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摘要：玻璃幕墙开启窗在使用过程当中窗扇脱落问题越来越严重，本文结合实际工作经验，从设计方面分析窗扇脱落的原因，并总结了具体的解决办法，供幕墙设计师共同探讨。
关键词：幕墙上悬窗，摩擦型铰链，防脱落，限位块
一、前言
建筑玻璃幕墙越来越受到广大建筑师的青睐，已成为公共建筑外墙的不二选择。在铝合金玻璃幕墙设计中，为满足建筑自然通风和消防安全要求，玻璃幕墙应设置开启窗，特别是有绿建要求的建筑，开启窗的数量占比更大。因此，开启窗防掉扇问题显得越来越突出，在幕墙设计中应引起足够的重视。
玻璃幕墙开启窗形式大多为上悬外开，目前主要采用两种方式来实现开启，一种是采用不锈钢摩擦型承重铰链作为开启扇的承重构件，配以不锈钢限位风撑实现上悬开启；另一种是开启窗设计成挂钩型材，窗扇挂在窗框或横梁上，配以不锈钢限位风撑实现上悬开启。本文就这两种开启方式的窗扇出现脱落问题做一些简要分析。
二、采用摩擦型承重铰链开启扇设计
幕墙刚起步的时候开启窗大多采用摩擦型承重铰链作为开启扇的传动机构，窗扇的受力完全由摩擦型承重铰链承担，因此对摩擦型承重铰链的选用尤为重要。由于当时幕墙设计师水平参吃不齐，这类开启窗出现了许多松脱问题，通常有以下几个主要原因：
1、摩擦型承重铰链选型不对
幕墙开启窗的铰链应根据开启窗的尺寸和重量选用，一般来讲，摩擦型铰链的长度应占到窗高的1/3以上，然后根据窗的重量来复核选用的摩擦型铰链是否满足承重要求。窗扇脱落的主要原因是选用的摩擦型铰链尺寸偏小，自身强度或刚度不够，导致铰链变形甚至破坏，窗扇自然也就掉落。所以，像选用摩擦型铰链这种关键部位的五金配件时，一定得按厂家提供的技术要求选用，切不可为省钱选用小一号的摩擦型铰链，这将会为以后使用埋下安全隐患。
2、摩擦型铰链与窗型材之间的连接螺钉强度不够
摩擦型铰链一般通过不锈钢自攻钉或机械螺钉固定在窗框和窗扇上，如果螺钉的尺寸过小或个数过少，在开启过程当中受到的冲击力会将螺钉破坏，因此摩擦型铰链的连接螺钉必须经过计算，且应考虑必要的动荷载，这样才能保证摩擦型铰链的正常使用。
3、开启窗型材局部承压不够
幕墙开启窗的型材壁厚一般为2mm，固定铰链的螺钉直径一般为4~5mm，螺钉钉在2mm厚的铝型材上很容易导致型材孔壁局部破坏、螺钉脱落。因此，采用摩擦型铰链开启的窗框和窗扇，建议开模时在螺钉位做局部加厚处理，保证螺钉位型材壁厚≥3.5mm，这样才能保证窗框、窗扇型材局部承压不被破坏，如图1所示：
图1
图2
三、采用铝合金挂钩开启扇设计
随着摩擦型铰链开启窗易损坏的问题不断暴露，幕墙设计师又开发出了挂钩式开启设计，这种设计将窗扇重量通过窗型材设计的挂钩直接挂在窗框或横梁上，不再使用摩擦型承重铰链作为开启传动机构，而是通过窗扇与窗框上部配合的圆球型挂钩，配以不锈钢限位风撑实现上悬开启。这在理论上解决了由于摩擦型铰链损坏引起的窗扇掉落的问题，但在实际使用过程当也不时出现掉扇现象，根据工程案例分析，主要有以下几个原因：
1、未设置限位块或限位块刚度不够
