鎖點(diǎn)鎖座問題導(dǎo)致幕墻開啟窗在臺風(fēng)中被吹落事故分析

常銀昌，方 瀟，黃遠(yuǎn)洋，汪四新，何小軍

（1.深圳市建筑科學(xué)研究院股份有限公司，廣東 深圳 518049；2.深圳市房屋安全和工程質(zhì)量檢測鑒定中心，廣東 深圳 518000）

0 引言

目前交通樞紐設(shè)施、體育場館及 100 m 高度以上的高層建筑等公共基礎(chǔ)設(shè)施基本都使用幕墻，幕墻美觀、實(shí)用，既能滿足建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的功能要求，同時(shí)又能滿足建筑師各種質(zhì)感需求，是城市建筑中靚麗的風(fēng)景線。近幾年既有建筑幕墻的安全問題成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)，其中幕墻的開啟窗問題較多。開啟窗是建筑幕墻上可活動(dòng)的部件，是幕墻連通室內(nèi)外的主要通道，同時(shí)也是幕墻工程中最容易出現(xiàn)安全事故的部位。本文以某大廈開啟窗在強(qiáng)臺風(fēng)中被多處吹落的事故為例，對開啟窗被吹落原因進(jìn)行分析，總結(jié)和探討幕墻開啟窗設(shè)計(jì)及施工中應(yīng)關(guān)注的技術(shù)等問題。

1 工程概況

某大廈位于深圳市，地下 3 層，地上 68 層，建筑總高度 303.8 m，總建筑面積 20.65 萬 m2。外圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用隱框玻璃幕墻，玻璃幕墻面積約 5 萬 m2，2015 年竣工投入使用。2018 年受超強(qiáng)臺風(fēng)“山竹”影響，造成 43 樘開啟窗被吹落，如圖 1 所示。墜落的開啟窗在低區(qū)樓層（16 層以下）、中區(qū)樓層（18～33 層）、中高區(qū)樓層（35～50 層）及高區(qū)樓層（52 層層以上）均有分布，其中中區(qū)及低區(qū)樓層開啟窗墜落數(shù)量較多。

圖1 幕墻開啟窗墜落照片

2 現(xiàn)場檢測

超強(qiáng)臺風(fēng)“山竹”（No.201822）是近幾年來影響華南沿海地區(qū)的最強(qiáng)臺風(fēng)，香港、澳門、深圳、珠海普遍出現(xiàn)平均風(fēng) 13～14 級，陣風(fēng) 16～17 級。本次開啟窗均是在臺風(fēng)期間被吹落，因此臺風(fēng)是造成開啟窗墜落的直接原因。

文獻(xiàn)［1］根據(jù)內(nèi)伶仃島氣象站點(diǎn)風(fēng)速儀記錄的臺風(fēng)“山竹”過境時(shí)的風(fēng)況，反推 10 m 高度處的最大 10 min 平均風(fēng)速約為 29.24 m/s，可近似為臺風(fēng)“山竹”發(fā)生期間深圳地區(qū) 10 m 高度處的最大 10 min 平均風(fēng)速，換算風(fēng)壓值為 0.53 kPa。該值小于國家現(xiàn)行荷載規(guī)范［2］規(guī)定的深圳地區(qū) 50 年重現(xiàn)期的基本風(fēng)壓 0.75 kPa。文獻(xiàn)［3］根據(jù)鹽田港、內(nèi)伶仃南和我國香港流浮山站點(diǎn)的風(fēng)速記錄，綜合分析各種影響因素，認(rèn)為當(dāng)時(shí)深圳地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)地貌下的最大風(fēng)壓應(yīng)該在 0.57 kPa 左右，未超越本地 50 年重現(xiàn)期的基本風(fēng)壓 0.75 kPa。本項(xiàng)目幕墻設(shè)計(jì)圖紙顯示采用的基本風(fēng)壓為 0.75 kPa。

為了進(jìn)一步查明幕墻開啟窗墜落原因，對開啟窗進(jìn)行如下兩項(xiàng)檢測。

1）對幕墻開啟窗外觀質(zhì)量，鎖點(diǎn)、鎖座配合情況等進(jìn)行檢測。

2）抽取 3 扇開啟窗，進(jìn)行現(xiàn)場抗風(fēng)壓性能試驗(yàn)檢測。

2.1 鎖點(diǎn)、鎖座搭接配合情況檢測

該建筑幕墻開啟窗鎖閉系統(tǒng)采用 8 點(diǎn)鎖，由鎖點(diǎn)、鎖座、傳動(dòng)裝置及執(zhí)手組成，如圖 2 所示。扳動(dòng)執(zhí)手時(shí)，鎖點(diǎn)沿開啟窗扇桿來回滑動(dòng)。當(dāng)鎖點(diǎn)滑動(dòng)至鎖座位置時(shí)，鎖座阻止鎖點(diǎn)活動(dòng)，可使開啟窗處于鎖閉狀態(tài)。當(dāng)鎖點(diǎn)滑離鎖座位置時(shí)，鎖點(diǎn)活動(dòng)不受鎖座約束，開啟窗便可推動(dòng)開啟。

