鎖點鎖座問題導致幕墻開啟窗在臺風中被吹落事故分析

常銀昌，方 瀟，黃遠洋，汪四新，何小軍

（1.深圳市建筑科學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量檢測鑒定中心，廣東 深圳 518000）

0 引言

目前交通樞紐設施、體育場館及 100 m 高度以上的高層建筑等公共基礎設施基本都使用幕墻，幕墻美觀、實用，既能滿足建筑圍護結構的功能要求，同時又能滿足建筑師各種質感需求，是城市建筑中靚麗的風景線。近幾年既有建筑幕墻的安全問題成為大家關注的焦點，其中幕墻的開啟窗問題較多。開啟窗是建筑幕墻上可活動的部件，是幕墻連通室內外的主要通道，同時也是幕墻工程中最容易出現安全事故的部位。本文以某大廈開啟窗在強臺風中被多處吹落的事故為例，對開啟窗被吹落原因進行分析，總結和探討幕墻開啟窗設計及施工中應關注的技術等問題。

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。外圍護結構采用隱框玻璃幕墻，玻璃幕墻面積約 5 萬 m2，2015 年竣工投入使用。2018 年受超強臺風“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樓層（16 層以下）、中區樓層（18～33 層）、中高區樓層（35～50 層）及高區樓層（52 層層以上）均有分布，其中中區及低區樓層開啟窗墜落數量較多。

圖1 幕墻開啟窗墜落照片

2 現場檢測

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

文獻［1］根據內伶仃島氣象站點風速儀記錄的臺風“山竹”過境時的風況，反推 10 m 高度處的最大 10 min 平均風速約為 29.24 m/s，可近似為臺風“山竹”發生期間深圳地區 10 m 高度處的最大 10 min 平均風速，換算風壓值為 0.53 kPa。該值小于國家現行荷載規范［2］規定的深圳地區 50 年重現期的基本風壓 0.75 kPa。文獻［3］根據鹽田港、內伶仃南和我國香港流浮山站點的風速記錄，綜合分析各種影響因素，認為當時深圳地區的標準地貌下的最大風壓應該在 0.57 kPa 左右，未超越本地 50 年重現期的基本風壓 0.75 kPa。本項目幕墻設計圖紙顯示采用的基本風壓為 0.75 kPa。

為了進一步查明幕墻開啟窗墜落原因，對開啟窗進行如下兩項檢測。

1）對幕墻開啟窗外觀質量，鎖點、鎖座配合情況等進行檢測。

2）抽取 3 扇開啟窗，進行現場抗風壓性能試驗檢測。

2.1 鎖點、鎖座搭接配合情況檢測

該建筑幕墻開啟窗鎖閉系統采用 8 點鎖，由鎖點、鎖座、傳動裝置及執手組成，如圖 2 所示。扳動執手時，鎖點沿開啟窗扇桿來回滑動。當鎖點滑動至鎖座位置時，鎖座阻止鎖點活動，可使開啟窗處于鎖閉狀態。當鎖點滑離鎖座位置時，鎖點活動不受鎖座約束，開啟窗便可推動開啟。

圖2 開啟窗鎖閉系統示意圖（單位：mm）

鎖點與鎖座配合狀態是開啟窗啟閉的主要影響因素。本項目鎖座外形如圖 3 所示，當開啟窗執手扳至鎖閉狀態下時，鎖點與鎖座的搭接配合存在如下 4 種狀態。

1）當鎖點中心處在鎖座外（包括鎖點或鎖座缺失），鎖座不能對鎖點起到鎖閉作用，搭接不可靠，標記為“×”。

2）當鎖點中心處在鎖座斜坡段，鎖點在受力時存在滑出鎖座的危險，搭接不可靠，標記為“△”。

3）當鎖點中心處在鎖座圓弧段，鎖點在受力時存在滑出鎖座的危險，搭接不可靠，標記為“〇”。

4）當鎖點中心處在鎖座直線段，鎖座可對鎖點起到有效阻擋作用，使開啟窗處于鎖閉狀態，搭接可靠，標記為“■”。

圖3 鎖座部位標記示意圖

共抽檢了 101 樘開啟窗的 808 組鎖點鎖座搭接情況，統計情況如圖 4（a）所示，808 組鎖點鎖座中有 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鎖座數量分布情況統計，如圖 4（b）所示，僅有 5 樘開啟窗 8 組鎖點鎖座全部可靠搭接，占比約 5 %，95 % 的開啟窗均存在不同程度的不可靠搭接。可靠鎖點數量為 5～6 組的開啟窗比較普遍，占抽檢總量的 51 %。通過檢測數據可知，該項目鎖點鎖座搭接質量存在嚴重安全隱患。