众所周知，挂钩式上悬窗开启时由于用力不均，在向外开启过程当中开启扇会往上“跳”，上跳为瞬间动荷载，向上产生的力度非常大，如果窗扇顶部没有限位块，或者幕墙设计师对窗扇向上跳的作用力估计不足，特别是在台风时忘记关窗的极端不利情况下，窗扇在正负风压交变作用下将窗扇限位风撑破坏，窗扇像衣服一样被吹的上下来回摆动，采用一些薄的小角铝限位（刚度不够）根本无济于事，均会导致开启扇脱落，如图2、图3所示：
图4
要解决此类防脱问题，必须保证限位块有足够的刚度，建议采用铝方通或实心铝块作为限位块，如图4所示。
2、挂钩深度不够
挂钩式上悬窗开启时窗扇挂钩以窗框上球形底座为中心旋转，如果挂钩与球形底座配合深度不够（有些甚至只有3mm），在开启扇往上跳时只要限位块稍微变形，窗扇很容易脱落。所以在设计挂钩时，建议挂钩配合深度≥6mm。
3、挂钩强度不够
通常幕墙上的开启窗型材壁厚为2mm，挂钩式上悬外开窗窗框上部的球形底座在开启状态时，窗扇在负风压作用下，对窗框的球形底座产生剪力和弯矩，如果球形底座壁厚过薄，在大风作用下会将窗框上的球形底座剪断，导致整个窗扇坠落，这是非常危险的。特别是现在目前开启窗尺寸越来越大，窗扇因风荷载产生的作用力非常大，所以窗框上部的球形底座截面必须经过严格计算，应考虑最不利因素情况下的受力状态（如台风时开启窗忘记关闭），并且保证球形底座型材壁厚不小于2.5mm，如图5所示。
图6
4、窗扇组角块薄弱
开启窗扇组框一般用铝合金组角块，通过撞角机撞击，将窗扇型材内壁型材挤压到铝合金组角块间隙内，将4根窗扇料组成框。上悬窗扇的重量全部挂在窗框上，在自重的作用下，对上部窗扇横料和竖料间的组角块有个长期拉力，容易导致窗扇在上部组角块处整体脱落，因此，建议在窗扇组角后用螺钉加固，保证窗扇4个组角部位的连接强度，如图6所示。
5、开启窗上横梁刚度不够
通常玻璃幕墙固定玻璃的横梁只承受上一块玻璃的重量，故计算横梁竖向挠度时只需考虑上一块玻璃重量对横梁的作用。当采用挂钩式上悬窗时，与采用摩擦型承重铰链开启窗不同，在开启窗挂钩处的横梁除承担上一块玻璃的自重外，还要承担开启窗扇的自重，所以此横梁竖向挠度比固定玻璃位置横梁要大，特别是遇到大开启扇情况下，窗扇重量较大，有些没有经验的幕墙设计师未考虑到窗扇重量对横梁的影响，开启窗上部横梁竖向挠度会过大，超过《建筑幕墙》GB/T21086-2007规定的3mm限值，开启扇可能会从窗框上脱落。因此，当采用挂钩式上悬窗时，必须单独计算上部横梁的竖向挠度，当挠度不够时，应加大横梁截面尺寸，另行开模处理，不能贪图省事，统一采用固定位玻璃横梁。
四、从源头防止开启窗脱落
综上所述，开启窗的安全性是玻璃幕墙安全性的重要内容，要保证开启窗的安全，除在幕墙设计上考虑以上因素外，我认为还应做好以下几个方面工作：
1、建筑设计阶段限制开窗尺寸
现在很多城市在项目的初步设计阶段，要求建设单位组织幕墙专家对设计方案进行专项安全评估，比如深圳2016年7月22日出台的《深圳市住房和建设局关于加强建筑幕墙安全管理的通知》中第二条：“对于单体幕墙面积大于10000平方米或幕墙高度大于50米的幕墙工程，建设单位应当在初步设计阶段，编制建筑幕墙安全性报告，组织幕墙专家对设计方案进行专项安全论证”。