圖2 開啟窗鎖閉系統(tǒng)示意圖（單位：mm）

鎖點(diǎn)與鎖座配合狀態(tài)是開啟窗啟閉的主要影響因素。本項(xiàng)目鎖座外形如圖 3 所示，當(dāng)開啟窗執(zhí)手扳至鎖閉狀態(tài)下時(shí)，鎖點(diǎn)與鎖座的搭接配合存在如下 4 種狀態(tài)。

1）當(dāng)鎖點(diǎn)中心處在鎖座外（包括鎖點(diǎn)或鎖座缺失），鎖座不能對鎖點(diǎn)起到鎖閉作用，搭接不可靠，標(biāo)記為“×”。

2）當(dāng)鎖點(diǎn)中心處在鎖座斜坡段，鎖點(diǎn)在受力時(shí)存在滑出鎖座的危險(xiǎn)，搭接不可靠，標(biāo)記為“△”。

3）當(dāng)鎖點(diǎn)中心處在鎖座圓弧段，鎖點(diǎn)在受力時(shí)存在滑出鎖座的危險(xiǎn)，搭接不可靠，標(biāo)記為“〇”。

4）當(dāng)鎖點(diǎn)中心處在鎖座直線段，鎖座可對鎖點(diǎn)起到有效阻擋作用，使開啟窗處于鎖閉狀態(tài)，搭接可靠，標(biāo)記為“■”。

圖3 鎖座部位標(biāo)記示意圖

共抽檢了 101 樘開啟窗的 808 組鎖點(diǎn)鎖座搭接情況，統(tǒng)計(jì)情況如圖 4（a）所示，808 組鎖點(diǎn)鎖座中有 488 組搭接于直線段，為可靠搭接，占比約為 60 %，剩余約 40 %，鎖點(diǎn)搭接在鎖座的入口圓弧、斜坡段，甚至未與鎖座搭接，為不可靠搭接。對開啟窗中可靠搭接的鎖點(diǎn)鎖座數(shù)量分布情況統(tǒng)計(jì)，如圖 4（b）所示，僅有 5 樘開啟窗 8 組鎖點(diǎn)鎖座全部可靠搭接，占比約 5 %，95 % 的開啟窗均存在不同程度的不可靠搭接?？煽挎i點(diǎn)數(shù)量為 5～6 組的開啟窗比較普遍，占抽檢總量的 51 %。通過檢測數(shù)據(jù)可知，該項(xiàng)目鎖點(diǎn)鎖座搭接質(zhì)量存在嚴(yán)重安全隱患。

圖4 鎖點(diǎn)鎖座搭接情況統(tǒng)計(jì)表

2.2 開啟窗抗風(fēng)壓性能檢測

為檢查幕墻開啟窗抗風(fēng)壓性能，現(xiàn)場抽取有代表性的 3 樘開啟窗進(jìn)行抗風(fēng)壓檢測，選擇在臺風(fēng)中掉落開啟窗較多的中區(qū)及低區(qū)進(jìn)行抽檢：5 層 1 樘、7 層 1 樘，23 層 1 樘。采用靜壓箱法［4］檢測，檢測只針對開啟窗，驗(yàn)證關(guān)閉的開啟窗在反復(fù)加壓情況下被吹開的極限風(fēng)壓，檢測流程、結(jié)果處理及評定參考 GB/T 15227-2007《建筑幕墻氣密、水密、抗風(fēng)壓性能檢測方法》［5］的規(guī)定執(zhí)行。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，該建筑幕墻開啟窗風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為 6 530 Pa，則反復(fù)加壓階段壓力差平均值 P2取值為3 918 Pa，安全檢測階段壓力差 P3取值為 6 530 Pa。

試驗(yàn)表明，3 樘開啟窗抗風(fēng)壓性能均未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)結(jié)果如表 1 所示，檢測現(xiàn)場照片如圖 5 所示。其中 5 層所檢測的開啟窗，8 組鎖點(diǎn)鎖座全部搭接在直線段，但仍在試驗(yàn)中吹開，8 個(gè)鎖點(diǎn)全部斷裂。經(jīng)查閱工程資料檔案，該建筑幕墻施工前曾進(jìn)行 4 性試驗(yàn)檢測，其中抗風(fēng)壓性能滿足要求，當(dāng)時(shí)使用的鎖點(diǎn)是不銹鋼材質(zhì)鎖點(diǎn)。經(jīng)現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)中低樓層使用的均是鋁質(zhì)鎖點(diǎn)，中高區(qū)及高區(qū)使用的是不銹鋼材質(zhì)鎖點(diǎn)，這也是臺風(fēng)中風(fēng)力更大的中高區(qū)及高區(qū)的開啟窗被吹落的反而更少的原因。

