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摘要：本文主要阐述在幕墙设计中开启扇的相关规范规程、密封性设计以及结构安全设计的相关要点，帮助设计师更全面的考虑开启扇的相关设计。
关键词：开启扇；开启面积；密封性；安全性；结构设计
1.引言
建筑设计时，除了特殊情况下选择配置机械排风及排烟外，绝大部分情况都会配置外开启窗，以满足建筑的通风、排烟要求以及使用者的使用习惯需求。按开启方式不同，开启扇大致可以分为推拉窗、平开窗、上悬窗、下悬窗、中悬窗及平推窗；按开启方向不同，可分为外开窗、内开窗和推拉窗。从安全角度上考虑，建筑外立面围护结构受负风压一般大于正风压，因而内开窗和推拉窗的安全性远远高于外开窗。但当被用于幕墙中时，其对建筑立面外观影响较大，建筑师一般不作考虑。目前，上悬窗在建筑幕墙中使用最为广泛。开启扇需要满足密封性、安全性、实用性等要求，设计过程中需要平衡各方面因素，选择合适的构造。下面主要针对上悬窗进行分析。
2.开启扇的相关规定
开启扇最基本的功能是通风换气，规范中也有大量的条文规定建筑外墙开启面积的要求。如《住宅建筑规范》（GB50386-2005）中规定：“每套住宅的通风开口面积不应小于地面面积的5%。”《住宅设计规范》（GB50096-2011）中：“采用自然通风的房间，其直接或间接自然通风开口面积应符合下列规定……”《民用建筑设计通则》（GB50352-2005）、《公共建筑节能设计标注》（GB50189-2015）、《建筑设计防火规范[2018版]》（GB50016-2014）都分别对各类建筑不同功能区间的开启面积有详细规定。且近年来节能、消防方面对开启扇的设置越来越严格，建筑设计立面方案时必须熟悉各个规范要求。而更具体的规定，《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ102-2003）中提到：“幕墙开启窗的设置，应满足使用功能和立面效果要求，并应启闭方便，避免设置在梁、柱、隔墙等位置。开启扇的开启角度不宜大于30°，开启距离不宜大于300mm。”
但上述规范都只是概括性的总体要求，对开启扇具体的结构设计、构造设计并没有详细的介绍，设计师以及施工人员只能凭借自身的经验来设计。
3.开启扇的密封性设计
开启扇的密封包括气密与水密，人的体感比较难以判断气密性是否满足要求，现实中发现密封性能问题的主要是漏水。开启扇的密封问题很大程度上是胶条的问题。
首先是胶条的质量。现在幕墙中大量使用的是具有良好耐候性能的三元乙丙胶条，此类胶条一般在幕墙设计年限中正常使用是有保证的。但部分施工单位为了节省成本，采购廉价产品代替，建设、监理单位也不易察觉，导致使用一两年之后，窗户胶条出现非正常老化硬化、掉落，使得开启扇闭合不严，下雨天就会发生渗水。
其次是加工工艺不规范。穿胶条时没有预留胶条伸缩量，致使密封圈不交圈，雨水从洞口流入。一般胶条预留伸缩量为5%，并使用密封胶对交接胶条进行连接，或使用与胶条截面配套的成品转角胶圈，提高密封性能。
再者是构造设计问题。主要下面几点：（1）雨水流入顶部分缝时容易在扇框拼接不良的位置渗入室内，故应考虑在扇框顶部设置挡水胶条，最大程度的阻挡雨水进入缝内；（2）部分设计玻璃底部托板时设置在胶条位置，导致胶条中断，影响气密性；（3）连续的开启扇并排设置，两开启扇之间的缝是密封的薄弱位置；（4）转角位置设置开启扇，开启扇与下部固定玻璃转角位会形成较大的空洞，此位置密封胶外观不好看同时容易密封不严。
4.开启扇的结构设计
开启扇结构设计是幕墙设计师较容易忽视的环节，理论上，开启扇的结构设计应该对闭合状态和开启状态下分别进行分析。闭合状态下，主要是锁点的计算，根据风荷载的强度校核锁点连接螺钉的抗剪强度，选择锁点数量。个人认为，不管是摩擦铰链式还是挂钩式的开启扇，均按照锁点承受全部风荷载来验算更为安全。
