2016年臺風“海馬”來襲前，幾個同事受命在廠區進行防臺風前的安全檢查。當查到辦公樓幕墻開啟窗的鎖閉情況時，發現有好幾個窗扇出了問題，不僅鎖閉不了，甚至有個窗扇都不能正常閉合。一使勁，居然搞壞了一側的不銹鋼撐擋!
也是這次臺風，造成深圳市某大廈多個開啟窗扇出現損壞脫落。由于該項目位于鬧市區，所以一時造成了很壞的社會影響。事后經多方聯合調查，發現開啟扇損壞脫落的主要原因是因為開啟扇尺寸太大，施工單位雖然依據所計算的風荷載和自重選用了對應的窗用五金件，但因為多種原因造成其承載能力并不能滿足實際要求。最后這個項目付出了很大代價，專門委托五金廠家研發訂制了一批加強型的專用配件，并進行全部更換才算較為徹底地解決了問題。
再往前兩年，深圳某個超高層建筑掉了個幕墻開啟扇，找我們去診斷評估。結果發現掛鉤式開啟扇兩側定位撐擋不同步情況相當普遍，甚至有的已經損壞。對此，施工單位一臉無辜，把責任完全推給不懂得操作的使用者。
這幾個案例對于幕墻行業的從業者來說都不算是很特別，算是比較常見的情況。要說經驗教訓，應該是非常深刻;應對辦法、解決措施也已是相當成熟。但為什么幕墻開啟扇總是一而再、再而三地出問題呢?
1、從深圳的“43號文”談起
2016年深圳住建局下發了《關于加強建筑幕墻安全管理的通知》(簡稱43號文)，據說是受到了幾起社會影響力較大的幕墻安全事故影響而緊急出臺的。這個文件在建設部38號文的基礎上又增加了更嚴格的措施，貫徹執行非常堅決。
上海市的地方標準則更進一步，已經具體到將幕墻開啟扇尺寸限制在1.8平米以內。即將發布的新版幕墻規范也對幕墻開啟扇的面積做出了限制。2016年底，中裝協下發了一份文件中也有具體的規定：開啟扇尺寸不宜大于1.5平米，嚴禁大于2平米。
作為一個幕墻人，對政府及行業主管單位加強幕墻安全管理的態度無疑是支持的，但對某些的具體內容感覺還需要斟酌：比如限定幕墻開啟窗的面積，似乎是行之有效的好方法。但對于建筑設計師來說，恐怕就難以接受了。
舉例來說：目前常規玻璃幕墻的橫向分格模數大體在1.3~1.5米之間，如果限定2平米的開啟扇面積，窗的豎向分格高度就不能超過1.5~1.3米。按照這個計算結果，大多數幕墻都做不到開啟玻璃與相鄰固定（詞條“固定”由行業大百科提供）玻璃一樣大的外觀效果，這對建筑師來說，絕對不是一個滿意的結果。
深圳的43號文和相關標準和規范的出臺，其實都反映出整個社會對幕墻安全性問題的一種焦慮心態。這迫使我們開始對之前司空見慣的問題引起足夠的重視：同樣一種設計方法，固定部分不出問題，但開啟部分出問題。這說明現有的開啟部分設計方式存在缺陷：要么是考慮的內容不全面，要么是給定的安全系數實際不足。所以需要從設計理論或設計規程上想辦法，至少這是一種積極的態度。
2、開啟窗是特殊的幕墻部件
為什么說幕墻開啟窗的設計不能套用現有的幕墻設計要求呢?是因為開啟窗是一種特殊的幕墻部件：在幕墻系統中，只有它是活動部件，而其他的都是靜止構件。活動部件至少包括了兩種靜止工作狀態和一種運動工作狀態，同時開啟窗還涵蓋了最多數量的功能需求和最復雜的人機關系需求，這是其特殊的根本原因。
2.1、開啟窗的靜止狀態
開啟窗在開啟和閉合工作狀態下的時候，承載情況及工作需求的差異是比較大的，理論上來說應當分別對待。但查過很多資料，發現對幕墻窗的開啟狀態進行分析內容幾乎是空白：
首先，首先是開啟狀態下窗體的力學模型發生改變(鎖點失效)，在負風壓組合的工況中，甚至連五金配件（詞條“五金配件”由行業大百科提供）的承載狀態都與其設計承載狀態有很大的不同。以滑撐連接固定的窗扇為例，其在打開狀態下滑撐僅相當一個滑動鉸接的支點。當窗扇開啟到最大限位角度時，滑撐與撐擋共同作用，形成了帶有懸伸段的四點支撐板的力學模型。
與我們常識相反的是，在這種新的力學模型中撐擋成了受力最大的五金件(撐擋外側有窗扇懸伸段)。而事實上在配件選用時主要關注的是滑撐的承載能力，對于撐檔總將其作為開啟穿窗的輔助定位配件來看待，更別提進行結構校核計算。所以很多窗扇在開啟狀態下被風吹落，都是從撐擋破壞開始的。
其次，開啟扇在開啟狀態下時需要校核的內容及標準也需要分析，特別是安全系數該如何取值?因為開啟扇是活動部件，所以其連接構造要承受交變的沖擊荷載（詞條“荷載”由行業大百科提供）。其失效形式恐怕已不是簡單的彎曲破壞或是剪切破壞，有無可能是松動、失穩、疲勞等更為復雜的破壞形式?
