圆弧平推窗在幕墙工程中的实现

　　玻璃幕墙将建筑美学、建筑功能、建筑结构等因素有机地结合起来，兼具建筑外围护功能及装饰功能，且具有自重小的特点，可在一定程度上降低建造成本。玻璃幕墙从二十世纪八十年代开始进入中国，得到广泛应用，并迅速发展，形成建设高潮。经历了三十几年的历程，目前在中国仍然是一种主流的建筑形式。

　　玻璃幕墙一大优势是固定扇和可开启扇可以一体化设计，在一种系统中同时实现传统建筑围护体系的墙体和窗的功能。

　　玻璃幕墙开启窗形式丰富，根据外视效果和功能的需要，可以设计为上悬窗、下悬窗、平开窗、兼具上悬/下悬和平开功能的窗和平推窗等，其中上悬窗因成本相对较低且关闭后与固定幕墙形成一体化效果而应用最广泛。建筑幕墙设置开启扇，一般是为了满足自然通风和/或消防排烟两种功能，而无论是自然通风还是消防排烟，都有最小通风面积的要求。上悬窗成本相对较低，但因开启角度、开启尺寸的限制，因此单扇有效通风面积很小。按照规范要求，上悬窗开启角度不大于30°且开启尺寸不大于30cm，因此，无论上悬窗窗高度做多大，计量有效通风面积不大于开启扇宽度x30cm。外开下悬窗可以开启到70°，即可以按开启扇宽度x开启扇高度计量有效通风面积，相同窗洞大小，可计量有效通风面积大大增加，因此在消防排烟窗设计中也得到广泛应用。但因为随着外开下悬窗开启扇高度增加，对窗型材、窗五金和窗开启机构(电动/气动开窗器)要求大幅增加，从而也导致了成本的大幅度增加，经济性较差。

　　在消防排烟窗设计中，相对悬窗，平推窗的优势得到了极大的体现。因为其关闭状态与固定幕墙形成一体化效果，开启状态也能够保持立面效果比较整齐，并且利于采光、通风，特别是因为开启时四周都有间隙，利于消防排烟，可按开启扇宽度x开启扇高度全面积计量有效排烟面积。而且，因为平推窗推出尺寸不大，四周都可设置窗滑动铰链（词条“铰链”由行业大百科提供），对窗型材、窗五金和窗开启机构要求相对较低，成本也较下悬窗低很多。因此，在幕墙工程中，平推窗得到了越来越多的应用。

　　平推窗在窗扇四周安装与窗框连接的平推铰链，平推铰链在开启、关闭运动轨迹是平行于其安装平面的，所以严格说它们的名字叫平行铰链(Parallel Opening hinges)。

　　只要平开窗扇是平面的，不论它们是标准的矩形，还是不规则的多边形，只要平推铰链的安装面都垂直于同一平面，就能保证所有平行铰链的运动轨迹是相互平行的，就能保证窗能够正常启闭。(如图1所示)

图1

　　然而，当平推窗扇要求是弧形时，常规的平推窗设计就难以满足要求。

图2

　　以图2凸弧窗为例，如按照常规设计，铰链安装面与立柱（词条“立柱”由行业大百科提供）侧面平行，因两个立柱之间存在一个夹角，则左右铰链间必然存在一个夹角，关闭状态时铰链间距为L1，推出时，两侧铰链沿各自安装平面方向移动，理论上需要达到大于L1的宽度L2才能保持其正常状态。在推出距离一定时，L1和L2的差值L’，受圆弧窗半径和分格宽度影响。

　　凹弧窗窗扇推出时，理论上需要达到小于L1的宽度L2才能保持其正常状态。

　　推而广之，只要是曲面幕墙，无论是用曲面玻璃来实现，还是用折线幕墙来近似拟合曲面，也不论是外凸曲面，还是内凹曲面，只要平推窗推出方向与幕墙立柱中心面不平行，就会存在上述问题。

　　以江苏昆山某幕墙工程为例，该建筑为大型公共建筑，因消防排烟需要，需设置大面积开启扇。如按上悬窗设计，为保证排烟面积，几乎沿建筑平面一周均需要设置为开启扇。而外开下悬窗成本高，且需要设置很长的推杆装置，影响美观。经综合评估，最后确定设置平推窗。该项目建筑外形由许多凹凸圆弧面组成，因此平推窗主要都是圆弧窗，既有凸弧，又有凹弧，而且分格宽度、圆弧半径种类也较多，下表对其进行了基本的统计分析(分格高度对本文讨论的影响较小，在此不做分析)，其中弧长变化计算基于平推窗完全开启时外推100mm的假定。