而设计师最容易忽略的是开启状态下的计算。虽然JGJ102-2003中有规定：“雨天或4级以上风力的天气情况下不宜使用开启扇；6级以上风力时，应全部关闭开启窗。”但实际操作上总会有漏关或关不严的情况，当打风时就成为最大的安全隐患。首先是荷载计算，开启状态下的扇叶相当于一个悬挑构件，故体形系数应该按立面中的悬挑构件2.0取值。
对于使用摩擦铰链的开启扇，最不利状态下应是窗扇受负风压，风撑处于极限拉伸状态，此时风撑与铰链共同形成类似六点支撑维持窗扇稳定。实际上铰链的下支点是一个活动的支座，所以极限开启状态下的窗扇应按四点支承进行验算。风撑连接处为最不利支点，应首先确保风撑自身的强度以及连接螺栓的强度，而不是将风撑仅仅作为开窗的辅助构件。
对于挂钩式的开启扇，风撑一般使用伸缩式，此时应考虑正风压与负风压作用，当风撑受压时应考虑风撑的稳定性计算。挂钩式开启扇还需注意玻璃自重的影响。摩擦铰链的开启扇因支撑窗扇的受力构件都在两侧扇框，整窗自重受力通过结构胶和托件均匀分布，故自重对其影响不大。而挂钩式的窗扇自重主要是靠顶部扇框吊挂，也就是靠顶框的结构胶以及上部两组角码拉起整个窗扇。结构胶承受长期荷载时的强度设计值只有承受短期荷载时的1/10，计算自重时会考虑四边框的结构胶承载力，但实际上，结构胶变形后，压在底部托板上，通过连接传递到底框，再通过组角码到两侧竖框，最后所有重量几乎都落到上端两个组角码上。组角码与扇框之间撞角连接，我们一般很难验算其承载力，当窗扇尺寸较大时，可能会使撞角位置脱落，或者使顶框室内侧边框变形，甚至撕裂，再遇强风天气时就极易发生坠落事故。故挂钩式开启扇应特别注意对组角码位置采取加强措施，如扇框与组角码增加螺钉连接，适当增加扇框厚度等。
结构设计的其他构造措施。通过一定的构造措施，可以极大地增强窗扇的安全性与耐久性。（1）正确安装铰链和风撑。在窗扇打开到极限状态下，窗扇框与边框不应发生干涉。长期的干涉会损坏窗框外，还会导致铰链和风撑的连接在频繁的承受较大荷载而造成损坏。另外铰链及风撑的固定严禁使用抽芯铆钉，因其抗剪强度低，容易导致失效。（2）挂钩式开启扇要合理设计防脱落构造。挂钩式开启缺少防脱构造便很容易因使用者用力不当造成挂钩脱落，即使设置防脱块，也应考虑其在承受冲击荷载下刚度是否足够，以及固定螺钉是否会松脱失效。（3）挂钩式开启扇的挂钩部件应保留足够厚度。因窗户使用过程中挂钩与轴芯构件不断发生摩擦，它们之间没有润滑保护材料，铝合金型材会不断损耗，特别是使用频繁的窗户，磨损严重容易发生脱落。（4）控制窗户尺寸。尺寸较大的开启扇不仅对装配件承载力产生较大的负担，还为人的使用带来不便。当开启扇的启闭力超过使用者正常臂力的时候，可以考虑增加助力机构。（5）增设防坠路装置。当开启扇发生脱落时，防坠落装置可以作为最后一道防线，至少能延缓窗扇坠落，为使用者赢得补救的时间。防坠装置应能单独承担起开启扇的自重。
5.结语
开启扇的设计应该采用动态思维去进行安全性设计，设计师应针对开启扇的不同用途、不同类型，选择合适的形式，并做完整的安全性分析，包括静态的结构分析和动态的安全性分析。开启扇的安全关乎人们的生命财产安全，必须引起广大设计师的重视，同时也希望规范上能有更多的合理的条文来指引设计。
参考文献：
[1]GB50352-2005,民用建筑设计通则[S].北京:中国建筑工业出版社,2005.
[2]JGJ102-2003,玻璃幕墙工程技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2003.
[3]GB50386-2005,住宅建筑规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2005.
[4]刘晓烽,闭思廉.浅谈:幕墙开启扇的设计规程[J].建筑门窗幕墙创新与发展,2018.
[5]葛春洲,李红梅.玻璃幕墙开启扇连接方式性能分析与选择建议[J].建筑技术开发,2019,45(18):83-85.