浅析高层建筑外遮阳抗风性能及安全措施

1 前言

“十三五”规划中，国务院印发的《关于进一步加强城市规划建设管理工作的若干意见》明确提出：推进节能城市建设，推广建筑节能技术，发展被动式房屋等绿色节能建筑。多个省市相应制定了具体目标和保障措施，积极推动以被动式建筑为代表的超低能耗建筑，提高建筑节能标准，加大支持发展被动式房屋等绿色节能建筑工作力度。

建筑外遮阳装置是改善建筑围护结构热工性能、减少太阳辐射得热、控制室内温度的重要措施。外遮阳能够极大地减少阳光直射，改善室内的光环境和热环境，大幅度降低空调能耗，实现节能减排的目的。

2 建筑外遮阳产品类型

适用于高层建筑的外遮阳产品常见种类有：抗风型金属百叶帘、外遮阳卷闸窗、抗风型软卷帘和机翼遮阳板等。下面分别介绍这四类产品：

2.1 产品类型

（1）抗风型金属百叶帘

如图 1 所示，抗风型金属百叶帘由顶槽、电机、传动机构、Z 形金属百叶帘片、导向侧轨、梯绳带、底轨等部分组成。产品标准为《建筑用遮阳金属百叶帘标准》JG/T251-2017。

图 1 抗风型金属百叶帘

（2）外遮阳卷闸窗（金属硬卷帘）

如图 2 所示，外遮阳卷闸窗（金属硬卷帘）由罩壳、端座、电动驱动系统、连接器、卷管、导轨、铝合金发泡帘片、底梁等部分组成。产品标准：《建筑遮阳硬卷帘》JG/T443-2014。

图 2 外遮阳卷闸窗

（3）抗风型软卷帘。

如图 3 所示，抗风型软卷帘由安装支架、电动驱动系统、面料卷管、导向导轨、遮阳面料、防风系统、底梁等部分组成。其产品标准为《建筑用遮阳软卷帘》JG/T254-2015。

图 3 抗风型软卷帘

（4）机翼遮阳板

如图 4 所示，机翼遮阳板由龙骨型材、机翼遮阳板（叶片）、叶片转动轴、推杆电机、传动连杆等部分组成。其产品标准为《建筑用铝合金遮阳板》JG/T416-2013。

图 4 机翼遮阳板

2.2 外遮阳在建筑中的应用节点

（1）抗风型金属百叶帘被动房应用节点（如图5所示）

图 5 抗风型金属百叶帘应用

（2）外遮阳卷闸窗（硬卷帘）被动房应用节点（如图 6 所示）

图 6 外遮阳卷闸窗（硬卷帘）应用

3 建筑外遮阳工程施工控制重点

外遮阳工程实施，对所应用产品除按《建筑遮阳通用要求》JG/T 274-2010 标准的相关规定进行各项性能评定外（包括遮阳系数、外观质量、操作性能、机械耐久性能、承载能力等），更重要的是对抵抗风、雪荷载的能力进行校核。

建筑外遮阳装置安全性能是工程界最为重视和关心的问题。风荷载是外遮阳装置在使用中最常见的荷载形式，也是最有可能引起安全事故的因素之一，所以抗风性能是外遮阳产品关键性指标中最为重要的一项。遮阳工程设计之初，应根据工程所在地的基本风压、气候地理环境、建筑高度等建筑特征，重点考虑风荷载的高度风压变化、体型系数与横向阵风等条件带来的影响。

安全性能是外遮阳产品在设计、施工、验收和使用中最需要重视的要素。图 7 所示情况是高层建筑安装的卷闸窗因未完全收起（或闭合），在强风袭来时帘片脱轨变形的案例。

图 7 卷闸窗变形

3.1 一般规定

（1）外遮阳产品的抗风性能等级应符合行业标准《建筑遮阳工程技术规范》JGJ 237-2011 和《建筑遮阳通用要求》JG/T 274-2010 规定等级要求。

（2）外遮阳产品的等级应符合设计要求，当无明确设计要求时，一般掌握标准为：6 层以下建筑抗风等级不应小于 4 级（即卷闸窗产品安全测试压力大于 600Pa，金属百叶帘安全测试压力大于 250Pa）；6~11 层建筑抗风等级不应小于 5 级（即卷闸窗产品安全测试压力大于900Pa，金属百叶帘产品安全测试压力大于 400Pa）；高于 11 层建筑抗风等级不应小于 6 级（即卷闸窗产品安全测试压力大于 1200Pa，金属百叶帘产品安全测试压力大于600Pa）。

（3）根据遮阳产品抗风性能分级标准，外遮阳金属百叶帘产品抗风性能要求应不低于 4 等级，外遮阳卷闸窗（金属硬卷帘）应不低于 5 等级。

3.2 主控项目

（1）外遮阳产品应用于 27m 及以上居住建筑或24m 其他建筑时，应设置有效的防风侧扣措施（或同等功能的其他装置）；

（2）外遮阳产品应用于高层建筑，特别是高度90m 以上的建筑时，应配置风速感应系统。（装有风速感应控制器的遮阳装置，抗风能力根据感应控制范围确定，如控制 6 级时遮阳装置收起，风荷载标准值即可按6 级的风压取值。）

