探討護欄在住宅建筑設計應用的問題

黃振明

探討護欄在住宅建筑設計應用的問題

黃振明

本文主要按現行國家標準、行業標準的有關規定，結合當前護欄在住宅建筑設計應用中熱點和難點問題進行綜合分析與解答，給住宅建筑設計者在護欄系統設計中以啟迪。

住宅建筑；護欄；防護高度；可踏面；軟重物體撞擊；穿透性

護欄是建筑中一種傳統的建筑構件，在傳統建筑中護欄不參與整個建筑的受力系統，但護欄在建筑藝術有一個極成功的形體。隨著建筑自身的演變，以及科學技術、材料和人們審美觀的提高，護欄也獲得了極大的發展，發展出豐富多樣的形態，由傳統的木質、石材、磚砌、陶瓷護欄發展到鐵藝、不銹鋼、鋁合金、玻璃、尼龍鋼芯結合、PVC等材質，形態各異、造型優美的各式護欄。現代建筑工程中更是離不開護欄的設計應用，護欄不僅起到安全防護的作用，也是美化建筑的一種建筑構件，為設計創造出優美的建筑提供了條件。但是再華麗的建筑也要保證建筑構件的安全，因此國家頒布了相應的建筑規范及產品標準，對護欄的設計應用、產品生產給予一定的安全要求。建筑更是與廣大人民群眾的切身利益息息相關，只有對護欄的安全防護的概念理解清楚了才能在設計應用中更好的把握方向。

在住宅建筑中的陽臺、室內樓梯、內天井、室外消防樓梯、低窗臺、殘疾人坡道、屋頂防護、外廊等需要設護欄的部位，針對不同部位的護欄在力學性能、防護高度及構造要求上有相關的規定，在材質選擇方面，應當考慮耐腐蝕性對生活的影響。下面就護欄的力學性能、防護高度、構造要求、材料選用進行討論。

1.力學性能

在現實生活中，護欄經常會被人們依靠、攀扶、趴靠、高速沖撞、搬運撞擊等，所以護欄要用堅固、耐久的材料制作，但因護欄在不同部位的受力要求不盡相同，根據《建筑用玻璃與金屬護欄》所規定的力學性能要求，結合護欄在住宅建筑應用部位進行細解，具體如下：

1.1水平荷載

無論護欄應用于建筑的哪個部位，都應考慮護欄能夠承受水平荷載不低于1.0kN/m的要求。主要是只要有人到的地方，對護欄就會產生依靠、攀扶等情況，因此必須保證護欄的安全性，不可因少人到的地方而減少護欄的性能的要求。

1.2垂直荷載

住宅中的陽臺、內天井、屋頂防護、外廊等處，要求護欄兩立柱間（立柱間距不大于1.2m）的扶手承載垂直荷載1.5kN，據《建筑結構荷載規范》的要求，護欄承受垂直荷載不低于1.2kN/m的，相當于能夠完全承載按人體工程學的95個百分點的體重75kg的人兩個。主要根據人們日常生活習慣，在這些位置的護欄都有趴靠，甚至有人坐在扶手上等。因此考慮垂直荷載的作用是有必要的，特別是側裝護欄結構，垂直荷載設計考慮尤為重要。

1.3軟重物體撞擊

住宅中陽臺、室內樓梯、內天井、室外消防樓梯、屋頂防護、外廊等處，護欄承受軟重物體撞擊，以45kg撞擊物，撞擊能量E 為300N·m，依次對扶手、欄板實施撞擊一次的要求，每次撞擊后測量的扶手水平相對位移均不應大于h /25；按此要求，相當于45kg物體的撞擊速度4.7m/s(16.9km/h)，相當于一般人在快速沖刺的速度，如果主要按人體工程學的95個百分點的體重75kg來計算，相當速度2.8m/s（10km/h），也大于一般人的跑步速度；考慮到人們在日常生活中所觸及的地方，護欄不但難免在發生緊急狀態下高速撞擊情況，同時也應具備青少年追逐玩耍情況下的撞擊，避免護欄耐不住人體的撞擊而坍塌造成人員墜落的隱患。

1.4硬重物撞擊性能

住宅中無論是何處的護欄，只要采用玻璃欄板結構的護欄，應承受硬重物體撞擊用實心鋼球重量為1040g±10g,降落高度為1.2m，擺臂撞擊護欄玻璃欄板。相當于《GB 15763.3建筑用安全玻璃》的落球試驗，采用擺臂撞擊，更能有效模仿護欄被撞擊的效果，主要避免玻璃在一般的硬物體撞擊后就會產生破裂，對人們產生不必要安全隱患。

