玻璃幕墙开启窗的安全性

彭小龙

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司 上海 200092）

近年来，玻璃幕墙安全事故频发，社会影响极大。统计分析导致各类玻璃幕墙事故的原因，我们会发现由幕墙开启窗的破坏及坠落所引起的事故占很大的比例。本文通过结构、构造、施工等方面分析其中的原因，为减少玻璃幕墙开启窗事故提供一些解决方案。玻璃幕墙开启窗绝大部分为上悬窗，本文以上悬窗为例做分析，文中提及的开启窗无特殊说明的均指上悬窗。

1 开启窗安全性与窗扇的尺寸

中装协在《关于淘汰建筑幕墙落后产品和技术的指导意见》的通知中就明确规定：“开启扇的尺寸不宜大于1.5平方”，上海的幕墙地方标准规定：“幕墙开启扇面积不应大于1.8平方”。规范之所以对开启扇的尺寸做明确的限制，是因为它直接决定了窗户的重量和承受风荷载的大小，是受力分析的基础。虽然不能说开启窗的安全性与窗扇的尺寸有必然关系，但就规范的初衷而言，为减少开启窗安全事故给出了一个易于操作，且行之有效的方法。基于以上规范，对幕墙立面分格是一个挑战。举例来说，按照立柱分格1.5m，层高4m的玻璃幕墙为例。理想方式是在立面效果上尽量弱化开启扇的存在，如图1（a）所示，但是这种方式窗户的面积1.5×2.2=3.3m2，远超过规范要求。根据建筑效果表达，退而求其次，可以选择图1（b）或是图1（c）的方式布置开启扇。但以上的选择常常并不是建筑师和业主所乐意的，这种对面积的硬性规定应该也是暂时性的。通过相关技术水平的提高，使开启扇运用更加成熟，随着开启扇安全事故的减少，这条规范会慢慢成为历史。

图1 布置开启扇

2 开启窗安全性与受力分析及五金配件选型

玻璃幕墙结构计算时往往仅对幕墙龙骨、面板、连接做计算，而不对开启扇做验算，即使有对开启扇做受力分析的，也仅是针对开启扇在关闭状态时的杆件及面板进行核算，没有对五金配件进行验算。开启窗扇按其工作状态可分为关闭状态和开启状态，但不管是处在何种状态，其荷载都是通过五金配件传给幕墙龙骨，五金配件的选配对整窗的安全性起决定性作用。在实际工程中往往存在因缺少五金配件详图及相关计算依据，施工单位仅根据自己或五金厂家经验选配配件，导致其性能无法满足要求而产生安全事故。在幕墙设计时应含开启窗五金配件（图2）及相应配件（螺钉、锁点、锁块、摩擦铰链、风撑等）在关闭及开启状态时的力学分析，杜绝施工现场在无依据的情况下盲目施工，导致开启窗安全事故。

图2 开启窗五金配

3 开启窗安全性与结构胶

开启窗扇宜采用半隐框或明框构造，确保玻璃面板和窗扇型材间有有效地机械固定（图3中的明框压板）；不宜采用隐框玻璃的构造做法，因为隐框窗的抗风压性能单纯依靠结构胶承受，存在因结构胶老化（通常质保年限为20年）后承载能力下降导致玻璃脱落的风险。

开启扇中存在结构胶受力时，应在玻璃下设置托板（图4中的托板），避免结构胶承受永久荷载（通常是重力）。因为结构胶在永久荷载作用下的强度设计值仅约为在短期荷载（如风荷载、地震荷载）作用下的1/20。

图3 开启窗五金配

窗扇型材与中空玻璃内片玻璃的结构胶和中空玻璃内结构胶应内外连续（图3、图4中的结构胶），防止因内片玻璃自爆（钢化玻璃自爆在目前的玻璃生产工艺下是不可避免）后导致外片玻璃整体脱落风险。

图4 开启窗五金配

4 开启窗安全性与构造

开启窗作为可活动的构件，使用一段时间后，常会出现因螺钉松动导致窗扇打不开或关不严等问题，严重时可能导致整窗脱落。究其原因，很多时候都是由于螺钉连接处的型材壁厚太薄，型材丝牙破坏所致。铝合金龙骨和窗框窗扇型材常规的壁厚均为2～3mm，以M5螺钉（螺距约0.8mm）和2.5mm壁厚型材连接为例，与型材咬合的螺牙数仅约3个丝牙，在窗户频繁开闭后极易导致螺钉松动。故与螺钉连接处，型材截面应局部加厚（图3中的型材局部加厚）。当螺钉连接处的型材没有按要求进行局部加厚的，也可在型材背面增加不锈钢衬垫，螺钉与不锈钢板连接固定（图4中的不锈钢衬垫）。

5 开启窗安全性与玻璃

按规范要求，开启扇面积常规均不会大于2平方，验算玻璃的强度、刚度等力学性能，可以发现6mm厚的玻璃完全能满足结构计算。玻璃幕墙中的固定玻璃，根据具体工程及板块大小可能需要8mm、10mm甚至更厚的玻璃。为提高开启扇的安全性，玻璃幕墙中的固定部分和开启扇的玻璃可以选用不一样的厚度，尽量减少开启扇的重量，降低相应的荷载，提升安全性。

6 开启窗安全性与施工

开启窗扇安装时应使左右两侧五金配件（如摩擦铰链）对称布置，确保整窗协同工作。如两侧摩擦铰链高度不一致，即窗户使用过程中其左右行程不协调，会产生五金配件被扭曲或被扯断的情况，导致开启窗安全事故。

7 开启窗安全性与风撑使用

日常使用中常会出现因错误操作而无法关闭窗户的情况，更有因无法关闭窗扇而使用蛮力导致风撑折断或窗户脱落的事故，因此在幕墙投入使用前应对开启窗做必要的使用说明。这是因为幕墙开启窗最常用的伸缩风撑的使用方法与普通门窗的使用是有区别的。伸缩风撑的操作方式为：窗户打开使风撑到达最大行程时，风撑顶住窗扇起到固定作用。当需要关闭窗户时，要先将窗扇往外推一下使风撑打开卡扣，再往回关闭窗扇。直接往回拽，是关不了窗扇的。这与人们的常规思路有区别，需要给使用者提供使用说明。

8 开启窗其他安全措施

幕墙开启扇不推荐采用挂钩式连接，实际工程中挂钩式上悬窗常因使用不当、限位块安装偏差、横梁弯曲等因素导致整窗掉落的安全事故。当不得已采用挂钩式时，宜在窗户边沿设置防坠落钢丝锁，其可在挂钩失效后拉住窗扇，不至于窗扇掉落造成其他损失。

9 结语

开启窗是在幕墙设计过程中容易被忽视，但对玻璃幕墙安全性能有重要影响的部分，实际工程中常出现安全事故。本文通过对开启扇的分格尺寸、力学模型、五金配件、节点构造、施工与使用等各方面进行探讨，希望能破除开启扇安全事故频发的困局。