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[摘要]：本文主要针对建筑外立面向内倾斜的玻璃幕墙系统中一种可满足内倒窗的承重要求及保证窗关闭后的气密性及水密性能的内倒窗系统的节点构造设计、结构设计及多锁点系统结构计算等。
[关键字]： 内倾式内倒窗 防水 结构设计
1、工程概况
中国东盟(柳州)工业品展示交易中心项目位于柳州市柳东新区，西边临柳江，与三江门风景区隔河相望；北邻城市快速路柳东大道，滨江城市休闲带；东面与大片的城市风景林带相接，是联系柳州老城区与柳东新区的重要空间结点，与柳州山水城市的景观特色相协调。项目建筑面积为53315.38平方米。项目总工程师邹翔介绍，该工程分为会展中心和会议中心两部分。本工程幕墙高度29.050m，主要包括玻璃幕墙、玻璃与铝板雨篷、入口门等分项，总幕墙面积约30000m2。（见图1）
图1 效果图
柳州会展中心大部份位置为大跨度玻璃幕墙，幕墙跨度最大达22m，且玻璃宽度分格较大。玻璃幕墙外立面造型延续主体钢结构柱及人字钢结构支撑的特点，在8米标高以下为内倾式玻璃幕墙，8米标高以上为外倾式玻璃幕墙。（见图2）
图2 典型立面大样图
在建筑幕墙中，玻璃幕由于具有通透的效果，可以合室内外效果融为一体，备受建筑设计师的青睐，对于本工程的玻璃幕墙特点，新型的建筑立面效果造型设计要求，在8米标高以上有外倾面玻璃幕墙，8米标高以下有内斜面玻璃幕墙，对于外倾式玻璃不宜设置上悬窗，由于外倾式玻璃幕墙通风要求及开启窗设置数量多，考虑良好的通风效果，本工程开启窗采用内倒窗系统，故在8米标高以下的内倾式玻璃幕墙开启窗为统一效果也采用内倒式开启窗系统。因开窗位置限制，在人可控范围内直接采用执手开启，人不可控范围采用电动开启装置。
2、内倒窗系统
2.1幕墙开启窗的通用特点
幕墙开启窗的主要功能是开启时能通风换气，关闭时能遮风挡雨。为保证开启窗的正常工作，做到启闭灵活，在设计方面可选用的五金配件一般为配合欧标槽口使用的通用配件，要有足够的工程使用经验能够确保启闭性能，另外还要在开启窗关闭状态下能保证窗的水密性及气密性。开启窗的开启方式虽然有多种形式，但基本的密封原理差不多相同相同。主要的设计理念一般如下：开启扇与固定扇之间采用三道密封胶条设计，密封胶条之间形成等两个压腔，疏堵结合，利用物理原理提高开启扇的密封性能。在上述原理的指导下仍需注意以下重点：内道密封需完整连续，且压缩需要偏紧，将内外空间进行隔断，阻止雨水或空气与直接贯通入室内；外框下方需留有排水孔，一方面使室外大气与挡水胶条之间的空间空气可直接流通，形成等压腔，降低压差，另一方面即使有少量雨水进入也可以顺利排出。
2.2柳州会展中心内倒窗的特点
柳州会展中心外立面幕墙工程主要是内倾与外倾玻璃幕墙类型，根据建筑设计院对外观要求，以及工程本身的特点，建筑师对玻璃幕墙造型多样化及玻璃分格的大尺寸的设计，本工程的内倒窗的分格尺寸较大并且在8米标高以下玻璃幕墙面为向内倾斜的内倒窗形式。此部分内倒窗由于分格尺寸较大窗本身自重较大，普通的门窗配件无法满足内倒窗的受力要求；另外由于幕墙面向内倾斜容易造成窗框内形成积水无法排出，最后造成室内漏水情况。故针对以上所述情况，为保证内倒窗的承重要求及窗关闭时的气封性及水密性能，有针对性的对内倒窗下部型材断面的及扇框之间连接的优化设计，以使内倒窗能达到工程使用中的各项性能的要求。
3、柳州会展内倾式内倒窗的构造设计
沿用以上介绍的幕墙开启窗的设计理念，本工程内倒窗窗型设计中将开启扇与固定扇之间采用三道密封胶条设计，密封胶条之间形成等两个压腔，疏堵结合，利用物理原理提高开启扇的密封性能。（见图3）
图3 内倒窗水平节点图
根据本工程内倾式内倒窗的特点，需要解决的主要技术问题在于：解决内倾式内倒窗框下部的排水问题及承重较大的窗扇与窗框之间的连接固定方式，具体方案为：
3.1、内倾内倒窗下框的构造设计
由于玻璃幕墙面向内倾斜，玻璃幕墙内倾后普通的内倒窗下框容易形成积水，雨水无法排出室外造成室内漏水；通过将内倒窗框下端型材断面加高并增加一内壁腔，并在下端设置具有一定倾斜角度的倾斜边，并在内壁腔上腔位置距端开设排水孔，当室内雨水进入内倒窗框后可由上端排水孔沿着斜边排向室外，达到倾斜玻璃幕墙窗的排水效果。（见图4）
图4 内倾式内倒窗垂直节点
3.2、内倾内倒窗合页位置的构造设计
