探讨护栏在住宅建筑设计应用的问题

【摘要】本文主要按现行国家标准、行业标准的有关规定，结合当前护栏在住宅建筑设计应用中热点和难点问题进行综合分析与解答，给住宅建筑设计者在护栏系统设计中以启迪。

【关键词】住宅建筑；护栏；防护高度；可踏面；软重物体撞击；穿透性

护栏是建筑中一种传统的建筑构件，在传统建筑中护栏不参与整个建筑的受力系统，但护栏在建筑艺术有一个极成功的形体。随着建筑自身的演变，以及科学技术、材料和人们审美观的提高，护栏也获得了极大的发展，发展出丰富多样的形态，由传统的木质、石材、砖砌、陶瓷护栏发展到铁艺、不锈钢、铝合金、玻璃、尼龙钢芯结合、PVC等材质，形态各异、造型优美的各式护栏。现代建筑工程中更是离不开护栏的设计应用，护栏不仅起到安全防护的作用，也是美化建筑的一种建筑构件，为设计创造出优美的建筑提供了条件。但是再华丽的建筑也要保证建筑构件的安全，因此国家颁布了相应的建筑规范及产品标准，对护栏的设计应用、产品生产给予一定的安全要求。建筑更是与广大人民群众的切身利益息息相关，只有对护栏的安全防护的概念理解清楚了才能在设计应用中更好的把握方向。

在住宅建筑中的阳台、室内楼梯、内天井、室外消防楼梯、低窗台、残疾人坡道、屋顶防护、外廊等需要设护栏的部位，针对不同部位的护栏在力学性能、防护高度及构造要求上有相关的规定，在材质选择方面，应当考虑耐腐蚀性对生活的影响。下面就护栏的力学性能、防护高度、构造要求、材料选用进行讨论。

1.力学性能

在现实生活中，护栏经常会被人们依靠、攀扶、趴靠、高速冲撞、搬运撞击等，所以护栏要用坚固、耐久的材料制作，但因护栏在不同部位的受力要求不尽相同，根据《建筑用玻璃与金属护栏》所规定的力学性能要求，结合护栏在住宅建筑应用部位进行细解，具体如下：

1.1水平荷载

无论护栏应用于建筑的哪个部位，都应考虑护栏能够承受水平荷载不低于1.0kN/m的要求。主要是只要有人到的地方，对护栏就会产生依靠、攀扶等情况，因此必须保证护栏的安全性，不可因少人到的地方而减少护栏的性能的要求。

1.2垂直荷载

住宅中的阳台、内天井、屋顶防护、外廊等处，要求护栏两立柱间（立柱间距不大于1.2m）的扶手承载垂直荷载1.5kN，据《建筑结构荷载规范》的要求，护栏承受垂直荷载不低于1.2kN/m的，相当于能够完全承载按人体工程学的95个百分点的体重75kg的人两个。主要根据人们日常生活习惯，在这些位置的护栏都有趴靠，甚至有人坐在扶手上等。因此考虑垂直荷载的作用是有必要的，特别是侧装护栏结构，垂直荷载设计考虑尤为重要。

1.3软重物体撞击

住宅中阳台、室内楼梯、内天井、室外消防楼梯、屋顶防护、外廊等处，护栏承受软重物体撞击，以45kg撞击物，撞击能量E 为300N·m，依次对扶手、栏板实施撞击一次的要求，每次撞击后测量的扶手水平相对位移均不应大于h /25；按此要求，相当于45kg物体的撞击速度4.7m/s(16.9km/h)，相当于一般人在快速冲刺的速度，如果主要按人体工程学的95个百分点的体重75kg来计算，相当速度2.8m/s（10km/h），也大于一般人的跑步速度；考虑到人们在日常生活中所触及的地方，护栏不但难免在发生紧急状态下高速撞击情况，同时也应具备青少年追逐玩耍情况下的撞击，避免护栏耐不住人体的撞击而坍塌造成人员坠落的隐患。