圖4 鎖點鎖座搭接情況統計表

2.2 開啟窗抗風壓性能檢測

為檢查幕墻開啟窗抗風壓性能，現場抽取有代表性的 3 樘開啟窗進行抗風壓檢測，選擇在臺風中掉落開啟窗較多的中區及低區進行抽檢：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，驗證關閉的開啟窗在反復加壓情況下被吹開的極限風壓，檢測流程、結果處理及評定參考 GB/T 15227-2007《建筑幕墻氣密、水密、抗風壓性能檢測方法》［5］的規定執行。

根據設計圖紙，該建筑幕墻開啟窗風荷載標準值為 6 530 Pa，則反復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。

試驗表明，3 樘開啟窗抗風壓性能均未達到設計要求，試驗結果如表 1 所示，檢測現場照片如圖 5 所示。其中 5 層所檢測的開啟窗，8 組鎖點鎖座全部搭接在直線段，但仍在試驗中吹開，8 個鎖點全部斷裂。經查閱工程資料檔案，該建筑幕墻施工前曾進行 4 性試驗檢測，其中抗風壓性能滿足要求，當時使用的鎖點是不銹鋼材質鎖點。經現場檢測發現中低樓層使用的均是鋁質鎖點，中高區及高區使用的是不銹鋼材質鎖點，這也是臺風中風力更大的中高區及高區的開啟窗被吹落的反而更少的原因。

本項目在“山竹”臺風過后的幕墻修復過程中，更換了所有開啟窗中的鋁合金鎖點鎖座，全部鎖點鎖座采用不銹鋼材質，并調整所有不合格的鎖點鎖座位。調整后再隨機抽取 3 樘開啟窗進行現場抗風壓測試，3 樘開啟窗均能通過 P3=6 530 Pa 的安全檢測，滿足原設計要求。

圖5 開啟窗抗風壓檢測照片

表1 開啟窗抗風壓檢測結果

3 開啟窗墜落原因分析及建議

從現場檢測結果不難看出，雖然超強臺風是開啟窗墜落的直接原因，但臺風的風力并未超過幕墻設計風荷載，掉落的真正原因是幕墻開啟窗的鎖點鎖座采用了低質量產品且其施工工藝粗糙。在高質量發展的今天，臺風風力在未超過設計風荷載的情況下，將幕墻開啟窗大面積吹落，造成嚴重質量安全事故，這值得從業人員從幕墻行業規范標準、設計、施工、工程質量檢驗及運維等方面進行系統思考。

1）現行幕墻相關規范對開啟窗沒有專項的可靠性設計要求。玻璃幕墻設計主要依據的規范為 JGJ 102-2003《玻璃幕墻工程技術規范》［6］，該規范中沒有開啟窗的設計方法。GB/T 21086-2007《建筑幕墻》［7］及 GB/T 31433-2015《建筑幕墻、門窗通用技術條件》［8］等規范雖然對包括開啟窗在內的幕墻整體抗風壓性能進行了規定，但 2007 年版的試驗檢測規范只要求通過風荷載標準值測試即可，沒有考慮荷載分項系數，更沒有考慮抗力分項系數。而支承框架、面板等幕墻主要構件有較完善的可靠性設計理論，考慮了荷載分項系數和抗力分項系數，因此開啟窗的結構可靠性比支承框架、面板等主要構件低很多，這也是為什么幕墻事故多出現在開啟窗的重要原因。2019 年發布的新規范 GB/T 15227-2019《建筑幕墻氣密、水密、抗風壓性能檢測方法》［9］提出了風荷載設計值的測試要求，考慮了荷載分項系數，可靠性將會對應提高一些，但該規范仍然沒有考慮實際工程材料及施工質量的影響，即沒有考慮抗力分項系數，因此未來一段時間內，開啟窗仍將是建筑幕墻體系中相對薄弱的環節。

