锁点锁座问题导致幕墙开启窗在台风中被吹落事故分析

常银昌，方 潇，黄远洋，汪四新，何小军

（1.深圳市建筑科学研究院股份有限公司，广东 深圳 518049；2.深圳市房屋安全和工程质量检测鉴定中心，广东 深圳 518000）

0 引言

目前交通枢纽设施、体育场馆及 100 m 高度以上的高层建筑等公共基础设施基本都使用幕墙，幕墙美观、实用，既能满足建筑围护结构的功能要求，同时又能满足建筑师各种质感需求，是城市建筑中靓丽的风景线。近几年既有建筑幕墙的安全问题成为大家关注的焦点，其中幕墙的开启窗问题较多。开启窗是建筑幕墙上可活动的部件，是幕墙连通室内外的主要通道，同时也是幕墙工程中最容易出现安全事故的部位。本文以某大厦开启窗在强台风中被多处吹落的事故为例，对开启窗被吹落原因进行分析，总结和探讨幕墙开启窗设计及施工中应关注的技术等问题。

1 工程概况

某大厦位于深圳市，地下 3 层，地上 68 层，建筑总高度 303.8 m，总建筑面积 20.65 万 m2。外围护结构采用隐框玻璃幕墙，玻璃幕墙面积约 5 万 m2，2015 年竣工投入使用。2018 年受超强台风“山竹”影响，造成 43 樘开启窗被吹落，如图 1 所示。坠落的开启窗在低区楼层（16 层以下）、中区楼层（18～33 层）、中高区楼层（35～50 层）及高区楼层（52 层层以上）均有分布，其中中区及低区楼层开启窗坠落数量较多。

图1 幕墙开启窗坠落照片

2 现场检测

超强台风“山竹”（No.201822）是近几年来影响华南沿海地区的最强台风，香港、澳门、深圳、珠海普遍出现平均风 13～14 级，阵风 16～17 级。本次开启窗均是在台风期间被吹落，因此台风是造成开启窗坠落的直接原因。

文献［1］根据内伶仃岛气象站点风速仪记录的台风“山竹”过境时的风况，反推 10 m 高度处的最大 10 min 平均风速约为 29.24 m/s，可近似为台风“山竹”发生期间深圳地区 10 m 高度处的最大 10 min 平均风速，换算风压值为 0.53 kPa。该值小于国家现行荷载规范［2］规定的深圳地区 50 年重现期的基本风压 0.75 kPa。文献［3］根据盐田港、内伶仃南和我国香港流浮山站点的风速记录，综合分析各种影响因素，认为当时深圳地区的标准地貌下的最大风压应该在 0.57 kPa 左右，未超越本地 50 年重现期的基本风压 0.75 kPa。本项目幕墙设计图纸显示采用的基本风压为 0.75 kPa。

为了进一步查明幕墙开启窗坠落原因，对开启窗进行如下两项检测。

1）对幕墙开启窗外观质量，锁点、锁座配合情况等进行检测。

2）抽取 3 扇开启窗，进行现场抗风压性能试验检测。

2.1 锁点、锁座搭接配合情况检测

该建筑幕墙开启窗锁闭系统采用 8 点锁，由锁点、锁座、传动装置及执手组成，如图 2 所示。扳动执手时，锁点沿开启窗扇杆来回滑动。当锁点滑动至锁座位置时，锁座阻止锁点活动，可使开启窗处于锁闭状态。当锁点滑离锁座位置时，锁点活动不受锁座约束，开启窗便可推动开启。