　　表1 圆弧平推窗窗弦长变化统计

　　显然，因为有些L’的数值较大，不能简单的通过铰链的变形来适应。又因为半径、角度较多，也不大可能通过设置多种角度的幕墙立柱模具来实现，毕竟工程设计中，成本控制是一个很重要的因素，而模具越多，生产成本越高。而且，型材多样化也会增加加工和施工的管理成本。

　　那么，我们需要通过比较巧妙的设计，通过较少的特殊模具，实现本工程中多种圆弧半径、分格宽度的凹弧、凸弧平推窗。

　　如前所述，我们需要解决的问题是：如何设计，能够保证在使用统一的窗框、窗扇的型材的前提下，在不同弯弧半径、不同分格宽度的凸弧、凹弧上，都能保证平推铰链安装平面垂直于同一平面，使这些铰链的运动轨迹相互平行，从而保证平推窗的正常启闭。

　　问题进一步转化为如何调整窗框与窗扇之间的间距，来适应角度的变化，以保证在不同的圆弧半径、分格宽度的凹弧、凸弧条件下，平推窗左右侧铰链都能保证平行安装。

　　同时，因为平推窗铰链安装面不再平行于窗型材，则平推窗铰链安装面和窗型材之间会产生一个楔形间隙，这个间隙和平推窗对应圆弧半径、角度相关。

　　为填补窗铰链和窗型材间的楔形间隙，必须增加辅助型材(调节垫块)。调节垫块尺寸一方面要尽量小，以保证经济性，但又不能太薄，因为一方面它需要具有足够的强度以保证铰链与窗框/窗扇能够可靠连接，另一方面它应具有可加工性(对应不同的弯弧半径、不同分格宽度的凸弧、凹弧，平行窗铰链与窗框/窗扇间的楔形间隙会发生变化，因此调节垫块需要根据角度做适当的切削加工)。

　　调节垫块的厚度设计应该满足两个条件：一是原始尺寸能够满足最大尺寸间隙的需要;二是在最小间隙尺寸时，调节垫块的厚度能满足构造与受力的要求。

　　窗框与窗扇之间的间距，需要满足同时安装平推窗铰链和调节垫块。

　　窗框与窗扇间间隙大小，影响到窗框的宽度尺寸，从而影响视觉效果。这个宽度，建筑师希望尽量做得比较小。

　　正常(平面)平推窗铰链安装空间，也就是窗框与窗扇间间隙为21mm。通过计算机模拟不同半径、不同角度的凹/凸平推窗，确定在该间隙扩大至27mm时，可以保证本项目所有的不同半径、分格宽度的凹弧窗、凸弧窗铰链都有足够的空间安装，同时又足够的间隙安装调节垫块。

　　凸弧安装见图3。

图3

　　凹弧安装见图4。

图4

　　在窗角度变化的过程中，平行窗铰链与窗框/窗扇间的角度不断变化，对于凹弧和凸弧的过渡点，是正常(平面)平推窗，只不过此时铰链安装空间不是普通的21mm，而是27mm，平行窗铰链与窗框/窗扇间的间隙变成均匀的尺寸，如图5。

图5

　　圆弧窗上下横是平行的，窗框和窗扇间的间隙也始终是不变的。但为了保证观感和型材的一致性，上下窗框窗扇间的间隙也一同扩大到27mm，铰链安装空间为21mm，因此上下两侧也需要加垫块，如图6。

图6

　　平推窗设计涉及的方面较多，如窗框、窗扇型材截面、胶条（词条“胶条”由行业大百科提供）断面、型材连接构造、平推铰链选型、加工组装等，不是本文讨论的重点，不在此赘述。

　　本圆弧平推窗方案，已经经过工程实践的检验，得到了很好的验证。

　　推而广之，通过调整窗扇、窗框间隙，保证铰链安装满足运动轨迹要求的设计思路不限于圆弧平推窗，它可以应用于任何曲面幕墙上的开启窗，无论是曲面幕墙用曲面玻璃来实现，还是用折线幕墙来近似拟合，也不论是外凸曲面，还是内凹曲面，同时也不限于平推窗。

　　参考文献

　　【1】JGJ102-2003 《玻璃幕墙工程技术规范》

　　【2】GB/T 21086-2007《建筑幕墙》

　　【3】GB50429-2007《铝合金结构设计规范》

　　【4】GB 5237.1-2008《铝合金建筑型材 第1部分：基材》

　　【5】GB 5237.2-2008《铝合金建筑型材 第2部分：阳极氧化型材》

　　【6】GB 5237.5-2008《铝合金建筑型材 第5部分：氟碳漆喷涂型材》

　　【7】QB/T 3888-1999《铝合金窗不锈钢滑撑》

　　【8】JG/T 127-2007《建筑门窗五金件 滑撑》