3.3 外遮阳产品抗风性能分级

3.3.1 外遮阳金属百叶帘产品抗风压性能分级（见表 1）

依据标准 :《建筑用遮阳金属百叶帘》JG/T 251-2009。

表 1 外遮阳金属百叶帘抗风压性能分级

3.3.2 建筑遮阳卷闸窗产品抗风压性能分级（见表 2）

依据标准 :《建筑遮阳硬卷帘》JG/T 443-2014。

表 2 外遮阳金属百叶帘抗风性能等级

4 外遮阳装置风荷载计算

垂直于建筑物表面上的风荷载标准值计算公式：

式中：

基本风压 W0 可由《门窗、幕墙风荷载标准值》公式的修正系数已参与计算，不必另行查找。W0 数据查用通过三个参数值对应，一所属地区；二地面粗糙度类型；三距离地面高度。地面粗糙度类型：

A 类：指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；

B 类：指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；

C 类：指有密集建筑群的城市市区；

D 类：指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。

参考列出北京、天津、石家庄三地（D 类）风荷载标准值见表 3：

表 3 北京、天津、石家庄三地（D 类）风荷载标准值

表4所示是遮阳装置风荷载修正系数，表5所示是60米高处建筑遮阳装置风荷载标准值。

表 4 遮阳装置风荷载修正系数

表 5 60米高处建筑遮阳装置风荷载标准值

5 外遮阳装置抗风压能力检测

在外遮阳工程应用上外遮阳金属百叶帘和卷闸窗（金属硬卷帘）（图 8）多应用于高层建筑，其抵抗风压的能力需要进行验证测试。检测方法依据标准为《建筑外遮阳产品抗风性能试验方法》JG/T 239-2009。外遮阳金属百叶帘抗风能力标准为《建筑遮阳通用要求》JG/T 274-2010。

图 8 外遮阳金属百叶帘和卷闸窗

（1）普通窗宽规格外遮阳金属百叶帘检测，外遮阳金属百叶规格：1500mm×1500mm（宽×高）。测试结论为抗风性能达到 4 级（帘片正常使用不受影响，未产生永久变形），抵抗风荷载能力为 400N/m²（1.5P=600N/m²）。

（2）外遮阳卷闸窗抗风能力由《建筑遮阳硬卷帘》JG/T 443-2014评定。普通窗宽规格外遮阳卷闸窗检测，遮阳硬卷帘规格：1200mm×1500mm（宽×高）。测试结论为抗风性能达到 5 级（卷帘正常使用不受影响，未产生永久变形），抵抗风荷载能力达到 600N/m²（1.5P=900N/m²）。

（3）超宽规格窗外遮阳卷闸窗检测，遮阳硬卷帘规格：2620mm×2000mm（宽×高），测试结论为抗风性能满足到 3 级标准（安全性能明显降低），抵抗风荷载能力为 200N/m²（1.5P=300N/m²）。

从外遮阳产品抗风载荷实验检测得出结论，外遮阳产品的抗风性能随着遮阳产品宽度尺寸和面积的增大而大幅度递减，可靠性削弱。在工程实践中，外遮阳产品在高层建筑物上应用的抗风安全性能，设计师和相关方面工程技术人员应给予高度的重视。

6 提高外遮阳装置安全性的措施

6.1 设计措施

注意分析应用地区地理位置、气候特征、建筑高度等建筑特点，确定各种因素对外遮阳装置使用的主要影响，对超宽规格窗户外遮阳产品设计分幅处理，确保安全可靠。采用电动形式外遮阳产品，设置风速感应系统，可对外遮阳产品使用增加更多的安全保障。

6.2 外遮阳产品防风构造措施

由于产品的结构不同，以风荷载安全性能校核外遮阳金属百叶帘与外遮阳卷闸窗（硬卷帘）应有所区别，此点在计算公式加入的修正系数设计上给予了体现。比较“遮阳装置风荷载修正系数”两组数据，显示对外遮阳卷闸窗（硬卷帘）安全性要求高于对外遮阳金属百叶帘的要求。

外遮阳卷闸窗（硬卷帘）采用防风构造提高安全能力，外遮阳硬卷帘防风构造是一组合结构（如图 9、图10），钉入防风侧扣的硬卷帘帘片与防风型轨道配合使用，极大地提高了防止硬卷帘整体脱出轨道的功能作用，降低硬卷帘脱轨失效的概率，增加了产品的使用安全性能。

图 9 外遮阳硬卷帘防风构造

图 10 硬卷帘帘片两端钉入防风侧扣

6.3 外遮阳卷闸窗（硬卷帘）产品采用防风措施效果

送检较宽规格外遮阳卷闸窗（硬卷帘）进行验证，检测方法依据标准《建筑外遮阳产品抗风性能试验方法》JG/T 239-2009，性能评定依据标准《建筑遮阳硬卷帘》JG/T 443-2014，卷闸窗规格：2500mm×1800mm（宽×高）。测试结论：抗风性能满足 6 级标准，抗风荷载能力：800N/m²（1.5P=1200N/m²）

从实验结果看，防风结构设计对于外遮阳卷闸窗（硬卷帘）抗风性能的提升效果显著，在高层建筑外遮阳工程上可以普及使用，其成本增加亦可有效控制。

参考文献

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