2.2、開啟窗的運動狀態
開啟窗的運動工作狀態則是一個更為復雜的內容：首先需要進行開啟軌跡的分析與框扇碰撞檢查。開啟窗開啟過程中扇、框發生不嚴重干涉時，窗也能勉強打開。但這類干涉反復發生，有關連接構件就會因頻繁承受較大的荷載造成損壞。
其次，是有關構件的可靠性分析。比如，掛鉤式開啟扇的防脫落構造。附圖的兩個防脫構造中，圖1的構造看似有用，計算也能算過。但在使用過程中仍可能會出問題。原因是構件的剛度（詞條“剛度”由行業大百科提供）不足，固定螺絲在沖擊荷載的反復作用下仍可能會松動，導致防脫落構造失效;而圖2的構造中，防脫落構件鑲嵌在槽內，即便螺釘脫落也不會滑出，顯然可靠很多。
圖3所示的穿軸式的連接構造相對來說可靠性更高一些。只要做好軸向的限位，理論上是不會出現開啟扇脫落的情況。但是在實際使用過程中，有時也會有斷軸的情況發生。除了有關荷載取值不足外(未考慮動力系數)，窗框(含橫梁)承載時產生的撓度（詞條“撓度”由行業大百科提供）也是一個重要的誘因。因為這會導致多于兩個以上的銷軸不發揮作用，所以在計算時只應考慮兩端銷軸受力，并且考慮到金屬疲勞問題，還應在構造上多采取一些減少應力集中的工藝措施。
同樣的情況，也可能出現在滑撐的連接構造上。好的設計會將滑撐嵌在一個寬度匹配的槽口之中，依靠構造措施承受滑撐傳遞給窗框的主要荷載，滑撐上的固定螺釘則負責將其固定在槽口內。但圖省事的做法很可能采取完全依賴幾個螺絲的固定，長期工作后五金件很快被損壞。
另外，通常不銹鋼滑撐上設有一個承受長期重力荷載的圓孔(其他孔為長孔)。理論上其承受的剪切力有限(窗扇的自重)，采用拉釘就能滿足要求。但實際上由于該處頻繁承受沖擊荷載，定位拉釘被剪斷的比比皆是。當這個定位拉釘失效后，窗扇就會掉角，影響正常開啟。如果暴力操作，很可能造成更大的損壞甚至是事故，這也是可靠度不足的一個表現。
所以在上海地方標準中，就規定了在開啟窗的螺釘連接部位需要局部加大壁厚或是采用背襯鋼絲母板進行連接加固，這些做法都是提高連接可靠性的有效措施。
第三，是開啟窗的人機關系設計。比如開啟窗的啟閉力設計就需要按照使用者的正常臂力設計。如果窗扇開啟所需的力過大，超出人的正常臂力水準，就需要通過設置類似下圖的省力的機構或助力裝置，以便于開啟窗的正常使用。
僅僅是做了簡單的分析，就可以清楚地發現傳統的幕墻設計很難全面覆蓋到開啟窗的種種特殊情況。從本質上講，是不完善的設計規程導致了幕墻開啟窗成為了影響幕墻安全的高危部件。所以解決幕墻開啟窗的安全問題，最積極的方法不是限制開啟面積之類的硬性規定，而是制定正確的設計規程，真正從根子上解決幕墻開啟窗的安全問題。
3、漫談幕墻開啟窗的設計規程
幕墻開啟窗的設計規程應圍繞其三種標準工作形態來展開的，主要可以分成“功能性”與“結構性”兩個部分的內容分別進行設計：
3.1開啟窗的功能性設計
開啟窗的功能性設計主要是描述開啟窗的啟閉過程及相關的影響和作用。簡單來說，大致包含下面的內容：
