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，面積達到3㎡的窗扇比比皆是。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100多公斤。傳統的摩擦鉸鏈已經不能承受如此之重，幕墻設計師紛紛采用掛鉤式應對。隨之而來，窗扇墜落事件頻發。今年5、6月份，深圳市建筑門窗幕墻學會(以下簡稱學會)在對既有幕墻的調研中，幾乎窗扇尺寸大于1㎡幕墻項目都出現過窗扇墜落現象，多數是在刮臺風窗扇沒有鎖閉被吹掉，有些則是風撐卡死，強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日深圳漢國大廈發生兩次窗扇被臺風吹落事件，兩次墜落窗扇達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，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，各個媒體進行報道，建設主管部門和公安部門都介入調查。
圖1 漢國大廈窗扇被臺風多次吹落
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，遇到大風也不會吹落，所以，我們的規范沒有規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，其中發生最多的就是窗扇沒有鎖閉，被大風吹落。一個窗扇重達上百公斤，砸中人就是致命的。
面對如此嚴重的問題，我們幕墻界應該怎么辦?是規避責任還是提高窗扇在沒有鎖閉的狀態下的安全性能?規避責任，就是在幕墻技術規范幾設計說明中聲明：幕墻窗扇只保證在鎖閉狀態的下的安全性，沒有鎖閉，被風吹掉與幕墻的設計和施工無關。安全問題還是沒有解決，臺風來了，還會有窗扇吹落，還可能會傷人。
不管誰的責任，投入使用的幕墻歸物業管理，出了問題肯定先找物業管理。物管說窗扇那么多，業主那么多，使用單位更多，有些房間進不去，我們沒辦法做到臺風來了讓每個窗扇都鎖閉。所以，有些物業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計和制作的窗扇落到如此下場不知有何感想。
圖2 深圳發展中心大廈幕墻窗扇被釘死
我們如果抱著減少安全事故的角度心態面對這一問題，就應該對超過一定尺寸的窗扇采取加強措施，做到即使沒有鎖閉，一般性的臺風(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，面對著人命關天，我們別無選擇。
窗扇沒有鎖閉也不會被臺風吹落，對于這一點，我們幕墻界肯定有人不認可：這不是自找麻煩嗎?這不是自己把自己套死嗎?我認為，嚴重的形式逼迫我們必須這么做，如果還是推諉，無所作為，結果會更糟。因為不管什么原因，窗扇墜落后，人么會說幕墻又出問題了(見下圖的網友議論)，沒人說物管沒管好，更沒人說業主沒管好。出了問題，政府主管部門就會對幕墻嚴加管理，就會對幕墻限制，我們行業的路就會越走越窄，所以，我們只能把標準提高，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友評論
三、窗扇墜落原因分析
分析窗扇墜落案例，可以發現多數構造上有這么幾個特征：
1、窗扇大(多數大于1.5㎡);
2、采用掛鉤式;
3、采用普通風撐;
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、風撐破壞(風撐折斷或從鋁框中拉出);
2、組角角碼被拔出;
3、頂部扇框與玻璃之間的結構膠撕開(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，負風壓可以輕而易舉地把窗扇掀起，把風撐拉倒極限并自鎖;當風向轉換時，風撐受壓，假設風撐為25mm寬，2.5mm厚，250mm長的受壓桿件，根據歐拉壓桿穩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，普通的風撐在臺風作用下很可能失穩而彎折，而風撐彎折后，連接螺絲除了承受剪力還承受拉拔力，在臺風正負風壓反復作用下，風撐就會折斷，或者把連接螺絲拔出。一邊風撐失效，另一邊也將很快失效。一旦兩個風撐均失效，窗扇被臺風掀起，當掀到極限時，扇框上框承受非常大的扭力，將連接角碼拔出，將鋁框與玻璃的結構膠撕裂，導致窗扇墜落。
