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一、前言
建筑師為了追求通透，大氣，要求玻璃幕墻的分格越來越大，幕墻開啟扇也隨著越來越大，2m高x1.5m寬，面積達(dá)到3㎡的窗（詞條“窗”由行業(yè)大百科提供）扇比比皆是。加上采用中空玻璃，甚至采用中空夾膠玻璃，每個窗扇重量達(dá)100多公斤。傳統(tǒng)的摩擦鉸鏈已經(jīng)不能承受如此之重，幕墻設(shè)計師紛紛采用掛鉤式應(yīng)對。隨之而來，窗扇墜落事件頻發(fā)。今年5、6月份，深圳市建筑門窗（詞條“建筑門窗”由行業(yè)大百科提供）幕墻學(xué)會(以下簡稱學(xué)會)在對既有幕墻的調(diào)研中，幾乎窗扇尺寸大于1㎡幕墻項目都出現(xiàn)過窗扇墜落現(xiàn)象，多數(shù)是在刮臺風(fēng)窗扇沒有鎖閉被吹掉，有些則是風(fēng)撐卡死，強(qiáng)拉窗扇造成脫鉤墜落。窗扇墜落影響最大的是今年8月2日和10月21日深圳漢國大廈發(fā)生兩次窗扇被臺風(fēng)吹落事件，兩次墜落窗扇達(dá)20多扇，墜落的窗扇砸到了附近的公交亭(見下圖)，因墜落時間是半夜3點(diǎn)，公交亭沒人，幸好沒有造成人員傷亡，但事故造成了惡劣的影響，各個媒體進(jìn)行報道，建設(shè)主管部門和公安部門都介入調(diào)查。
圖1 漢國大廈窗扇被臺風(fēng)多次吹落
二、窗扇頻墜落，我們怎么辦
早期的幕墻窗扇不大，用的是摩擦鉸鏈，即使窗扇沒有鎖閉，遇到大風(fēng)也不會吹落，所以，我們的規(guī)范沒有規(guī)定窗扇沒有鎖閉的情況下要具備什么性能。隨著幕墻窗扇越來越大，摩擦鉸鏈改為掛鉤式連接，窗扇墜落事故越來越多，其中發(fā)生最多的就是窗扇沒有鎖閉，被大風(fēng)吹落。一個窗扇重達(dá)上百公斤，砸中人就是致命的。
面對如此嚴(yán)重的問題，我們幕墻界應(yīng)該怎么辦?是規(guī)避責(zé)任還是提高窗扇在沒有鎖閉的狀態(tài)下的安全性能?規(guī)避責(zé)任，就是在幕墻技術(shù)規(guī)范幾設(shè)計說明中聲明：幕墻窗扇只保證在鎖閉狀態(tài)的下的安全性，沒有鎖閉，被風(fēng)吹掉與幕墻的設(shè)計和施工無關(guān)。安全問題還是沒有解決，臺風(fēng)來了，還會有窗扇吹落，還可能會傷人。
不管誰的責(zé)任，投入使用的幕墻歸物業(yè)管理，出了問題肯定先找物業(yè)管理。物管說窗扇那么多，業(yè)主那么多，使用單位更多，有些房間進(jìn)不去，我們沒辦法做到臺風(fēng)來了讓每個窗扇都鎖閉。所以，有些物業(yè)公司在萬般無奈下干脆把窗扇釘死(見下圖)，省的出事。我們幕墻人看著自己精心設(shè)計和制作的窗扇落到如此下場不知有何感想。
圖2 深圳發(fā)展中心大廈幕墻窗扇被釘死
我們?nèi)绻е鴾p少安全事故的角度心態(tài)面對這一問題，就應(yīng)該對超過一定尺寸的窗扇采取加強(qiáng)措施，做到即使沒有鎖閉，一般性的臺風(fēng)(這個還需界定)也不會把窗扇吹落。這樣會增加幕墻的造價，但是沒辦法，面對著人命關(guān)天，我們別無選擇。
窗扇沒有鎖閉也不會被臺風(fēng)吹落，對于這一點(diǎn)，我們幕墻界肯定有人不認(rèn)可：這不是自找麻煩嗎?這不是自己把自己套死嗎?我認(rèn)為，嚴(yán)重的形式逼迫我們必須這么做，如果還是推諉，無所作為，結(jié)果會更糟。因?yàn)椴还苁裁丛颍吧葔嬄浜螅嗣磿f幕墻又出問題了(見下圖的網(wǎng)友議論)，沒人說物管沒管好，更沒人說業(yè)主沒管好。出了問題，政府主管部門就會對幕墻嚴(yán)加管理，就會對幕墻限制，我們行業(yè)的路就會越走越窄，所以，我們只能把標(biāo)準(zhǔn)提高，把幕墻做得更安全。
圖3 漢國大廈窗扇墜落新聞報道后面的網(wǎng)友評論
三、窗扇墜落原因分析
分析窗扇墜落案例，可以發(fā)現(xiàn)多數(shù)構(gòu)造上有這么幾個特征：
1、窗扇大(多數(shù)大于1.5㎡);
2、采用掛鉤式;
3、采用普通風(fēng)撐;
4、窗框及窗扇鋁型材比較薄(2mm);
5、窗扇組角角碼薄(6-8mm)。
