外开窗安全性检测解读

■ 王 骅 Wang Hua

1 概述

2 标准编制背景

近年来，随着建设用地的稀缺及城市地价的飙升，中高层建筑大量涌现，建筑外窗所承受的风荷载也随之增加。另一方面，建筑节能的大力推进和用户对通透大空间的需求，导致建筑外窗所用玻璃的尺寸及厚度都不断增加，工程上大量使用多层中空玻璃替代原来的单层玻璃，进一步增加了建筑外窗的自重。因此，以前的一些关于民用建筑外开窗的相关规定和要求，已远远满足不了技术的发展和社会的进步。2017年12月1日，上海市工程建设规范《民用建筑外窗应用技术规程》（DG/TJ 08—2242—2017） 正式实施，旨在解决民用建筑外开窗的社会需求，并确保外开窗的安全使用。

2.1 外开窗质量事故案例介绍

本文在上海建科院等科研机构的研究数据基础上，收集了部分外开窗的质量事故案例。

（1）2011年1月6日，常州晚报报道：窗户高空掉落砸伤清洁工，全楼业主都有责任。据常州市民反映，该市某小区9楼和31楼的开启窗玻璃掉落砸伤清洁工，而他们小区居民家的窗户掉落已经不是一两次了，所幸再没有人员伤亡。

（2）2013年10月22日，广西防城港北部湾新闻网报道：因新装窗户掉落砸中楼下停放轿车而引起的一起民事纠纷。外窗系一家不锈钢经营部订做的，因质量问题引发事故。

（3）2014年9月21日，北京晨报报道：窗户砸落伤人，房主租客一起赔。由于事发后，房东已将窗户更换，因此对于窗户玻璃坠落系因老化还是使用原因无法确定。

（4）2014年11月2日晚，四川成都某小区34层发生一起窗户连框带玻璃坠落，砸在停车场的顶棚上，幸好无人员和车辆过往。经物业工程部检查，窗户掉落原因确认是窗户高度没有填满，再之楼高风大，结果窗户就掉落了。

从上述案例中，我们发现，民用建筑外开窗存在的安全使用隐患主要表现为面板脱落、开启窗扇坠落、五金件缺失等多项问题。

2.2 相关政策法律法规

关于外开窗的相关政策法律法规，因南北方地区居民使用习惯的问题而略有差异，但总体上要求应确保外开窗的安全可靠，且需具备防坠落安全的保障措施。

（1）原建设部第218号公告《建设部推广应用和限制禁止使用技术》中规定：采用中空玻璃形式的建筑平开窗（包括塑料窗、断热型材铝合金窗、断热型材钢窗），外平开窗仅适用于多层房屋建筑。该文件于2004年3月颁布，此后各地方先后出台了关于外开窗的具体管理要求。

（2）北京市地标《住宅建筑门窗应用技术规范》（DB J01—79—2004）规定：建筑外窗宜为内平开下悬开启方式，中高层、高层及超过100m高度的住宅严禁采用外平开窗。该标准于2004年首发，并于2014年修订时关于外开窗的内容升级为强制性条文，从安全角度严禁7层（含7层）以上建筑采用外平开窗。

（3）天津市地标《建筑节能门窗技术标准》（DB29—163—2013）规定：住宅建筑外窗开启扇不应外开，其他建筑宜采用内平开形式。采用塑料窗和玻璃钢窗时，平开窗应采用角部铰链，7层及以上严禁采用外平窗；铝合金窗采用外开形式时，7层及以上应采用上悬开启形式，并设置限位支撑，其开启角度不应大于30°，且水平开启距离不得大于600mm。其外开窗的技术要求与天津市住宅设计标准相匹配。

（4）南方地区江苏省地标《居住建筑标准化外窗系统应用技术规程》（DGJ 32J 157—2013）规定：居住建筑标准化外窗系统应以平开外窗系统（包括外平开、内平开、内开内倒等）为主，其他开启形式为辅。关于外开窗如何选用，未做明确的说明。

（5）浙江省省标《建筑门窗应用技术规程》（DB 33/1064—2009）规定，7层及以上的建筑外窗宜采用内开启形式。对应条文说明表述为，为了增强门窗的安全性，确需采用外开窗或推拉窗时，窗扇必须装有防松脱装置，产品应经有检测。

3 风荷载计算

本着加强外开窗的技术进步、促进产业发展、保证结构安全、减少不必要的经济损失的精神，配合上海市工程建设规范项目，开展不同高度建筑的风荷载计算。

根据民用建筑的分类特点，共设计4组不同高度、具有典型代表性的外开窗，分别为低层建筑（h=10m）、多层建筑（h=20m）、高层建筑（h=50m、h=80m）、超高层建筑（h=100m），高层建筑因层高跨度较大选择了2个不同的高度。选择有密集建筑群的城市市区，地面粗糙度统一取C类。外窗从属面积A=1m2，风荷载采用上海市50年重现期风压值。