1.5風壓要求

在住宅中室外的護欄，具有迎風的陽臺、屋頂防護、外廊等處，欄板結構為玻璃的或金屬板的，需要滿足當地風壓指標值的作用下的荷載。

2.防護高度

隨著我國國民經濟的發展、人民生活水平的提高，人們尤其是青少年的身高有普遍增加的態勢，故在承擔護欄防護高度設計時，要將建筑規范中規定的護欄防護高度作為一個最低值來控制，適當提高護欄防護高度。護欄、窗臺的高度及合理的構造措施對建筑物的安全使用功能影響重大，設計師需要對住宅設計中涉及到的相應建筑規范充分理解，把建筑規范中對護欄的各個要求在設計圖上表達清楚。避免不必要的隱患發生，保證人民群眾的生命安全。住宅中護欄在不同部位的防護高度要求不盡相同，下面就根據《民用建筑設計通則》、《住宅設計規范》、《無障礙設計規范》的相關規定歸總：

●陽臺、外廊、內天井及上人屋面護欄防護高度（欄桿凈高），臨空高度24m以下（低層和多層），護欄防護高度不應低于1.05m；臨空高度24m及24m以上（中高層）,護欄防護高度不應低于1.10m。

●室內樓梯的護欄防護高度不應低于0.90m，室外樓梯護欄防護高度不小于1.10m。

●樓梯水平段長度大于或等于0.50m時,護欄防護高度不應低于1.05m。

●供殘疾人使用的坡道、臺階和樓梯兩側設兩層扶手時，護欄防護高度和扶手位置高度分別為 0.85m和0.65m。

護欄防護高度確定在護欄的安全防護問題上尤為重要，下面就護欄防護高度（欄桿凈高）如何確定進行分析。

2.1陽臺、外廊、內天井、室內回廊、上人屋頂處護欄。

從人體工程學的觀點分析，護欄防護高度應當是高于人的重心人們就有安全感。據《民用設計通則》中介紹，1980年對我國14個省人體測量結果：我國男子平均身高為1656.03mm，換算成人體直立狀態下的重心高度是994mm，穿鞋子后的重心高度為994+ 20＝1014mm。因此，在《民用設計通則GB 50352-2005》中給出了陽臺、外廊、室內回廊、內天井、上人屋面及室外樓梯等臨空高度在24m以下時，護欄防護高度不應低于1.05m，臨空高度在24m及24m以上包括中高層住宅時，護欄防護高度不應低于1.10m。

在《住宅設計規范》和《民用設計通則》中要求低層、多層住宅的陽臺護欄防護高度不應低于1.05m，中高層、高層住宅的陽臺護欄防護高度不應低于1.10m。有些設計人員在確定封閉陽臺的設計高度時認為陽臺既已封閉，功能形同房間，那么高度就可以按窗臺的高度設計，保證0.90m就可以了，這想當然的做法不符合《住宅設計規范》5.6.4條要求封閉陽臺護欄也應該滿足陽臺護欄防護高度的要求。主要是因為封閉陽臺沒有改變人體心里和人體重心的要求。設計實踐中常為增加套內面積，挑出北向陽臺作為廚房部分，雖然設計及施工均封閉陽臺，但也應按1.05 m高考慮。陽臺就是陽臺，目前封閉的陽臺日后也有可能敞開，必要的安全防護要求不能改變，為了避免安全隱患的產生，其它功能的封閉陽臺護欄防護高度也應按照住宅的要求設計。陽臺護欄的防護高度要隨著建筑高度的增加而增高。

可踏面的確定：按《民用建筑設計通則》當護欄底部有寬度大于或等220mm，且高度低于或等450mm的部位為可踏部位；根據《建筑用玻璃與金屬護欄》側裝式護欄扶手下部為高度不大于450mm的平臺，扶手內側平臺寬度大于65mm時，其平臺應視為可踏部位；按正常人上踏步情況，人很容易踏上并站立眺望不是攀登，此時，護欄防護高度如從樓地面或屋面起算，則至護欄扶手頂面高度會低于人的重心高度，很不安全，故應從可踏部位頂面起計算（圖1）。

應該要注意的是，護欄防護高度是根據國家標準GB 50352和相關國際標準確定的，是指護欄產品在工程上安裝完成后，根據規定的要求所獲得護欄高度尺寸；護欄高度是護欄的本身高度，是立柱的底座至扶手上表面地距離；然而，有些護欄欄板高于扶手，在一定程度上欄板起到防護作用，但根據《建筑用玻璃與金屬護欄》規定，所以欄板高于扶手上表面的部分不作為防護位置。

