惯性矩和抗弯模量，这就是一个漏洞。

2)由于钢材弹性模量(2.1×105MPa)是塑料弹性模量(1960MPa)的107倍，而且塑料型材与增强钢芯之间必须留有装配间隙，故塑材变形达到一定值后，钢芯才受力，所以在受弯构件中，塑材的承载力贡献几可不计，主要是靠钢芯起作用。然而钢芯受内腔限制，其惯性矩，截面模量都很小;跨度较大者，一般都由最大挠度控制。

然而，图集07J604中没有规定钢芯的具体尺寸，尤其是未规定其厚度(图集P.58～P.63)，这就使得“抗风压性能”完全靠生产厂家自行掌握。换个厂家生产，若监控不到位，则图集S所谓“抗风压性能”便是一句空话。

3)图集07J604第7页称:“中大”塑料门窗的抗风压性能均达8级(P3=4.5～5.0kPa)。“实德”塑料门窗的抗风压性能达3～8级(P3=2.0～5.0kPa);

但第5页表6.6-1、6.6-2中的“力学性能”又说:弯曲，“在300N力作用下，允许有不影响使用的残余变形”;如所周知，所谓“残余变形”本来是指外力撤去后，无法恢复原状的残留变形，0.3kN的力就允许有残余变形，显然与前述抗风压性能矛盾。

4)门窗的边框型材靠固定片直接固定在周边墙上，而固定片的间距一般小等于600mm，因此边框的弯曲应力、变形还都较小;但中立梃或横梃跨度较大，往往起控制作用。

特别是组合窗的拼接型材，是主要受力杆件(图集P.57)，按图集07J604总说明第7.4条，“门窗固定用连接件尺寸应不小于140×20×1.5mm(长×宽×厚)，焊接板尺寸应不小于80×80×5mm(长×宽×厚)”，但拼接型材要求什么材质?图集未见交代。从第57页注3“连接件需进行防腐处理”看，应该不是塑料或不锈钢，究竟是什么材质?无法猜测。

5)从组合窗立面图(图集P.32～P.38)看，拼接型材跨度可达 2.7m，受风宽度为 1.8m，当风压5.0kPa(8级)时，弯矩可达8.2kN·m，用140×20×1.5mm矩形管，则截面惯性矩J=930583mm4，抗弯模量W=13294mm3;于是，弯曲应力 σ=M/W=8.2×106/13294=616.8MPa，挠度△ =5/384×9×27004/(930583×2.1×105)=31.9mm，△/L=31.9/2700=1/85＞1/300。无论是应力或挠度，都已远远超过普通钢材的限值。何况厚度1.5mm，作为主要受力部位，也违反了 JGJ102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》第6.2.1-2条或第6.3.1-2条(均为强制性条文)的规定。

6)图集07J604第64～65页，分别介绍“实德”和“中大”两家的塑料门窗型材技术资料，其中“实德”门窗型材称“采用合理的断面结构设计，平开窗抗风压强度可以达到8级以上，普通推拉窗抗风压强度可达到3级以上，高强度推拉窗抗风压强度可达到6级以上”;“中大”型材则称:“强度设计:通过计算设计的主型材增强型钢内腔，选用与内腔形状、尺寸相符的型钢，可提高门窗的强度和刚性”。

这也间接证明，本图集07J604未含“结构设计”或“强度设计”，所谓抗风压性能有待两参编厂家自行继续完善。

2 国标图集《建筑节能门窗(一)》(06J607－1)

再看国标图集《建筑节能门窗(一)》(06J607-1)(以下简称“图集06J607-1”)的铝合金门窗部分，情况也是如此。

在图集06J607-1中，涉及铝合金门窗抗风压性能的内容有:

1)表5.7，北京高层住宅要求，抗风压不应低于5级。

2)表6.1，安全检测压力差，摘自 GB/T 7106-2002。

3)第9～12页注3:“平开窗的开启扇，其净宽不宜大于600，净高不宜大于1400;推拉窗的开启扇，其净宽不宜大于900，净高不宜大于1500。”请注意，这里只限制开启扇的尺寸，而门窗总的宽高尺寸，按该页注1，“由选用者自己注明”，亦即不限;至于固定扇的尺寸，也不受限制。

4)第13页，铝合金节能门窗性能表，分A型和B型，分别依据北京两个厂家检测资料编制;其中抗风压性能，A型均为“≥3.5kPa”，B型有的“≥3.5kPa”有的“≥4kPa”。

5)第18～21页，门窗安装节点图，除注1称“连接件尺寸≥140×20×1.5”外，没有注明任何铝合金型材的具体尺寸。

6)第24～36页，A型门窗节点图，未注明型材的具体尺寸。

7)第37～44页，B型门窗节点图，未注明型材的具体尺寸;个别型材标注了编号，但在本图集内找不到具体尺寸。

8)第99页，东亚隔热铝合金型材相关技术资料，在“4产品物理性能指标”表中，虽标明抗风压性能“大于3000Pa或满足设计要求”，但没有标示截面尺寸、跨度及受风宽度，甚至没有说明铝合金牌号及状态。

