门窗幕墙“开启扇”在未锁闭状态下的抗风措施

　　一、前言

　　建筑师为了追求通透，大气，要求玻璃幕墙的分格越来越大，幕墙开启扇也随着越来越大，2m高x1.5m宽，面积达到3㎡的窗扇比比皆是。加上采用中空玻璃，甚至采用中空夹胶玻璃，每个窗扇重量达100多公斤。传统的摩擦铰链已经不能承受如此之重，幕墙设计师纷纷采用挂钩式应对。随之而来，窗扇坠落事件频发。今年5、6月份，深圳市建筑门窗幕墙学会(以下简称学会)在对既有幕墙的调研中，几乎窗扇尺寸大于1㎡幕墙项目都出现过窗扇坠落现象，多数是在刮台风窗扇没有锁闭被吹掉，有些则是风撑卡死，强拉窗扇造成脱钩坠落。窗扇坠落影响最大的是今年8月2日和10月21日深圳汉国大厦发生两次窗扇被台风吹落事件，两次坠落窗扇达20多扇，坠落的窗扇砸到了附近的公交亭(见下图)，因坠落时间是半夜3点，公交亭没人，幸好没有造成人员伤亡，但事故造成了恶劣的影响，各个媒体进行报道，建设主管部门和公安部门都介入调查。

　　二、窗扇频坠落，我们怎么办

　　早期的幕墙窗扇不大，用的是摩擦铰链，即使窗扇没有锁闭，遇到大风也不会吹落，所以，我们的规范没有规定窗扇没有锁闭的情况下要具备什么性能。随着幕墙窗扇越来越大，摩擦铰链改为挂钩式连接，窗扇坠落事故越来越多，其中发生最多的就是窗扇没有锁闭，被大风吹落。一个窗扇重达上百公斤，砸中人就是致命的。

　　面对如此严重的问题，我们幕墙界应该怎么办?是规避责任还是提高窗扇在没有锁闭的状态下的安全性能?规避责任，就是在幕墙技术规范几设计说明中声明：幕墙窗扇只保证在锁闭状态的下的安全性，没有锁闭，被风吹掉与幕墙的设计和施工无关。安全问题还是没有解决，台风来了，还会有窗扇吹落，还可能会伤人。

　　不管谁的责任，投入使用的幕墙归物业管理，出了问题肯定先找物业管理。物管说窗扇那么多，业主那么多，使用单位更多，有些房间进不去，我们没办法做到台风来了让每个窗扇都锁闭。所以，有些物业公司在万般无奈下干脆把窗扇钉死(见下图)，省的出事。我们幕墙人看着自己精心设计和制作的窗扇落到如此下场不知有何感想。

　　我们如果抱着减少安全事故的角度心态面对这一问题，就应该对超过一定尺寸的窗扇采取加强措施，做到即使没有锁闭，一般性的台风(这个还需界定)也不会把窗扇吹落。这样会增加幕墙的造价，但是没办法，面对着人命关天，我们别无选择。

　　窗扇没有锁闭也不会被台风吹落，对于这一点，我们幕墙界肯定有人不认可：这不是自找麻烦吗?这不是自己把自己套死吗?我认为，严重的形式逼迫我们必须这么做，如果还是推诿，无所作为，结果会更糟。因为不管什么原因，窗扇坠落后，人么会说幕墙又出问题了(见下图的网友议论)，没人说物管没管好，更没人说业主没管好。出了问题，政府主管部门就会对幕墙严加管理，就会对幕墙限制，我们行业的路就会越走越窄，所以，我们只能把标准提高，把幕墙做得更安全。

　　三、窗扇坠落原因分析

　　分析窗扇坠落案例，可以发现多数构造上有这么几个特征：

　　1、窗扇大(多数大于1.5㎡);

　　2、采用挂钩式;

　　3、采用普通风撑;

　　4、窗框及窗扇铝型材比较薄(2mm);

　　5、窗扇组角角码薄(6-8mm)。

　　从破坏情况看，可以得出这么几个特征：

　　1、风撑破坏(风撑折断或从铝框中拉出);

　　2、组角角码被拔出;

　　3、顶部扇框与玻璃之间的结构胶撕开(见下图)：

　　原因分析：瞬时风压取3000N/㎡，窗扇按1.5m宽x2m高=3㎡，玻璃按8+8，作用在窗扇的静力为9000N，窗扇的自重为1400N，负风压可以轻而易举地把窗扇掀起，把风撑拉倒极限并自锁;当风向转换时，风撑受压，假设风撑为25mm宽，2.5mm厚，250mm长的受压杆件，根据欧拉压杆稳定临界压力计算公式：

　　=3.142x2.06x105x32.55/(0.5x250)2=4321N<4500N

　　通过计算可以看出，普通的风撑在台风作用下很可能失稳而弯折，而风撑弯折后，连接螺丝除了承受剪力还承受拉拔力，在台风正负风压反复作用下，风撑就会折断，或者把连接螺丝拔出。一边风撑失效，另一边也将很快失效。一旦两个风撑均失效，窗扇被台风掀起，当掀到极限时，扇框上框承受非常大的扭力，将连接角码拔出，将铝框与玻璃的结构胶撕裂，导致窗扇坠落。