從破壞情況看，可以得出這么幾個特征：
1、風(fēng)撐破壞(風(fēng)撐折斷或從鋁（詞條“鋁”由行業(yè)大百科提供）框中拉出);
2、組角角碼被拔出;
3、頂部扇框與玻璃之間的結(jié)構(gòu)膠撕開(見下圖)：
圖4 漢國大廈墜落窗扇破壞情況
圖5 某大廈墜落窗扇破壞情況
圖6 某大廈墜落窗扇頂部破壞情況
原因分析：瞬時風(fēng)壓取3000N/㎡，窗扇按1.5m寬x2m高=3㎡，玻璃按8+8，作用在窗扇的靜力為9000N，窗扇的自重為1400N，負(fù)風(fēng)壓可以輕而易舉地把窗扇掀起，把風(fēng)撐拉倒極限并自鎖;當(dāng)風(fēng)向轉(zhuǎn)換時，風(fēng)撐受壓，假設(shè)風(fēng)撐為25mm寬，2.5mm厚，250mm長的受壓桿件，根據(jù)歐拉壓桿穩(wěn)定臨界壓力計算公式：
=3.142x2.06x105x32.55/(0.5x250)2=4321N<4500N
通過計算可以看出，普通的風(fēng)撐在臺風(fēng)作用下很可能失穩(wěn)而彎折，而風(fēng)撐彎折后，連接螺絲除了承受剪力還承受拉拔力，在臺風(fēng)正負(fù)風(fēng)壓反復(fù)作用下，風(fēng)撐就會折斷，或者把連接螺絲拔出。一邊風(fēng)撐失效，另一邊也將很快失效。一旦兩個風(fēng)撐均失效，窗扇被臺風(fēng)掀起，當(dāng)掀到極限時，扇框上框承受非常大的扭力，將連接角碼拔出，將鋁框與玻璃的結(jié)構(gòu)膠撕裂，導(dǎo)致窗扇墜落。
圖7 窗扇頂部破壞分析圖
四、幕墻窗扇加強(qiáng)方案
根據(jù)以上分析，幕墻窗扇應(yīng)當(dāng)在風(fēng)撐、角部連接、窗扇與窗框連接方面采取加強(qiáng)措施，最近，深圳中筑公司為某項目設(shè)計的窗扇在這幾個方面采取了措施，值得借鑒：
1、加強(qiáng)風(fēng)撐：本項目采用了堅朗最新研制的加強(qiáng)型風(fēng)撐(見下圖)，這種風(fēng)撐有雙連桿，每邊最少有3點(diǎn)固定，強(qiáng)度至少提高1倍以上;
圖8 堅朗加強(qiáng)型風(fēng)撐
2、增加上風(fēng)撐，在下部風(fēng)撐加強(qiáng)后，在上部又加了一道風(fēng)撐;
圖9 窗扇上部增加風(fēng)撐
3、頂部掛鉤式改合頁式，杜絕脫鉤可能：
圖10 合頁式連接及加強(qiáng)角部連接
4、扇框鋁料加厚，通常2mm，螺紋（詞條“螺紋”由行業(yè)大百科提供）牙數(shù)少，螺絲易拉出，加厚到3mm。我建議扇料和框料都設(shè)槽，槽內(nèi)裝不銹鋼鋼板，鋼板上攻絲，螺絲上在鋼板幾鋁材上，避免風(fēng)撐螺絲被拉出;
5、組角角碼加厚及增設(shè)固定螺絲，組角的角碼由通常的6-8mm增厚到12mm，并且在角碼位每邊上2顆M6的不銹鋼螺絲，螺絲受剪，可以大大增加角碼抗拉拔力。
五、幕墻窗扇未鎖閉狀態(tài)下的抗風(fēng)試驗(yàn)方案
采取了以上這么多措施，幕墻窗扇在沒有鎖閉的情況下抗風(fēng)能力應(yīng)該大大加強(qiáng)，但是，能不能做到窗扇沒有鎖閉不被大風(fēng)破壞還需要試驗(yàn)證明。由于風(fēng)的作用很復(fù)雜，要真實(shí)模擬是件很困難的事，但并不能因此就放棄，只要模擬試驗(yàn)接近臺風(fēng)作用就可以給出大致判定。其實(shí)幕墻試驗(yàn)都是模擬的，都與實(shí)際有差別，并沒有因?yàn)橛胁顒e就放棄做試驗(yàn)。
為了讓模擬實(shí)驗(yàn)盡可能的接近實(shí)際情況，試驗(yàn)分幾步走，第一步：確定試驗(yàn)方法、試件及設(shè)備（詞條“設(shè)備”由行業(yè)大百科提供）;第二步：研究確定試驗(yàn)加載的荷載、作用速度、作用次數(shù);第三步：實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)，查看結(jié)果;第四步：在實(shí)際臺風(fēng)條件下驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，并對模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行修正;第五步：用修正后的模擬試驗(yàn)檢查幕墻窗扇在開啟狀態(tài)下的抗風(fēng)能力。