图2 开启窗锁闭系统示意图（单位：mm）

锁点与锁座配合状态是开启窗启闭的主要影响因素。本项目锁座外形如图 3 所示，当开启窗执手扳至锁闭状态下时，锁点与锁座的搭接配合存在如下 4 种状态。

1）当锁点中心处在锁座外（包括锁点或锁座缺失），锁座不能对锁点起到锁闭作用，搭接不可靠，标记为“×”。

2）当锁点中心处在锁座斜坡段，锁点在受力时存在滑出锁座的危险，搭接不可靠，标记为“△”。

3）当锁点中心处在锁座圆弧段，锁点在受力时存在滑出锁座的危险，搭接不可靠，标记为“〇”。

4）当锁点中心处在锁座直线段，锁座可对锁点起到有效阻挡作用，使开启窗处于锁闭状态，搭接可靠，标记为“■”。

图3 锁座部位标记示意图

共抽检了 101 樘开启窗的 808 组锁点锁座搭接情况，统计情况如图 4（a）所示，808 组锁点锁座中有 488 组搭接于直线段，为可靠搭接，占比约为 60 %，剩余约 40 %，锁点搭接在锁座的入口圆弧、斜坡段，甚至未与锁座搭接，为不可靠搭接。对开启窗中可靠搭接的锁点锁座数量分布情况统计，如图 4（b）所示，仅有 5 樘开启窗 8 组锁点锁座全部可靠搭接，占比约 5 %，95 % 的开启窗均存在不同程度的不可靠搭接。可靠锁点数量为 5～6 组的开启窗比较普遍，占抽检总量的 51 %。通过检测数据可知，该项目锁点锁座搭接质量存在严重安全隐患。

图4 锁点锁座搭接情况统计表

2.2 开启窗抗风压性能检测

为检查幕墙开启窗抗风压性能，现场抽取有代表性的 3 樘开启窗进行抗风压检测，选择在台风中掉落开启窗较多的中区及低区进行抽检：5 层 1 樘、7 层 1 樘，23 层 1 樘。采用静压箱法［4］检测，检测只针对开启窗，验证关闭的开启窗在反复加压情况下被吹开的极限风压，检测流程、结果处理及评定参考 GB/T 15227-2007《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》［5］的规定执行。

根据设计图纸，该建筑幕墙开启窗风荷载标准值为 6 530 Pa，则反复加压阶段压力差平均值 P2取值为3 918 Pa，安全检测阶段压力差 P3取值为 6 530 Pa。

试验表明，3 樘开启窗抗风压性能均未达到设计要求，试验结果如表 1 所示，检测现场照片如图 5 所示。其中 5 层所检测的开启窗，8 组锁点锁座全部搭接在直线段，但仍在试验中吹开，8 个锁点全部断裂。经查阅工程资料档案，该建筑幕墙施工前曾进行 4 性试验检测，其中抗风压性能满足要求，当时使用的锁点是不锈钢材质锁点。经现场检测发现中低楼层使用的均是铝质锁点，中高区及高区使用的是不锈钢材质锁点，这也是台风中风力更大的中高区及高区的开启窗被吹落的反而更少的原因。

本项目在“山竹”台风过后的幕墙修复过程中，更换了所有开启窗中的铝合金锁点锁座，全部锁点锁座采用不锈钢材质，并调整所有不合格的锁点锁座位。调整后再随机抽取 3 樘开启窗进行现场抗风压测试，3 樘开启窗均能通过 P3=6 530 Pa 的安全检测，满足原设计要求。

图5 开启窗抗风压检测照片

表1 开启窗抗风压检测结果

3 开启窗坠落原因分析及建议

从现场检测结果不难看出，虽然超强台风是开启窗坠落的直接原因，但台风的风力并未超过幕墙设计风荷载，掉落的真正原因是幕墙开启窗的锁点锁座采用了低质量产品且其施工工艺粗糙。在高质量发展的今天，台风风力在未超过设计风荷载的情况下，将幕墙开启窗大面积吹落，造成严重质量安全事故，这值得从业人员从幕墙行业规范标准、设计、施工、工程质量检验及运维等方面进行系统思考。

1）现行幕墙相关规范对开启窗没有专项的可靠性设计要求。玻璃幕墙设计主要依据的规范为 JGJ 102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》［6］，该规范中没有开启窗的设计方法。GB/T 21086-2007《建筑幕墙》［7］及 GB/T 31433-2015《建筑幕墙、门窗通用技术条件》［8］等规范虽然对包括开启窗在内的幕墙整体抗风压性能进行了规定，但 2007 年版的试验检测规范只要求通过风荷载标准值测试即可，没有考虑荷载分项系数，更没有考虑抗力分项系数。而支承框架、面板等幕墙主要构件有较完善的可靠性设计理论，考虑了荷载分项系数和抗力分项系数，因此开启窗的结构可靠性比支承框架、面板等主要构件低很多，这也是为什么幕墙事故多出现在开启窗的重要原因。2019 年发布的新规范 GB/T 15227-2019《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》［9］提出了风荷载设计值的测试要求，考虑了荷载分项系数，可靠性将会对应提高一些，但该规范仍然没有考虑实际工程材料及施工质量的影响，即没有考虑抗力分项系数，因此未来一段时间内，开启窗仍将是建筑幕墙体系中相对薄弱的环节。