　　四、幕墙窗扇加强方案

　　根据以上分析，幕墙窗扇应当在风撑、角部连接、窗扇与窗框连接方面采取加强措施，最近，深圳中筑公司为某项目设计的窗扇在这几个方面采取了措施，值得借鉴：

　　1、加强风撑：本项目采用了坚朗最新研制的加强型风撑(见下图)，这种风撑有双连杆，每边最少有3点固定，强度至少提高1倍以上;

　　2、增加上风撑，在下部风撑加强后，在上部又加了一道风撑;

　　3、顶部挂钩式改合页式，杜绝脱钩可能：

　　4、扇框铝料加厚，通常2mm，螺纹牙数少，螺丝易拉出，加厚到3mm。我建议扇料和框料都设槽，槽内装不锈钢钢板，钢板上攻丝，螺丝上在钢板几铝材上，避免风撑螺丝被拉出;

　　5、组角角码加厚及增设固定螺丝，组角的角码由通常的6-8mm增厚到12mm，并且在角码位每边上2颗M6的不锈钢螺丝，螺丝受剪，可以大大增加角码抗拉拔力。

　　五、幕墙窗扇未锁闭状态下的抗风试验方案

　　采取了以上这么多措施，幕墙窗扇在没有锁闭的情况下抗风能力应该大大加强，但是，能不能做到窗扇没有锁闭不被大风破坏还需要试验证明。由于风的作用很复杂，要真实模拟是件很困难的事，但并不能因此就放弃，只要模拟试验接近台风作用就可以给出大致判定。其实幕墙试验都是模拟的，都与实际有差别，并没有因为有差别就放弃做试验。

　　为了让模拟实验尽可能的接近实际情况，试验分几步走，第一步：确定试验方法、试件及设备;第二步：研究确定试验加载的荷载、作用速度、作用次数;第三步：实验室模拟试验，查看结果;第四步：在实际台风条件下验证实验室模拟试验的准确性，并对模拟实验进行修正;第五步：用修正后的模拟试验检查幕墙窗扇在开启状态下的抗风能力。

　　模拟试验方案设想(见下图)：

　　方案1 采用气缸往复运动模拟台风作用，气缸后退，模拟负风压，运动到风撑打开，到了气缸最大力后，感应开关给出信号，气缸前进，模拟正风压作用。气缸的作用力可按设计调整，气缸的运动速度接近台风作用速度，往复运动次数接近台风情况。如果风撑破坏，在行程开关的作用下气缸运动停止。由于气缸长度及方向限制，此方案适合考验模拟台风作用下风撑是否会破坏。

　　方案2 采用双向调速调力卷扬机，从卷扬机出来的方向相反的2根钢丝绳同步、反向运动。钢丝绳的拉力按计算设定，速度按台风作用速度设定。卷扬机逆时针旋转，窗扇打开，当风撑开到极限后，到了卷扬机最大拉力几秒不动后，感应器发出信号，卷扬机反转，窗扇关闭，关闭到卷扬机最大拉力几秒不动后，感应器发出信号，卷扬机再正转。如此往复运动，往返运动次数接近台风情况。当风撑被破坏后，卷扬机继续作用，窗扇被打开到极限，到了卷扬机最大拉力几秒不动后，感应器发出信号，卷扬机反转，反复几次，观察窗扇是否有损坏。窗扇一旦破坏，超过极限位置，在行程开关的作用下卷扬机停止工作。

　　为了便于做试验，窗扇的玻璃要换成重量差不多的钢板，以便安装作用点。

　　作用点除了在窗扇的几何中心，还应选在宽度方向偏离几何中心1/4的情况试验，模拟台风不规则作用。

　　验证试验则是与模拟实验相同的已经实际安装的窗扇，选择最不利位置的窗扇，做好保护措施(在窗扇与幕墙框架之间用钢丝绳连接，风撑一旦破坏钢丝绳拉住)。安装拉力计，在台风来临时进行试验，记录台风作用力及往返次数。如果模拟实验及实际验证试件均未破坏，则证明模拟试验是可靠的。如果模拟实验未损坏，实际验证损坏，则还要增加作用力。

　　由于幕墙窗扇在各个项目中所处高度、位置不一样，窗扇大小也不一样，也就是说，窗扇所承受的大风作用不一样，模拟试验指标还是以压力级别来衡量。比如，从3000Pa到6000Pa分为4个级别，每级增加1000Pa，再乘以窗扇面积，确定幕墙设计计算条件下对幕墙窗扇的试验荷载。

　　六、小结

　　面对着幕墙窗扇坠落事故频发，应当控制窗扇尺寸，加强窗扇在没有锁闭状态下的安全措施，制定产品标准，提高幕墙窗扇在没有锁闭状态下的安全性能，制定试验标准，检查窗扇在没有锁闭状态下的抗风能力。