由于现建筑设计的内倒窗尺寸较大，对于自重较大的内倒窗，普通的门窗合页无法满足本工程内倒窗的受力要求，需要在下框位置采用铝合金转轴代替合页使用；通过在内倒窗下扇设置铝挂勾，并在内倒窗下框与下扇之间增加铝合金转轴，下窗扇挂勾与铝转轴配合后窗扇可绕铝转轴转动，然后窗扇通过铝转轴与窗框通过螺栓连接，并可在内倒窗两侧竖向设置不锈钢重型限位窗撑对内倒窗开启角度进行限制和限位,在内倒窗上端设置执手及五金配件进行开启及关闭。通过以上的设计后铝转轴与窗扇挂勾配合以及采用重型限位窗撑后能满足自重较大的内倒窗的受力及开启要求。(图5、图6)
3.3内倾内倒窗限位撑的选择
如果内倾式内倒窗采用手动执手配合限位撑进行限位，由于本工程玻璃厚度较厚且单个窗的尺寸较大，其限位撑的选择必须采用能承受重斩的重型限位撑，才能满足本工程内倒窗的拉力要求。普通的限位撑实际功能是在开启窗时，预防开窗时用力过度把窗开得太大，普通的限位撑用料也很单薄，支撑或抗拉的能力不大，一般不能满足重型窗的要求。
根据实际窗型计算（见图7）：
玻璃的密度：2.56×10³kg/m3；
厚度为：18mm = 0.018 m；
最大窗型的面积为：1.5×1.399 = 2.1 m2 则，
玻璃重：G=2.1×0.018×（2.56×10³）=96.77 kg=948.35 N
F =G×401/671= 566.54 N
窗重约为：948.35 N ,左右两限位撑的拉力需满足566.54 N，按要求每个限位撑要能满足约283.3 N的拉力。
图7 内倒窗计算模型
4、内倾内倒窗型及锁点系统结构分析计算
这里仅针对本工程所在的地理位置进行的内倾内倒窗结构分析计算。本项目内倾内倒窗尺寸较大，最大尺寸达1500x1399mm，对于手动执手开启的窗型锁点的选择及分布尤为重要。综合考虑内倾内倒窗的重量及风荷载等情况，采用四个锁点固定比较合适，现对内倒窗采用SAP2000工程结构分析和设计软件进行受力分析：
内倒窗标准分格为1500mm×1399mm，位于最大立面标高为29.05m处，窗大样如下图：
4.1风荷载计算
风荷载按标高29.05m处取值，其它荷载按现行国家规范规定取值（计算过程略）：
风荷载标准值:Wk=1.14 kN/m2
风荷载设计值:W=1.596kN/m2
4.2内倒窗锁点计算
风荷载标准值Wk=1.14kN/m2
地震荷载标准值qeak=5×0.08×0.5=0.2 kN/m2
基本组合A1.4×风荷载+0.5×1.3地震荷载
标准组合B1.0×风荷载
平开窗扇与框间通过锁点及合页组装连接，计算时可视为铰接连接。本计算拟用4点锁，各锁点视为铰接点，具体模型如下所示：4.3锁点反力计算
在基本组合A作用下，各锁点位置反力如下所示：
可见，最大反力为696.91N，小于厂家提供锁点的承载力设计值（1kN），满足要求！
4.4窗扇强度及刚度计算
平开窗扇截面参数如下所示：
在基本组合A作用下，平开窗扇弯矩图如下所示：
可见，最大弯矩M=0.2 kNm
则平开窗扇强度σ =M/W=0.2x106/4415=45.3 MPa < 85.5MPa，满足要求！
在标准组合B作用下，平开窗扇变形图如下所示
可见，最大变形f=1.253 mm，<1399/180=7.77mm（1399mm窗框的长度）；
可见，锁点处最大f=0.0504 mm，<150x2/180=1.67mm（150mm为锁点距边的距离）；
即，刚度满足要求！
5、结束语
内倒窗系统以其独特的风格及特点可以应用于幕墙系统之中，并根据建筑外观要求及使用功能需要进行设计，根据立面形式及特点对内倒窗进行相应的构造设计，从而满足设计要求。
以上为内倒窗系统在柳州会展幕墙工程项目中成功应用的一个典型案例，主要针对建筑外立面向内倾斜的玻璃幕墙系统中一种可满足内倒窗的承重要求及保证窗关闭后的气密性及水密性能的内倒窗系统的节点构造设计、结构设计及多锁点系统,希望能提供了一些参考，以后在处理类似工程时提供有用的信息。
参 考 文 献
1、《玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ102-2003
2、《金属与石材幕墙工程技术规范》 JGJ 133-2001
3、《铝合金窗》 GB-T8479-2003
论文作者:刘树鹏
论文发表刊物:《基层建设》2015年17期
论文发表时间:2015/10/13
标签：内倾论文; 荷载论文; 玻璃幕墙论文; 工程论文; 幕墙论文; 柳州论文; 标高论文; 《基层建设》2015年17期论文;