浅谈重大型幕墙开启窗的设计与施工技术

浅谈重大型幕墙开启窗的设计与施工技术

1王卫峰2乔治

关键词：重大型幕墙；开启窗设计；施工技术；

一、论述的项目描述

本项目为南通兴东机场航站楼幕墙工程，该项目幕墙立挺高度为13m，中间没有任何结构层（幕墙分格大样和剖面形式见（图A））。开启窗的结构形式为外倒下悬，分格尺寸为1500mm*3000mm，安装在幕墙最上部的分格位置。开启窗开启角度≥70o，每樘开启窗重约350kg，设有气动开启系统装置。

该项目幕墙开启窗的设计与施工为什么不能套用常规的幕墙做法？

幕墙分格大样和剖面（图A）

是因为该项目幕墙开启窗的开启角度≥70o且体积笨重。而常规幕墙窗分格尺寸在1000mm*1000mm以下，开启窗开启距离≤30cm且开启角度≤30o，每樘开启窗重不大于100kg。因此该项目开启扇不能按常规做法设计与施工。

由于开启窗单元是一种特殊的幕墙部件：在幕墙系统中，只有它是活动部件，而其他的都是静止构件。活动部件至少有静止工作状态和一种运动工作这两种形态存在，同时开启窗还涵盖多种的功能需求和最复杂的人机联合运行关系需求，这是其特殊的根本原因。

二、开启窗设计阶段

幕墙开启窗的设计要从其三种工作形态及功能需求来展开的。其主要以开启窗“安全可靠性”、“功能使用性”、“后期维护保养性”三个部分的内容分别进行设计：

1）开启窗的结构安全性设计

（1）开启状态下的荷载取值及结构计算

幕墙开启窗在开启状态下风荷载取值没有明确的定义，但该项目在设计时参照了荷载规范中的檐口等突出构件来取值。考虑到窗扇在极端天气下依然存在开启状态或忘记锁闭的概率，并且其一旦脱落会导致严重的安全问题，所以该项目在设计中采用了风雨感应系统，来减低该种安全隐患。在风荷载标准值作用下，打开的开启扇不得出现连接失效脱落以及不得出现不可恢复的变形、破损及影响正常开启功能的变化。

由于该项目开启窗的体型大且又笨重等特性，在设计时考虑了打开及关闭状态下开启扇挠度方面的限定。但幕墙开启窗在风荷载作用下突然启

闭所产生的冲击荷载未做计算，这主要是因为不同的开启配件间的阻尼差异很大，没办法保证计算结果的精确性。但可以要求通过实物实验来测试窗体连接的可靠度。

（2）框扇构件的结构校核

由于开启窗的密封功能需求，决定了其挠度值要更为严格。通常框、扇间密封胶条的设计压缩量约2mm，扣除其各种误差，有效值还会更少。所以幕墙开启扇闭合状态下的挠度变形量最好不大于1mm，如果按照锁点间距300~500mm计算，其构件允许挠度值宜控制在1/250之内。由于该项目开启窗的特殊性，开启窗骨架采用了钢铝组合体系，分别由钢体系来承担开启窗的结构安全，利用铝材的可塑性特点来解决

开启窗铝包钢体系示意图

开启窗的气密性及水密性。钢铝组合在结构安全、使用功能及在外观上达到一种异曲同工之处。

（3）连接构件的结构校核

由于幕墙开启窗所承受的冲击荷载难以确定，所以仍可按开启窗的开启和锁闭两种状态下进行静载的受力分析计算（注意：开启状态下只有铰链及开窗器（气动窗专用）等开启配件参与承载），但仍考虑增加1.4的动力系数以确保连接点安全可靠。

2）开启窗的功能性设计

开启窗的功能性设计主要是描述开启窗的启闭过程及相关的影响和作用。大致包含下面的内容：

（1）启闭轨迹设计

启闭轨迹设计主要是描述开启窗活动构件的运行轨迹及起止位置。通过这些参数来确定幕墙活动构件是否会在运动过程中发生碰撞或干涉，其起止位置是否能够满足安装工艺需求或使用功能需求，达到平面内变形级别时窗扇是否还能正常启闭等，为满足该项目开启角度≥70度，采用新型特制铰链及气动开启系统。

开启窗闭合状态下大样开启窗开启状态下大样

（2）可维护设计

开启窗的活动构件均应可以拆换或维护。这一条看似简单，但实际上经常出问题。比较常见的情况是开窗机故障、五金配件损坏、玻璃破损等问题，给使用维护带来巨大麻烦。

三、开启窗制作安装阶段

1）开启窗的制作

由于本项目开启窗的特殊性，为确保开启窗的制作精度，开启窗制作采用工厂标准化制作，严格控制其制作精度。并且开启窗框与开启扇的两者在工厂预拼无误后方可出厂。

2）开启窗的安装

开启单元安装前，应将送到现场的开启窗逐一检查，检查其固定外框及扇的表观质量。所有的孔洞、槽口以及节点板封闭结点，都要进行清洗，保证该部位无碎石、灰尘和其它外部材料。防止渗漏及保持排水通道通畅。所有的披水板由始至终保持干净。检测开启窗扇的质量，特别是密封条的安装质量。小心地将开启扇单元镶嵌入固定外框中，调整位置后，安装好限位块，扣上固定扣条。

清理开启窗框扇、玻璃表面的污物和胶迹。若有污染等则应及时清洗干净。安装好的幕墙窗户应做好成品保护工作。

在安装过程中，应始终注意保护好窗框扇不被损坏、碰伤、划伤。吊运时表面应用软质材料衬垫，用非金属绳索捆扎，选择平稳牢靠的着力点，不得把窗框扇作为受力构件使用，并要注意防止电焊火渣落到窗框扇上。

开启窗清洁时保护胶纸要妥善剥离，注意不得划伤、刮花外侧铝型材表面，不得使用对铝型材、玻璃、配件有腐蚀性的清洁剂。

由于开启窗体型大且重量重，开启扇安装采用汽车吊配合安装，在此对安装施工工艺不做论述。

3）质量检测

为保证施工质量，应对开启窗工作的灵活性、开启窗与气动开启系统的工作的协调性、开启窗气密性和水密性等性能指标必须有针对性的检查。

（1）开启窗安装完成后，先对开启窗逐一检测，检测其灵活性、关闭状态、开启状态是否满足要求。开启窗逐一检查，检查无误后在对开启窗与气动开启系统联合试运行，确保开启窗开启的灵活性、开启角度及关闭状态下严密性是否满足设计要求。

（2）对开启窗的气密性、水密性采用蓄水及24h的加压淋水试验并做好记录。试验合格后方可验收。

结束语

综合所述，幕墙施工要统筹考虑，不但要严格按规范施工，除了施工队伍自身素质要提高外，还需要监理、业主及石材供应商一起建立有效的监督机制，共同提升建筑价值，才可把工程的隐患消除到最低限度。

参考文献

[1]《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001

[2]《建筑幕墙》GBT21086-2007

[3]《干挂饰面石材及其金属挂件》JC-830-2005

[4]《建筑结构荷载规范》GB50009-2001（2006版）