在论证当中，依据中装协〔2016〕89号文《关于淘汰建筑幕墙落后产品和技术的指导意见》第八条：“开启扇尺寸不宜超过1.5平方米，开启扇尺寸严禁超过2.0平方米”，专家会对幕墙开启窗尺寸做出限制，这从根本上将开启窗的安全隐患大大降低。之前建筑师为了达到建筑外立面的通透效果，开启窗尺寸甚至有超过3平方米，这已经不能叫窗了，比门的尺寸都大许多，这么大尺寸的窗在高空中开启，想想都觉得可怕，给人没有安全感。
所以，安评是非常重要的一个环节，它能从源头上减少幕墙开启窗的安全隐患。
2、开启窗脱落应引起各方足够重视
开启窗掉扇问题越来越严重，应引起设计、加工、施工及监理等各方的高度重视。设计师在设计开启窗时应满足《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第4.1.5条：“幕墙开启窗的设置，应满足施工功能和立面效果要求，并应启闭方便，避免设置在梁、柱、隔墙等位置。开启扇的开启角度不宜大于30度，开启距离不宜大于300mm”。开启角度、距离越大，开启窗脱落的风险越大，因此必须严格限制开启窗的开启角度及开启距离。除此之外，设计师还应考虑开启窗的结构安全性和加工、施工的可操作性；加工厂应按图加工，保证零件的加工、窗框窗扇组装的精度；施工队应按图施工，需现场安装的螺钉、限位块等重要部件的个数、间距等满足设计要求；监理应按图检查，严格控制幕墙开启窗现场安装质量，监督开启窗的性能试验是否满足设计要求。
只有在各个阶段按规范、标准执行，才能保证开启窗的安全性。
3、正确开启，定期检查、维护
再好的产品，也需要正确使用和定期维护保养。幕墙开启窗在使用过程中时常会出现螺钉、锁座松动脱落，限位撑卡死，开启困难等问题，这些问题往往没有引起足够的重视而导致开启扇脱落，因此有必要定期对幕墙开启窗进行全面的检查并及时维护，使用中应注意如下事项：
a、开启窗开启和关闭时，尽量均匀用力；
b、开启窗开启时，必须利用开窗执手将其开启；
c、开启窗实行定位开启，严禁使用外部的支撑杆件将窗开启角度任意改变；
d、铰链式开启窗开启到位后必须锁住两端支撑；
e、开启窗在关闭过程中，执手处于开启状态；开启窗关闭时，执手必须处于锁定状态；
f、下雨和大风（5级风以上）时，建议开启窗不要开启，并且锁紧；
g、房间无人时，必须将开启窗锁紧；
h、应经常对开启窗所用铰链、支撑、伸缩臂、执手、销钉等五金件的运行情况进行检查。当发现开启窗上的铰链、支撑、伸缩臂、执手、销钉等五金件有松动和运行不灵活现象时，应请专业人员来进行维修，不允许自行用非专业工具进行维修。
只有做好定期检查和维护，才能保证开启窗正常使用，不出现损坏、脱落。
五、结束语
高楼大厦的玻璃幕墙一般处于闹市区，开启扇一旦脱落会造成非常严重的后果，犹如一颗定时炸弹悬在行人头顶，因此，必须从根本上杜绝开启扇脱落的发生。本文从幕墙设计上较全面的分析了开启扇脱落的主要原因，也给出了相应的解决办法和注意事项。总之，只有在设计、加工、施工和监理等各个环节的人员认真负责，规范设计，按图施工；使用过程当中正确开启，定期检查和维护，才能保证开启窗的安全性。
论文作者:傅春林
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第32期
论文发表时间:2018/4/17
标签：窗扇论文; 铰链论文; 幕墙论文; 窗框论文; 摩擦论文; 横梁论文; 螺钉论文; 《建筑学研究前沿》2017年第32期论文;