2.2樓梯處護欄

樓梯分為室內和室外樓梯，各自的要求也不相同。

室內樓梯扶手高度要從踏步前緣線量起不宜小于0.90m。靠樓梯井一側水平扶手長超過0.50m時，其高度不應低于1.05m。這是由于水平段長度超過0.5m時，人們就可以在此處依靠護欄，此時就要考慮人體重心問題，所以要求不應低于1.05m。在《建筑設計防火規范GB 50016-2014》規范中要求室外樓梯作為疏散樓梯時護欄扶手的高度不應低于1.1m。室外樓梯懸空于主體建筑外部，護欄防護高度超過人體重心越多就會給人更多的安全感，因此建筑規范給出了1.1米的高度。

圖1 護欄防護高度的計算

2.3低窗臺處護欄

在《民用設計通則GB 50352-2005》給出臨空的窗臺低于0.80m時，應采取防護措施，防護高度由樓地面起計算不應低于0.80m，住宅窗臺低于0.90m時，應采取防護措施；低窗臺、凸窗等下部有能上人站立的寬窗臺面時，貼窗護欄或固定窗的防護高度應從窗臺面起計算。《住宅設計規范》要求外窗窗臺距樓面、地面的高度低于0.90 m時，應有防護設施，窗外有陽臺或平臺時可不受此限制。窗臺的凈高度或護欄的防護高度均應從可踏面算起，保證凈高0.90m。距離樓（地）面0.45m以下的臺面、橫欄桿等容易造成無意識攀登的可踏面，不應計入窗臺凈高。我們在住宅設計中對于凸窗臺來說，因為有足夠的面積能夠使人在上面站立，為了安全，貼窗護欄的高度應從窗臺面算起。另外還有一種情況就是，凸窗下部0.9m高范圍內做固定扇并采用安全玻璃，可不設護欄。從美觀上來說，不加護欄會使人感覺更舒適、通透，但是此處的固定扇安全玻璃通常要采用中空夾膠安全玻璃，夾膠玻璃部分是兩層3+3+0.38mm厚的玻璃,不足于安全防護的要求，不能作為護欄使用。

2.4殘疾人坡道

考慮到人性化的需求，現行的《住宅建筑規范》要求建筑入口及入口平臺要做無障礙設計，為方便拄拐者及視力殘疾者使用。入口處設有臺階時應設輪椅坡道和扶手。供殘疾人使用的坡道、臺階應設高0.85m的扶手，設兩層扶手時，下層扶手高應為0.65m。

3.構造要求

護欄設計中，不能只追求效果的完美，在構造中，也應當注意一下幾點：

3.1護欄的穿透性

護欄的穿透性，不但需要防止人體在護欄內穿過，也應防止造成卡住或墜落，也要防止地面物體穿過護欄滾落，造成樓下人員、物體被砸現象。

3.1.1護欄欄板為桿件結構的，相鄰桿件的凈距不應大于110mm；護欄欄板為玻璃、金屬板結構的，欄板與立柱、欄板與扶手、欄板與地面等間隙處不應大于110mm；護欄欄板為鋼索或鋼網結構的，索間隔或網格不應使直徑為110mm的鋼球體通過。主要根據人體工程學的原理，護欄內結構間隙過大或過小，兒童容易鉆出去，而造成不幸事故的發生或卡住兒童的手或腳等現象。球體檢驗主要是模仿人的頭部，對具有一定伸縮條件的欄板結構進行測試，以確保頭部不會通過間隙而保證護欄的安全應用。