大家都知道，门窗框材的截面形状、大小、厚度、受风面积和跨度，以及它的材质，决定了该框材的抗风压性能;而一樘门窗所有框材及玻璃面板抗风压性能中的最小值，便是该樘门窗的抗风压能力。离开这些要素，所谓“抗风压性能”云云只能理解为某种承诺或广告词。所谓“抗风压性能”云云只能理解为某种承诺或广告词。

3 国标图集《铝合金节能门窗》(03J603－2)

近年来节能门窗发展很快，在国标图集《铝合金节能门窗》03J603-2中，便普遍使用了断热铝合金型材。所谓断热铝合金型材，就是把铝合金型材截面分成两个部分，中间用尼龙或其它塑胶材料连接，如(图1)(摘自国标图集03J603-2第49页)所示。

图1 断热铝合金型材

国标图集03J603-2虽然列出了每个这样的复合材料截面的惯性矩、抗弯模量等几何特征值，但其计算方法不得而知。按国标图集03J603-2，上图截面的惯性矩 Ix=80.1833cm4，截面积 A=758.5 cm2，显然是把截面看作一个整体计算的。如果该复合型材受弯后能符合平截面假定(即受弯前一个平截面上的各点，受弯后仍保持在同一个平面上)，则这样计算是正确的;但塑胶的弹性模量只有铝合金的1/35，上述复合型材受弯变形并不符合平截面假定，硬要按整体截面计算，误差很大。

例如某矩形截面 b×h，其惯性矩 Ix=bh3/12;但若把这个截面分割为二，各自的h1=h/2，且两者在弯曲变形时，其界面可以滑动，则其总惯性矩仅为两个小截面的惯性矩之和，即 Ix1=2×b×(h/2)3/12=bh3/48，仅为原截面惯性矩的1/4。

可见差距之大。若把原截面高度分为h1=h/4和h2=3h/4，截面高度b不变，且界面可以滑动，则其总惯性矩为 (7/192)bh3，约为原截面惯性矩的1/2。

现在再计算上图截面的惯性矩，为便于计算，将截面尺寸稍作一些简化(如图2)。

图2 截面的惯性矩(未注明壁厚为1.8mm)

计算结果如下:

这也可以证实，国标图集03J603-2中，其惯性矩是把截面看作一个整体计算的，可达分截面计算总和的2.7倍，偏不安全。

当然，用塑胶材料连接起来的上下两个铝合金型材截面，并非完全脱离，还可以传递一定的内力，但塑胶的弹性模量及剪切模量都远小于铝合金，视为整体截面计算肯定有误差;是否可分别取两者的弹性模量代入，用块单元有限元法对这种复合材料截面的简支梁进行较详细的分析，以便找出合理的计算方法?有待进一步探讨。

我们姑且相信这些厂家的广告词(承诺)都是能够兑现的，但按照标准图集制作的其他厂家呢?是否都具有足够的设计实力和资质?谁来保证产品的强度和刚度?

4 馀言

福建省标准图集《硬聚氯乙烯(PVC-U)推拉塑钢门窗》DBJT 13-59于2003年编制，其特点是:通过结构计算，确定了每种规格的推拉塑钢门窗在规范规定的材料应力和构件变形限度内，所能承担的风压值;同时给出了我省各市、县不同建筑高度的房屋门窗，应承担的风压标准值。因此，按本图集选用推拉门窗型号，立即可知是否满足规范规定的强度和刚度要求。这是过去的铝合金门窗图集和现行的国家标准设计图集《未增塑聚氯乙烯(PVC-U)塑料门窗》(07J604)所没有的。

不过，本图集只限于推拉门窗，不含平开门窗。这是由于当时缺乏平开门窗的五金件的力学性能资料所致。本拟先出推拉塑钢门窗图集，接着准备收集资料，再出平开塑钢门窗图集，但时过境迁，机构、人事变动，这项工作就搁置下来了。

鉴于国标(07J604)没有从结构受力方面完善设计;而图集(DBJT 13-59)又未含平开门窗，且11年来，许多标准、规范都已修订，也有待补充完善。但无论如何，不宜简单地予以“废止”。

总之，图集(07J604)、图集(03J603-2)或图集(06J607-1)没有从结构承载能力方面完善设计，而批准发行后已广泛套用，加以门窗设计没有纳入施工图审查范围，而生产厂家又良莠不齐，长此以往，难保不出事故，堪忧!建议由省有关部门组织力量补充完善该塑钢门窗的标准图集。