本項(xiàng)目在“山竹”臺風(fēng)過后的幕墻修復(fù)過程中，更換了所有開啟窗中的鋁合金鎖點(diǎn)鎖座，全部鎖點(diǎn)鎖座采用不銹鋼材質(zhì)，并調(diào)整所有不合格的鎖點(diǎn)鎖座位。調(diào)整后再隨機(jī)抽取 3 樘開啟窗進(jìn)行現(xiàn)場抗風(fēng)壓測試，3 樘開啟窗均能通過 P3=6 530 Pa 的安全檢測，滿足原設(shè)計(jì)要求。

圖5 開啟窗抗風(fēng)壓檢測照片

表1 開啟窗抗風(fēng)壓檢測結(jié)果

3 開啟窗墜落原因分析及建議

從現(xiàn)場檢測結(jié)果不難看出，雖然超強(qiáng)臺風(fēng)是開啟窗墜落的直接原因，但臺風(fēng)的風(fēng)力并未超過幕墻設(shè)計(jì)風(fēng)荷載，掉落的真正原因是幕墻開啟窗的鎖點(diǎn)鎖座采用了低質(zhì)量產(chǎn)品且其施工工藝粗糙。在高質(zhì)量發(fā)展的今天，臺風(fēng)風(fēng)力在未超過設(shè)計(jì)風(fēng)荷載的情況下，將幕墻開啟窗大面積吹落，造成嚴(yán)重質(zhì)量安全事故，這值得從業(yè)人員從幕墻行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)、施工、工程質(zhì)量檢驗(yàn)及運(yùn)維等方面進(jìn)行系統(tǒng)思考。

1）現(xiàn)行幕墻相關(guān)規(guī)范對開啟窗沒有專項(xiàng)的可靠性設(shè)計(jì)要求。玻璃幕墻設(shè)計(jì)主要依據(jù)的規(guī)范為 JGJ 102-2003《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》［6］，該規(guī)范中沒有開啟窗的設(shè)計(jì)方法。GB/T 21086-2007《建筑幕墻》［7］及 GB/T 31433-2015《建筑幕墻、門窗通用技術(shù)條件》［8］等規(guī)范雖然對包括開啟窗在內(nèi)的幕墻整體抗風(fēng)壓性能進(jìn)行了規(guī)定，但 2007 年版的試驗(yàn)檢測規(guī)范只要求通過風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值測試即可，沒有考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)，更沒有考慮抗力分項(xiàng)系數(shù)。而支承框架、面板等幕墻主要構(gòu)件有較完善的可靠性設(shè)計(jì)理論，考慮了荷載分項(xiàng)系數(shù)和抗力分項(xiàng)系數(shù)，因此開啟窗的結(jié)構(gòu)可靠性比支承框架、面板等主要構(gòu)件低很多，這也是為什么幕墻事故多出現(xiàn)在開啟窗的重要原因。2019 年發(fā)布的新規(guī)范 GB/T 15227-2019《建筑幕墻氣密、水密、抗風(fēng)壓性能檢測方法》［9］提出了風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值的測試要求，考慮了荷載分項(xiàng)系數(shù)，可靠性將會(huì)對應(yīng)提高一些，但該規(guī)范仍然沒有考慮實(shí)際工程材料及施工質(zhì)量的影響，即沒有考慮抗力分項(xiàng)系數(shù)，因此未來一段時(shí)間內(nèi)，開啟窗仍將是建筑幕墻體系中相對薄弱的環(huán)節(jié)。

開啟窗是幕墻的重要組成部分，臺風(fēng)中甚至常規(guī)開啟，均有可能導(dǎo)致開啟窗破壞，之后會(huì)形成飛射物破壞周邊幕墻，高空墜物更可能會(huì)造成人員傷亡，而且會(huì)在建筑表面形成主導(dǎo)洞口，使建筑內(nèi)壓顯著增加，進(jìn)而造成更多玻璃圍護(hù)結(jié)構(gòu)破壞［10］。開啟窗是幕墻承擔(dān)風(fēng)荷載的重要組成部分，規(guī)范理應(yīng)將開啟窗作為幕墻結(jié)構(gòu)的一部分統(tǒng)一進(jìn)行結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)，而不應(yīng)再將開啟窗作為功能部件，僅在建筑設(shè)計(jì)章節(jié)提出一般性能要求。