3.1.2側裝式護欄，欄板邊緣與地面間距t不應大于30mm，見圖2。

圖2 側裝護欄底部間隙示意

說明：

1 —— 地面；

t—— 欄板邊緣與地面間距。

應該明白，孩童經常會靠著護欄玩耍，如果側裝護欄底部的間隙過低，就會使孩童的腳卡入到間隙中去，或有身體穿過而墜落的隱患。

3.1.3護欄距樓地面（可踏面）及屋面0.10m高度內不應留空，其目的在于防止地面上的可滾動的小物體從地面間隙滑落；同時起到擋水的作用。

3.2可攀爬性

住宅護欄，當護欄的一邊具有大于0.8m懸空高度或具有屬于危險地帶，護欄要采取防止兒童攀爬的措施，避免兒童在扶手上做滑梯游戲而產生墜落事故。

3.3物體防墜落

住宅陽臺、屋頂防護、外廊的護欄，擱置花盆或其他物件時，要采取防墜落措施，以避免花盆或其他物件墜落造成事故的發生。

3.4護欄上設備

當陽臺、屋頂防護、外廊護欄裝備有太陽能構件時，應注意相關的安全，做好相應防護措施：

●光伏護欄，做好防漏電、防雷措施。蓄電等設備不允許設置在護欄上。

●光熱護欄，做好防燙、防滴，扶手不允許作為水管，水箱等設備不允許設置在護欄上。

主要是太陽能陽臺護欄使用在陽臺上，是人們日常生活最常用的地方，護欄結構能夠常接觸，太陽能陽臺護欄具有太陽能轉換功能，轉換后具有電或熱水等不同物質，因此安全要求不可忽視，水箱、蓄電設備體積較大，同時是儲能的設備，危險性較高，在護欄上安裝，會導致較大的安全隱患。

4.材料選擇

住宅建筑護欄選用材料時，一定要注重耐腐蝕性，根據《建筑用玻璃與金屬護欄》對常用的材料進行要求。

4.1不銹鋼

不銹鋼材料宜采用奧氏體型不銹鋼，化學成分應符合GB/T 20878的相關要求，且Ni含量不宜小于8.00%，Cr含量不宜小于16.00%。主要用材料為奧氏體型不銹鋼06Cr19Ni10、06Cr17Ni12Mo2、022Cr17Ni12Mo2等常規材料，在建筑領域應用范圍廣，耐腐蝕性好，具有良好的維護、加工性能和機械性能，表面美觀等。并不是說，護欄只可選用奧氏體型不銹鋼材料，其他的不銹鋼材料就不適合使用了，例如鐵素體型不銹鋼，在耐腐蝕方面不如奧氏體型不銹鋼，但用于室內護欄，表面進行電鍍處理，提高表面的裝飾性和耐腐蝕性，也具有較好使用效果；鐵素體-奧氏體型不銹鋼（雙相不銹鋼），具有與奧氏體型不銹鋼相當的耐腐蝕性能，但具有更好的機械性能，在護欄應用方面也不斷擴大，獲得較好應用效果。

在奧氏體型不銹鋼的應用中，有兩點熱點話題——不銹鋼生銹問題和不銹鋼帶磁性問題，下面就將兩個問題進行分析：

4.1.1不銹鋼生銹問題

不銹鋼的耐腐蝕性取決于鉻，但是因為鉻是鋼的組成部分之一，所以保護方法不盡相同。 在鉻的添加量達到10.5%時，鋼的耐大氣腐蝕性能顯著增加，但鉻含量更高時，盡管仍可提高耐腐蝕性，但不明顯。原因是用鉻對鋼進行合金化處理時，把表面氧化物的類型改變成了類似于純鉻金屬上形成的表面氧化物。這種緊密粘附的富鉻氧化物保護表面，防止進一步地氧化。這種氧化層極薄，透過它可以看到鋼表面的自然光澤，使不銹鋼具有獨特的表面。而且，如果損壞了表層，所暴露出的鋼表面會和大氣反應進行自我修理，重新形成這種“鈍化膜”，繼續起保護作用；但并不是完全不會生銹。是否生銹受到其分子結構、加工工藝、使用環境等各因素的影響。表面生銹，并不像碳素鋼的生銹，具有基材快速損害，而是生長在表面一種銹跡，在一定時間內，對基材無損害，經過擦拭或藥劑清洗即可除去，此類銹，俗稱“浮銹”，引起生銹的原因原因有很多，主要大氣環境、施工環境和產品的維護和保養的影響。對奧氏體不銹鋼防銹能力提高關鍵在于維護和保養，在以下兩個條件，具有較好耐銹性：1.降低表面粗糙度，當表面粗超度Ra低于0.5μm時，表面就方便清潔，不銹鋼表面殘存的有害物質就會降低，從而也減小生銹可能，鏡光表面的粗超度低于Ra低于0.1μm，表面光潔，無明顯凹凸現象，在加上拋光時，表面進行打蠟，形成一層致密的鈍化膜，從而具有較強防銹能力。2.機械拋光后進行電解拋光，電解拋光溶液里面含有鈍化劑成分，電解拋光后，不銹鋼表面形成一層較厚的鈍化膜，提高表面的耐腐蝕性能，耐腐蝕性能比鏡光還好一點，一般鏡光不做電解拋光。