围护结构（门窗、幕墙）垂直于建筑物表面上的风荷载标准值应按下列公式计算[1]：

ωk=βgzμs1μzω0

式中， ωk—风荷载标准值（kN/m2）；

μs1—风荷载局部体型系数；

μz—风压高度变化系数；

ω0—基本风压（kN/m2），上海地区取0.55 kN/m2。

根据风荷载计算公式，得到上述4类不同建筑高度的风荷载标准值（表1），并得出以下规律。

（1）1～3层为低层住宅，高度不超过10m，风荷载（负风压）标准值为1.61 kN/m2，对应外开窗抗风压性能等级2级。

（2）4～6层为多层住宅，高度不超过20m，风荷载（负风压）标准值为1.78 kN/m2，对应外开窗抗风压性能等级2级。

（3）高度不超过50m的中小高层住宅，风荷载（负风压）标准值为2.41 kN/m2，是低层建筑风荷载的1.50倍，对应外开窗抗风压性能等级3级。

总之，口语交际活动都发生在一定的语境中。在教学中，我们要利用一切可以利用的资源，创设与教学内容相关的语境，这样更容易激发学生内在的动力，提高学习效果。但也有一点是值得注意的，语境的创设应尽量避免人为创设带来的造作的不真实感，真正达到较好的教学效果。

表1 不同高度建筑物风荷载对照表

（4）高度不超过80m的高层住宅，风荷载（负风压）标准值为2.85 kN/m2，是低层建筑风荷载的1.77倍，对应外开窗抗风压性能等级4级。

（5）建筑高度大于100m的民用建筑为超高层建筑，风荷载（负风压）标准值在3.07 kN/m2以上，至少是低层建筑风荷载的1.91倍，对应外开窗抗风压性能等级5级及以上。

因此，上海市工程建设规范《民用建筑外窗应用技术规程》在充分考虑了风荷载的作用影响下，形成了“外开窗多层建筑允许采用、高层建筑限制使用、超高层建筑禁止使用”的关键技术（图1）。

4 安全性检测技术

《民用建筑外窗应用技术规程》给出了外开窗的安全性检测技术，主要包括3个附录：附录C《防人员坠落性能检测方法》、附录D《开启扇动态风压作用下防坠落性能检测方法》和附录E《开启扇防坠落装置试验方法》。

4.1 防人员坠落性能检测方法

本方法主要采用滚球试验，模拟窗扇在开启状态下人员从窗口坠落的可能性。首先，将开启扇开至限位状态下的最大开启位置。将直径105mm的刚性小球放入开启缝一端，同时，在窗扇中间，沿开启方向对窗扇施加600N的推力。在此状态下，将小球从开启缝的一端平缓推至另一端（图2）。检测过程中，小球不得从开启缝的任意位置坠落。整个过程无坠落情况即通过检测。

图1 上海地区外开窗的管理要求

4.2 开启扇动态风压作用下防坠落性能检测方法

本方法主要模拟外平开窗在开启状态下，受动态风压作用后的窗扇连接安全性。

（1）将外平开窗开启至最大开启位置。使用螺旋桨或其他同类设备对开启扇施加动态风压，动态风压作用范围应至少能覆盖整个开启扇的面积。动态风压风速不低于33m/s，每个测试方向持续时间不小于3min。

（2）对开启扇施加动态风压共4次，其顺序及方向为：①平行于窗框所在平面，由转轴向开启缝方向；②垂直于窗框所在平面，由外向内；③平行于窗框所在平面，由开启缝向转轴方向；④垂直于窗框所在平面，由内向外（图3）。

（3）记录试验过程中可能发生的损坏（玻璃破裂、五金件损坏、窗扇掉落及可以观察到的不可恢复的变形等）和功能障碍（外窗的启闭功能发生障碍、胶条脱离等）。外平开窗的窗扇不应在任何一次试验后发生损坏和功能障碍，即通过检测。

4.3 开启扇防坠落装置试验方法

本方法主要模拟外平开窗在承重五金连接失效情况下，窗扇的防坠落装置的工作能力。

（1）开启扇应按其使用状态进行安装固定，并打开、关闭开启扇5次。

（2）将框扇之间的承重五金及限位装置拆除。

（3）将开启扇提升至最高位置，松开开启扇，使其在自然状态下坠落。重复该步骤3次，记录试验过程中发生的损坏（如玻璃破裂、防坠装置损坏、窗扇掉落等）。

（4）将开启扇玻璃取掉，换装配重。配重应为原玻璃重量的2倍。

试验过程中，防坠装置不应损坏，防坠装置与窗扇、窗框之间的连接不应发生松动或脱落，窗扇玻璃不应发生碎落；若开启扇下方有玻璃，则窗扇坠落后不应将下方玻璃击碎。重复上述步骤，整个过程无损坏即通过检测。

图3 动态风压加载顺序示意图

5 结语

综上所述，本文针对民用建筑的外开窗，开展了4类不同高度建筑的风荷载计算，为编写上海市工程建设规范《民用建筑外窗应用技术规程》提供了理论依据；根据民用建筑不同高度的风荷载值，形成了“外开窗多层建筑允许采用、高层建筑限制使用、超高建筑层禁止使用”的关键技术；并提供了外开窗的防人员坠落、防窗扇坠落和防坠落装置的安全性检测技术，希望对规程的理解和准确执行有所帮助。

[1]中国工程建设标准化协会.GB 50009—2012 建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社,2012.