圖7 窗扇頂部破壞分析圖
四、幕墻窗扇加強方案
根據以上分析，幕墻窗扇應當在風撐、角部連接、窗扇與窗框連接方面采取加強措施，最近，深圳中筑公司為某項目設計的窗扇在這幾個方面采取了措施，值得借鑒：
1、加強風撐：本項目采用了堅朗最新研制的加強型風撐(見下圖)，這種風撐有雙連桿，每邊最少有3點固定，強度至少提高1倍以上;
圖8 堅朗加強型風撐
2、增加上風撐，在下部風撐加強后，在上部又加了一道風撐;
圖9 窗扇上部增加風撐
3、頂部掛鉤式改合頁式，杜絕脫鉤可能：
圖10 合頁式連接及加強角部連接
4、扇框鋁料加厚，通常2mm，螺紋牙數少，螺絲易拉出，加厚到3mm。我建議扇料和框料都設槽，槽內裝不銹鋼鋼板，鋼板上攻絲，螺絲上在鋼板幾鋁材上，避免風撐螺絲被拉出;
5、組角角碼加厚及增設固定螺絲，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下的抗風試驗方案
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能力應該大大加強，但是，能不能做到窗扇沒有鎖閉不被大風破壞還需要試驗證明。由于風的作用很復雜，要真實模擬是件很困難的事，但并不能因此就放棄，只要模擬試驗接近臺風作用就可以給出大致判定。其實幕墻試驗都是模擬的，都與實際有差別，并沒有因為有差別就放棄做試驗。
為了讓模擬實驗盡可能的接近實際情況，試驗分幾步走，第一步：確定試驗方法、試件及設備;第二步：研究確定試驗加載的荷載、作用速度、作用次數;第三步：實驗室模擬試驗，查看結果;第四步：在實際臺風條件下驗證實驗室模擬試驗的準確性，并對模擬實驗進行修正;第五步：用修正后的模擬試驗檢查幕墻窗扇在開啟狀態下的抗風能力。
模擬試驗方案設想(見下圖)：
圖11 窗扇沒鎖閉抗風安全性模擬試驗示意圖
方案1 采用氣缸往復運動模擬臺風作用，氣缸后退，模擬負風壓，運動到風撐打開，到了氣缸最大力后，感應開關給出信號，氣缸前進，模擬正風壓作用。氣缸的作用力可按設計調整，氣缸的運動速度接近臺風作用速度，往復運動次數接近臺風情況。如果風撐破壞，在行程開關的作用下氣缸運動停止。由于氣缸長度及方向限制，此方案適合考驗模擬臺風作用下風撐是否會破壞。
方案2 采用雙向調速調力卷揚機，從卷揚機出來的方向相反的2根鋼絲繩同步、反向運動。鋼絲繩的拉力按計算設定，速度按臺風作用速度設定。卷揚機逆時針旋轉，窗扇打開，當風撐開到極限后，到了卷揚機最大拉力幾秒不動后，感應器發出信號，卷揚機反轉，窗扇關閉，關閉到卷揚機最大拉力幾秒不動后，感應器發出信號，卷揚機再正轉。如此往復運動，往返運動次數接近臺風情況。當風撐被破壞后，卷揚機繼續作用，窗扇被打開到極限，到了卷揚機最大拉力幾秒不動后，感應器發出信號，卷揚機反轉，反復幾次，觀察窗扇是否有損壞。窗扇一旦破壞，超過極限位置，在行程開關的作用下卷揚機停止工作。
為了便于做試驗，窗扇的玻璃要換成重量差不多的鋼板，以便安裝作用點。
作用點除了在窗扇的幾何中心，還應選在寬度方向偏離幾何中心1/4的情況試驗，模擬臺風不規則作用。
驗證試驗則是與模擬實驗相同的已經實際安裝的窗扇，選擇最不利位置的窗扇，做好保護措施(在窗扇與幕墻框架之間用鋼絲繩連接，風撐一旦破壞鋼絲繩拉住)。安裝拉力計，在臺風來臨時進行試驗，記錄臺風作用力及往返次數。如果模擬實驗及實際驗證試件均未破壞，則證明模擬試驗是可靠的。如果模擬實驗未損壞，實際驗證損壞，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，窗扇所承受的大風作用不一樣，模擬試驗指標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，確定幕墻設計計算條件下對幕墻窗扇的試驗荷載。
六、小結
面對著幕墻窗扇墜落事故頻發，應當控制窗扇尺寸，加強窗扇在沒有鎖閉狀態下的安全措施，制定產品標準，提高幕墻窗扇在沒有鎖閉狀態下的安全性能，制定試驗標準，檢查窗扇在沒有鎖閉狀態下的抗風能力。
作者：王海軍 來源：深圳市華輝裝飾工程有限公司