4.1.2不銹鋼帶磁性問題

根據國家標準《不銹鋼和耐熱鋼牌號及化學成分GB/T 20878-2007》，表明并非不銹鋼都是無磁性，而是只有奧氏體型不銹鋼才具有無磁性的特征，但在冷加工作用下，可能會導致一定磁性的說明。奧氏體型不銹鋼經過折彎、拉伸、焊接等加工，組織結構也會向馬氏體轉化，冷加工變形越大，馬氏體轉化越多，磁性也會越強，想要完全消除奧氏體型不銹鋼的磁性，可以通過高溫固溶處理恢復穩定奧氏體組織，從而消除磁性。

4.2結構鋼

結構鋼應符合GB/T 699、GB/T 700或GB/T 1591的相關規定。表面應采取有效防腐、防銹的處理措施；銅加速乙酸（CASS）試驗應大于16h，且表面不應有針孔、鼓泡等缺陷。表面的防腐防銹措施，應包括鋼管內壁表面的處理，不應只是外表面的要求。研究表明，因內壁難以進行表面處理，處理成本高，在應用的護欄中，采用碳素鋼管的護欄產品，都未經過內壁表面處理，在一些室外護欄中，因環境潮濕，管內壁積水受潮，不易干燥，產生由里往外腐蝕現象，外表面的保護層看上去還是完好，實際已被嚴重腐蝕。根據研究，無保護層的低碳鋼在含氯化物的海洋環境中的腐蝕率為單位面積每年0.15mm，如果不加防護，腐蝕繼續進展，材料很快就會出現嚴重的減薄。因此，在一定時間后，管壁已被腐蝕完，導致護欄立柱斷裂，存在較大的安全隱患。此類事故不少發生，例如：2016年1月23日，重慶女子在24樓樓陽臺賞雪，因護欄斷裂墜亡的事故。為了避免安全隱患，選擇碳鋼管時，一定要求管的內外壁的表面防腐措施，并充分考慮因腐蝕減薄的使用年限。

4.3鋁合金

鋁合金型材基材應符合GB 5237.1的相關規定，采用陽極氧化、電泳涂漆、聚酯粉末噴涂、氟碳噴涂等表面處理時，膜層厚度和質量應符合GB 5237.2、GB 5237.3、GB 5237.4、GB 5237.5的規定。

4.4玻璃

玻璃的選擇根據JGJ 113-2015的相關規定。

室內欄板用玻璃，設有立柱和扶手，欄板玻璃作為鑲嵌面板安裝在護欄系統中，欄板玻璃應使用本規程規定的夾層玻璃；欄板玻璃固定在結構上且直接承受人體的護欄系統，其欄板玻璃應規定：當欄板玻璃最低點離一側樓地面高度不大于5m時，應使用工程厚度不小于16.76mm的鋼化夾層玻璃；當欄板玻璃最低點離一側樓地面高度大于5m時，不得采用此類型的護欄系統。下面區分一下直接承受人體的護欄系統和設有立柱和扶手的護欄系統：

4.4.1直接承受人體的護欄系統結構：

4.4.2設有立柱和扶手的護欄系統結構：

室外（陽臺、屋頂防護、外廊）欄板玻璃應進行玻璃抗風壓設計，對有抗震設計要求的地區，應考慮地震作用的組合效應，且應符合本規程的規定。

5.小結

在現代住宅建筑中，護欄不但起到裝飾美學的效果，重要的是護欄承擔著建筑結構安全防護作用。在護欄的設計中，應從護欄的力學性能、結構安全、防護高度、材料安全和裝飾美學等多個方面進行綜合性、系統性的設計。當然，僅僅有一些規范和標準的參量和要求是不夠，尚需要護欄設計師和材料研究單位的配合，不斷探索護欄在住宅建筑中應用的問題，匯總與完善相關的技術標準，才能夠不斷設計出即安全、適用、耐久、可靠、造型優美，又有良好的社會經濟效率的護欄。

[1] JG/T 342-2012，建筑用玻璃與金屬護欄.中國標準出版社，北京，2012

[2] GB50096-2011，住宅設計規范.中國建筑工業出版社，北京，2011

[3] GB50352-2005，民用建筑設計通則.中國建筑工業出版社，北京，2005

[4] GB 50368—2005，住宅建筑規范.中國建筑工業出版社，北京，2005

[5] GB 50016-2014，建筑設計防火規范.中國計劃出版社，北京，2014

[6] GB50009-2012，建筑結構荷載規范.中國建筑工業出版社，北京，2012

[7] JGJ 113-2015，建筑玻璃應用技術規程.中國建筑工業出版社，北京，2016

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