开启窗是幕墙的重要组成部分，台风中甚至常规开启，均有可能导致开启窗破坏，之后会形成飞射物破坏周边幕墙，高空坠物更可能会造成人员伤亡，而且会在建筑表面形成主导洞口，使建筑内压显著增加，进而造成更多玻璃围护结构破坏［10］。开启窗是幕墙承担风荷载的重要组成部分，规范理应将开启窗作为幕墙结构的一部分统一进行结构可靠性设计，而不应再将开启窗作为功能部件，仅在建筑设计章节提出一般性能要求。

幕墙开启窗的设计可参考门窗工程规范，JGJ 214- 2010《铝合金门窗工程技术规范》［11］规定了五金件、连接构件的承载力设计值应按产品标准或产品检测报告提供的承载力标准值除以相应的抗力分项系数（γR）或材料性能分项系数（γf）确定，并规定抗力分项系数γR（或材料性能分项系数γf）可取 1.4。JG/T 126-2017《建筑门窗五金件 传动锁闭器》［12］要求一组锁点锁座可承受 1 800 N 的破坏力。如果将 1 800 N 作为一组锁点锁座的承载力标准值，则设计值应为 1 286 N。

2）设计文件中缺少开启窗设计信息。幕墙设计图纸普遍深度不足，大部分幕墙设计图纸中都没有开启窗五金件（锁点、滑撑等）数量、位置、材料及承载力等关键设计信息。一个原因是五金件体积较小且安装隐蔽，常被设计人遗漏；另一个原因则是幕墙工程技术规范［6］中缺少开启窗的设计方法，各设计单位一般根据经验设计，标准不统一，很多设计单位不愿将开启窗详细信息写进设计图纸或计算书等设计文件中。

五金件是开启窗与支承框架间传递荷载的关键构件，是开启窗安全性的关键所在，而且工程实践表明开启窗质量事故基本都是因五金件质量不过关而引起，因此，开启窗的五金连接件同样应被视为幕墙工程结构的一部分进行可靠性设计，并体现在设计图纸中。

开启窗在锁闭状态下主要依靠锁点锁座传递风荷载，在开启状态下主要依靠滑撑、挂钩等传递自重及风荷载荷载。这些五金连接件形式多样，构造小巧且复杂，难以通过计算确定其承载力。其承载力标准值可通过试验确定，承载力设计值可按承载力标准值除以相应的抗力分项系数确定。

3）验收规范规定较笼统。工程质量主要依靠工程验收，但幕墙工程验收相关规范［13，14］对开启窗的验收要求比较笼统，主要依靠目测、手试检查，难以检查出锁点锁座的搭接偏差。幕墙的性能检测一般都是前期实验室检测，施工安装后很少开展现场实体试验，这也给劣质五金件等小构件鱼目混珠提供了机会。

锁点与锁座的搭接配合是实现开启窗锁闭的关键环节，也是幕墙工程结构抗风压时不可分割的一部分，涉及整个幕墙工程的安全。因此，锁点锁座的搭接配合应被视为幕墙工程的结构连接件进行验收，不仅要进行承载力试验检测，还应规定搭接配合的最小尺寸要求，进行施工质量的定量检测。

4 结语

幕墙开启窗面积虽小，但它对整个幕墙安全性能的影响却很大。而开启窗又往往被视为功能部件仅进行一般性能要求，不给予可靠性设计，导致开启窗事故频发。因此建议幕墙设计规范重视开启窗的设计，将开启窗作为幕墙结构的一部分进行可靠性设计，幕墙工程验收应将开启窗作为结构部件进行验收，并规定一定数量的现场实体力学性能检测，使开启窗不再成为幕墙安全的洼地。Q