1、引言
玻璃幕墙因其通透明亮、立面美观的视觉效果越来越受广大建筑师的青睐，尤其在我国的公共建筑中应用十分广泛。公共建筑因其通风量和消防安全的特殊需求，玻璃幕墙上需要设置一定数量的开启扇。不论是构件式幕墙还是单元式幕墙，开启扇形式多为上悬式开启。上悬式开启主要有三种实现方式：第一种是摩擦铰链式，即通过四连杆或五连杆的铰链作为开启扇承重构件，配以限位撑挡实现上悬式开启;第二种被称为挂钩式，采用挂钩铝型材作为开启扇承重构件，再配合限位块和撑挡共同实现上悬式开启;第三种被称为销轴式，利用不少于两个销轴和限位撑挡实现上悬式开启。虽然销轴式较其它两种开启扇较高的安全性，但销轴式因其二次更换较困难，现有工程采用此种方式的较少。
2、项目背景介绍
该建筑位于我国北方某沿海城市，由两座高约190米的写字楼和三层裙楼组成。所在区域为人流密集的商业街，距海边直线距离约1.3公里。幕墙形式主要为竖明横隐的中空玻璃幕墙，总计建筑面积约10.3万平米，幕墙开启扇为挂钩式，共计约2930樘。
幕墙在使用过程中接连出现多次开启扇掉落情况，开启扇从90米高以上的位置坠落在周边街道和住宅区内，铝合金扇框已断裂，钢化玻璃散落在周围(见图1和图2)，原洞口暂用木板临时封堵。虽未造成人员伤亡，但已经属于严重的安全事故，业主针对这一问题立即联系我单位，并提供事故影像资料、竣工图纸和损坏的窗扇实体，委托我单位调查原因并尽快排除安全隐患。我单位接到业主委托，立即成立工作组并第一时间抵达现场，查看发现几樘开启扇均为组角部位断裂、撑挡失效，为典型的开启扇脱落问题。我工作人员现场采集密封胶、结构胶和铝型材样本送国检中心检测，并分析图纸和相关资料，反复验算结构受力，最终查明原因并为业主提供了可行的解决方案。
3、幕墙开启扇隐患原因分析
3.1 地面粗糙度分类有误，风荷载计算值偏小
《建筑结构荷载规范》GB50009-2012规定：对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按表8.2.1确定。地面粗糙度可分为A、B、C、D四类;A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区;B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇;C类指有密集建筑群的城市市区;D类指有密集建筑群切房屋较高的城市市区[2]。该工程距海边直线距离约1.3公里，属典型的A类地形。但查阅施工单位出具的结构计算书，将本工程定义为B类地形，计算风荷载的所有参数均以B类地形取值，导致计算的风荷载值偏小。
3.2开启部位面积过大，构件局部受力过大
统计5樘掉落窗扇的尺寸和面积如表1：
以表1中编号<4>的开启扇为例，对其负风压作用下的工况进行计算。
幕墙属于薄壁外围护构件，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算：
图3为编号<4>的开启扇在开启状态的受力简图。最终计算出单个撑挡的拉力设计值F=5352N，远超出行业标准规定的“开启方向不大于1000N力、关闭方向不大于600N力[3]”的使用范围。在风荷载正、负压交替作用下，固定撑挡的螺钉与型材连接失效被拔出，窗扇失去撑挡的保护，最终在相对薄弱的边框端部破坏(如图4)，窗扇掉落。
3.3恶劣天气时对开启扇使用和管理不当
经验表明，对于竖直的建筑幕墙，风荷载是主要的作用。因为建筑幕墙自重较轻，即使按最大地震作用系数考虑，也远小于风荷载作用。因此，对幕墙构件本身而言，抗风设计是主要的考虑因素。我单位查询开启扇掉落当天的天气情况，最高瞬时风力已经达到10级，且掉落的窗扇当时都是处于开启状态。根据伯努利方程可以推算出理想状态下(气压为1013hPa，温度为15℃，空气密度 r=0.01225kN/m3，重力加速度g=9.8m/s2)10级风的风压：
根据伯努利方程，风的动压为：
计算10级风力作用下单个撑挡受到的拉力最大值F=3545N，亦超出行业标准规定的“开启方向不大于1000N力、关闭方向不大于600N力”的使用范围。从而更加验证了窗扇的破坏原因。
4、整改方案
鉴于该建筑的幕墙开启扇存在重大安全隐患，并且已经严重影响业主的正常使用，建议对开启扇进行全部整改。我单位推荐了四种方案供业主选择，最终业主方选取其中一种并已开始实施：
4.1 方案简介：
4.11保持原有窗洞口尺寸不变，拆除现有开启扇及配套窗框，增加一道横梁将原有开启部分均分成上下两部分，上半部分改为固定扇，下半部分改成可开启部分，将可开启部分的面积控制在1.5m2以内(如图5);
4.12 玻璃需按改变分格后的实际尺寸重新定制;
4.13 新增横梁、窗边框、扇框等型材可以采用原模具生产;
4.14 新加工的窗扇组角部位需要加强;使用加强角码、注组角胶，机制螺钉固定等;
4.15 所有五金件和紧固件材质均选用优质不锈钢材料;
4.16 使用四点固定式撑挡(定制)，锁具采用六点锁系统。
4.2 方案描述：
减小了开启扇面积，降低了风荷载作用的影响，增加了安全系数。而且大部分铝型材仍可用原模具，节省了开模费用和时间。但此方案更改了原设计分格，外立面视觉效果与现状会有较大差异。
5、结语
参考文献：
[1]JGJ 102-2003,玻璃幕墙工程技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,北京.2003
[2] GB50009-2012,建筑结构荷载规范[S].中国建筑工业出版社,北京.2012
[3] JG/T 128-2007,建筑门窗五金件撑挡[S].中国标准出版社,北京.2007
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