開啟窗是幕墻的重要組成部分，臺風中甚至常規開啟，均有可能導致開啟窗破壞，之后會形成飛射物破壞周邊幕墻，高空墜物更可能會造成人員傷亡，而且會在建筑表面形成主導洞口，使建筑內壓顯著增加，進而造成更多玻璃圍護結構破壞［10］。開啟窗是幕墻承擔風荷載的重要組成部分，規范理應將開啟窗作為幕墻結構的一部分統一進行結構可靠性設計，而不應再將開啟窗作為功能部件，僅在建筑設計章節提出一般性能要求。

幕墻開啟窗的設計可參考門窗工程規范，JGJ 214- 2010《鋁合金門窗工程技術規范》［11］規定了五金件、連接構件的承載力設計值應按產品標準或產品檢測報告提供的承載力標準值除以相應的抗力分項系數（γR）或材料性能分項系數（γf）確定，并規定抗力分項系數γR（或材料性能分項系數γf）可取 1.4。JG/T 126-2017《建筑門窗五金件 傳動鎖閉器》［12］要求一組鎖點鎖座可承受 1 800 N 的破壞力。如果將 1 800 N 作為一組鎖點鎖座的承載力標準值，則設計值應為 1 286 N。

2）設計文件中缺少開啟窗設計信息。幕墻設計圖紙普遍深度不足，大部分幕墻設計圖紙中都沒有開啟窗五金件（鎖點、滑撐等）數量、位置、材料及承載力等關鍵設計信息。一個原因是五金件體積較小且安裝隱蔽，常被設計人遺漏；另一個原因則是幕墻工程技術規范［6］中缺少開啟窗的設計方法，各設計單位一般根據經驗設計，標準不統一，很多設計單位不愿將開啟窗詳細信息寫進設計圖紙或計算書等設計文件中。

五金件是開啟窗與支承框架間傳遞荷載的關鍵構件，是開啟窗安全性的關鍵所在，而且工程實踐表明開啟窗質量事故基本都是因五金件質量不過關而引起，因此，開啟窗的五金連接件同樣應被視為幕墻工程結構的一部分進行可靠性設計，并體現在設計圖紙中。

開啟窗在鎖閉狀態下主要依靠鎖點鎖座傳遞風荷載，在開啟狀態下主要依靠滑撐、掛鉤等傳遞自重及風荷載荷載。這些五金連接件形式多樣，構造小巧且復雜，難以通過計算確定其承載力。其承載力標準值可通過試驗確定，承載力設計值可按承載力標準值除以相應的抗力分項系數確定。

3）驗收規范規定較籠統。工程質量主要依靠工程驗收，但幕墻工程驗收相關規范［13，14］對開啟窗的驗收要求比較籠統，主要依靠目測、手試檢查，難以檢查出鎖點鎖座的搭接偏差。幕墻的性能檢測一般都是前期實驗室檢測，施工安裝后很少開展現場實體試驗，這也給劣質五金件等小構件魚目混珠提供了機會。

鎖點與鎖座的搭接配合是實現開啟窗鎖閉的關鍵環節，也是幕墻工程結構抗風壓時不可分割的一部分，涉及整個幕墻工程的安全。因此，鎖點鎖座的搭接配合應被視為幕墻工程的結構連接件進行驗收，不僅要進行承載力試驗檢測，還應規定搭接配合的最小尺寸要求，進行施工質量的定量檢測。

4 結語

幕墻開啟窗面積雖小，但它對整個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行一般性能要求，不給予可靠性設計，導致開啟窗事故頻發。因此建議幕墻設計規范重視開啟窗的設計，將開啟窗作為幕墻結構的一部分進行可靠性設計，幕墻工程驗收應將開啟窗作為結構部件進行驗收，并規定一定數量的現場實體力學性能檢測，使開啟窗不再成為幕墻安全的洼地。Q