A、 啟閉軌跡設計
啟閉軌跡設計主要是描述開啟窗活動構件的運行軌跡及起止位置。通過這些參數來確定幕墻活動構件是否會在運動過程中發生碰撞或干涉、其起止位置是否能夠滿足安裝工藝需求或使用功能需求、達到平面內變形級別時窗扇是否還能正常啟閉等;
B、 啟閉力設計
開啟扇啟閉力可以通過其質量、啟閉位置、開啟五金配件的摩擦力等參數計算出來。而根據人機關系原理，根據幕墻開啟窗的室內安裝高度可以確定操作人員啟閉操作時的標準臂力值。如啟閉力超過操作人員的標準臂力值，則需要改變開啟方式或使用額外的傳動裝置;
C、 安全防護設計
幕墻開啟窗在三種工作形態下均應對可能出現的非正常狀態進行分析，并依據幕墻開啟窗非正常狀態出現的概率和由此造成的影響來確定是夠需要采取針對性的安全防護措施。比如有的窗扇剛度不足，就需要在框扇交合的對應位置安裝一組楔形定位塊，還有前面提到的掛鉤式構造的防脫落裝置等，都是針對性的安全防護設計;
D、 可維護設計
開啟窗的活動構件均應可以拆換或維護。這一條看似簡單，但實際上經常出問題。比較常見的情況是開啟扇受到外側裝飾帶或遮陽（詞條“遮陽”由行業大百科提供）裝置的限制，開啟角度有限，根本就不能拆換滑撐等五金配件，給使用維護帶來巨大麻煩。
3.2開啟窗的結構性設計
A、 開啟狀態下的荷載取值及結構計算
幕墻開啟窗在開啟狀態下風荷載取值沒有明確的規定，但仍可以參照荷載規范中的檐口等突出構件來取值。考慮到窗扇在極端天氣下依然存在被開啟或忘記鎖閉的概率，并且其一旦脫落會導致嚴重的安全問題，所以需要從嚴控制。建議在風荷載標準值（詞條“標準值”由行業大百科提供）作用下，打開的開啟扇不得出現連接失效脫落以及不得出現不可恢復的變形、破損及影響正常開啟功能的變化。
由于開啟窗的工作特性，對打開的開啟扇可不做撓度方面的限定。幕墻開啟窗在風荷載作用下突然啟閉所產生的沖擊荷載也不做計算，這主要是因為不同的開啟配件間的阻尼差異很大，沒辦法保證計算結果的精確性。但可以要求通過實物實驗來測試窗體連接的可靠度。
B、 框扇構件的結構校核
由于開啟窗的密封功能需求，決定了其撓度值要更為嚴格。通常框、扇間密封膠條的設計壓縮量約2mm，扣除組各種誤差，有效值還會更少。所以幕墻開啟扇閉合狀態下的撓度變形量最好不大于2mm，如果按照鎖點間距300~500mm計算，其構件允許撓度值宜控制在1/250之內。
C、 連接構件的結構校核
由于幕墻開啟窗所承受的沖擊荷載難以確定，所以仍可按開啟窗的開啟和鎖閉兩種狀態下進行靜載的受力分析計算(注意，開啟狀態下只有風撐、折頁和撐擋等開啟配件參與承載)，但建議增加1.4的動力系數以確保連接點安全可靠。
4、結束語
無論是JGJ102還是GBT21086中對幕墻開啟窗的設計要求都沒有專門的規定。而幕墻開啟窗又是如此重要，總要有解決的辦法。這篇文章完全是有感而發，希望引起大家對幕墻開啟窗設計困局的關注，從而推動將幕墻開啟窗的設計規程納入到有關的規范和標準中去。