模擬試驗(yàn)方案設(shè)想(見下圖)：
圖11 窗扇沒鎖閉抗風(fēng)安全性模擬試驗(yàn)示意圖
方案1 采用氣缸往復(fù)運(yùn)動模擬臺風(fēng)作用，氣缸后退，模擬負(fù)風(fēng)壓，運(yùn)動到風(fēng)撐打開，到了氣缸最大力后，感應(yīng)開關(guān)給出信號，氣缸前進(jìn)，模擬正風(fēng)壓作用。氣缸的作用力可按設(shè)計調(diào)整，氣缸的運(yùn)動速度接近臺風(fēng)作用速度，往復(fù)運(yùn)動次數(shù)接近臺風(fēng)情況。如果風(fēng)撐破壞，在行程開關(guān)的作用下氣缸運(yùn)動停止。由于氣缸長度及方向限制，此方案適合考驗(yàn)?zāi)M臺風(fēng)作用下風(fēng)撐是否會破壞。
方案2 采用雙向調(diào)速調(diào)力卷揚(yáng)機(jī)，從卷揚(yáng)機(jī)出來的方向相反的2根鋼絲繩同步、反向運(yùn)動。鋼絲繩的拉力按計算設(shè)定，速度按臺風(fēng)作用速度設(shè)定。卷揚(yáng)機(jī)逆時針旋轉(zhuǎn)，窗扇打開，當(dāng)風(fēng)撐開到極限后，到了卷揚(yáng)機(jī)最大拉力幾秒不動后，感應(yīng)器發(fā)出信號，卷揚(yáng)機(jī)反轉(zhuǎn)，窗扇關(guān)閉，關(guān)閉到卷揚(yáng)機(jī)最大拉力幾秒不動后，感應(yīng)器發(fā)出信號，卷揚(yáng)機(jī)再正轉(zhuǎn)。如此往復(fù)運(yùn)動，往返運(yùn)動次數(shù)接近臺風(fēng)情況。當(dāng)風(fēng)撐被破壞后，卷揚(yáng)機(jī)繼續(xù)作用，窗扇被打開到極限，到了卷揚(yáng)機(jī)最大拉力幾秒不動后，感應(yīng)器發(fā)出信號，卷揚(yáng)機(jī)反轉(zhuǎn)，反復(fù)幾次，觀察窗扇是否有損壞。窗扇一旦破壞，超過極限位置，在行程開關(guān)的作用下卷揚(yáng)機(jī)停止工作。
為了便于做試驗(yàn)，窗扇的玻璃要換成重量差不多的鋼板，以便安裝作用點(diǎn)。
作用點(diǎn)除了在窗扇的幾何中心，還應(yīng)選在寬度方向偏離幾何中心1/4的情況試驗(yàn)，模擬臺風(fēng)不規(guī)則作用。
驗(yàn)證試驗(yàn)則是與模擬實(shí)驗(yàn)相同的已經(jīng)實(shí)際安裝的窗扇，選擇最不利位置的窗扇，做好保護(hù)措施(在窗扇與幕墻框架之間用鋼絲繩連接，風(fēng)撐一旦破壞鋼絲繩拉住)。安裝拉力計，在臺風(fēng)來臨時進(jìn)行試驗(yàn)，記錄臺風(fēng)作用力及往返次數(shù)。如果模擬實(shí)驗(yàn)及實(shí)際驗(yàn)證試件均未破壞，則證明模擬試驗(yàn)是可靠的。如果模擬實(shí)驗(yàn)未損壞，實(shí)際驗(yàn)證損壞，則還要增加作用力。
由于幕墻窗扇在各個項目中所處高度、位置不一樣，窗扇大小也不一樣，也就是說，窗扇所承受的大風(fēng)作用不一樣，模擬試驗(yàn)指標(biāo)還是以壓力級別來衡量。比如，從3000Pa到6000Pa分為4個級別，每級增加1000Pa，再乘以窗扇面積，確定幕墻設(shè)計計算條件下對幕墻窗扇的試驗(yàn)荷載。
六、小結(jié)
面對著幕墻窗扇墜落事故頻發(fā)，應(yīng)當(dāng)控制窗扇尺寸，加強(qiáng)窗扇在沒有鎖閉狀態(tài)下的安全措施，制定產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，提高幕墻窗扇在沒有鎖閉狀態(tài)下的安全性能，制定試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，檢查窗扇在沒有鎖閉狀態(tài)下的抗風(fēng)能力。