幕墻開啟窗的設(shè)計(jì)可參考門窗工程規(guī)范，JGJ 214- 2010《鋁合金門窗工程技術(shù)規(guī)范》［11］規(guī)定了五金件、連接構(gòu)件的承載力設(shè)計(jì)值應(yīng)按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)或產(chǎn)品檢測報(bào)告提供的承載力標(biāo)準(zhǔn)值除以相應(yīng)的抗力分項(xiàng)系數(shù)（γR）或材料性能分項(xiàng)系數(shù)（γf）確定，并規(guī)定抗力分項(xiàng)系數(shù)γR（或材料性能分項(xiàng)系數(shù)γf）可取 1.4。JG/T 126-2017《建筑門窗五金件 傳動(dòng)鎖閉器》［12］要求一組鎖點(diǎn)鎖座可承受 1 800 N 的破壞力。如果將 1 800 N 作為一組鎖點(diǎn)鎖座的承載力標(biāo)準(zhǔn)值，則設(shè)計(jì)值應(yīng)為 1 286 N。

2）設(shè)計(jì)文件中缺少開啟窗設(shè)計(jì)信息。幕墻設(shè)計(jì)圖紙普遍深度不足，大部分幕墻設(shè)計(jì)圖紙中都沒有開啟窗五金件（鎖點(diǎn)、滑撐等）數(shù)量、位置、材料及承載力等關(guān)鍵設(shè)計(jì)信息。一個(gè)原因是五金件體積較小且安裝隱蔽，常被設(shè)計(jì)人遺漏；另一個(gè)原因則是幕墻工程技術(shù)規(guī)范［6］中缺少開啟窗的設(shè)計(jì)方法，各設(shè)計(jì)單位一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，很多設(shè)計(jì)單位不愿將開啟窗詳細(xì)信息寫進(jìn)設(shè)計(jì)圖紙或計(jì)算書等設(shè)計(jì)文件中。

五金件是開啟窗與支承框架間傳遞荷載的關(guān)鍵構(gòu)件，是開啟窗安全性的關(guān)鍵所在，而且工程實(shí)踐表明開啟窗質(zhì)量事故基本都是因五金件質(zhì)量不過關(guān)而引起，因此，開啟窗的五金連接件同樣應(yīng)被視為幕墻工程結(jié)構(gòu)的一部分進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，并體現(xiàn)在設(shè)計(jì)圖紙中。

開啟窗在鎖閉狀態(tài)下主要依靠鎖點(diǎn)鎖座傳遞風(fēng)荷載，在開啟狀態(tài)下主要依靠滑撐、掛鉤等傳遞自重及風(fēng)荷載荷載。這些五金連接件形式多樣，構(gòu)造小巧且復(fù)雜，難以通過計(jì)算確定其承載力。其承載力標(biāo)準(zhǔn)值可通過試驗(yàn)確定，承載力設(shè)計(jì)值可按承載力標(biāo)準(zhǔn)值除以相應(yīng)的抗力分項(xiàng)系數(shù)確定。

3）驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定較籠統(tǒng)。工程質(zhì)量主要依靠工程驗(yàn)收，但幕墻工程驗(yàn)收相關(guān)規(guī)范［13，14］對開啟窗的驗(yàn)收要求比較籠統(tǒng)，主要依靠目測、手試檢查，難以檢查出鎖點(diǎn)鎖座的搭接偏差。幕墻的性能檢測一般都是前期實(shí)驗(yàn)室檢測，施工安裝后很少開展現(xiàn)場實(shí)體試驗(yàn)，這也給劣質(zhì)五金件等小構(gòu)件魚目混珠提供了機(jī)會(huì)。

鎖點(diǎn)與鎖座的搭接配合是實(shí)現(xiàn)開啟窗鎖閉的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是幕墻工程結(jié)構(gòu)抗風(fēng)壓時(shí)不可分割的一部分，涉及整個(gè)幕墻工程的安全。因此，鎖點(diǎn)鎖座的搭接配合應(yīng)被視為幕墻工程的結(jié)構(gòu)連接件進(jìn)行驗(yàn)收，不僅要進(jìn)行承載力試驗(yàn)檢測，還應(yīng)規(guī)定搭接配合的最小尺寸要求，進(jìn)行施工質(zhì)量的定量檢測。

4 結(jié)語

幕墻開啟窗面積雖小，但它對整個(gè)幕墻安全性能的影響卻很大。而開啟窗又往往被視為功能部件僅進(jìn)行一般性能要求，不給予可靠性設(shè)計(jì)，導(dǎo)致開啟窗事故頻發(fā)。因此建議幕墻設(shè)計(jì)規(guī)范重視開啟窗的設(shè)計(jì)，將開啟窗作為幕墻結(jié)構(gòu)的一部分進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，幕墻工程驗(yàn)收應(yīng)將開啟窗作為結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行驗(yàn)收，并規(guī)定一定數(shù)量的現(xiàn)場實(shí)體力學(xué)性能檢測，使開啟窗不再成為幕墻安全的洼地。Q