1.4硬重物撞击性能

住宅中无论是何处的护栏，只要采用玻璃栏板结构的护栏，应承受硬重物体撞击用实心钢球重量为1040g±10g,降落高度为1.2m，摆臂撞击护栏玻璃栏板。相当于《GB 15763.3建筑用安全玻璃》的落球试验，采用摆臂撞击，更能有效模仿护栏被撞击的效果，主要避免玻璃在一般的硬物体撞击后就会产生破裂，对人们产生不必要安全隐患。

1.5风压要求

在住宅中室外的护栏，具有迎风的阳台、屋顶防护、外廊等处，栏板结构为玻璃的或金属板的，需要满足当地风压指标值的作用下的荷载。

2.防护高度

随着我国国民经济的发展、人民生活水平的提高，人们尤其是青少年的身高有普遍增加的态势，故在承担护栏防护高度设计时，要将建筑规范中规定的护栏防护高度作为一个最低值来控制，适当提高护栏防护高度。护栏、窗台的高度及合理的构造措施对建筑物的安全使用功能影响重大，设计师需要对住宅设计中涉及到的相应建筑规范充分理解，把建筑规范中对护栏的各个要求在设计图上表达清楚。避免不必要的隐患发生，保证人民群众的生命安全。住宅中护栏在不同部位的防护高度要求不尽相同，下面就根据《民用建筑设计通则》、《住宅设计规范》、《无障碍设计规范》的相关规定归总：

●阳台、外廊、内天井及上人屋面护栏防护高度（栏杆净高），临空高度24m以下（低层和多层），护栏防护高度不应低于1.05m；临空高度24m及24m以上（中高层）,护栏防护高度不应低于1.10m。

●室内楼梯的护栏防护高度不应低于0.90m，室外楼梯护栏防护高度不小于1.10m。

●楼梯水平段长度大于或等于0.50m时,护栏防护高度不应低于1.05m。

●供残疾人使用的坡道、台阶和楼梯两侧设两层扶手时，护栏防护高度和扶手位置高度分别为 0.85m和0.65m。

护栏防护高度确定在护栏的安全防护问题上尤为重要，下面就护栏防护高度（栏杆净高）如何确定进行分析。

2.1阳台、外廊、内天井、室内回廊、上人屋顶处护栏。

从人体工程学的观点分析，护栏防护高度应当是高于人的重心人们就有安全感。据《民用设计通则》中介绍，1980年对我国14个省人体测量结果：我国男子平均身高为1656.03mm，换算成人体直立状态下的重心高度是994mm，穿鞋子后的重心高度为994+ 20＝1014mm。因此，在《民用设计通则GB 50352-2005》中给出了阳台、外廊、室内回廊、内天井、上人屋面及室外楼梯等临空高度在24m以下时，护栏防护高度不应低于1.05m，临空高度在24m及24m以上包括中高层住宅时，护栏防护高度不应低于1.10m。

在《住宅设计规范》和《民用设计通则》中要求低层、多层住宅的阳台护栏防护高度不应低于1.05m，中高层、高层住宅的阳台护栏防护高度不应低于1.10m。有些设计人员在确定封闭阳台的设计高度时认为阳台既已封闭，功能形同房间，那么高度就可以按窗台的高度设计，保证0.90m就可以了，这想当然的做法不符合《住宅设计规范》5.6.4条要求封闭阳台护栏也应该满足阳台护栏防护高度的要求。主要是因为封闭阳台没有改变人体心里和人体重心的要求。设计实践中常为增加套内面积，挑出北向阳台作为厨房部分，虽然设计及施工均封闭阳台，但也应按1.05 m高考虑。阳台就是阳台，目前封闭的阳台日后也有可能敞开，必要的安全防护要求不能改变，为了避免安全隐患的产生，其它功能的封闭阳台护栏防护高度也应按照住宅的要求设计。阳台护栏的防护高度要随着建筑高度的增加而增高。

可踏面的确定：按《民用建筑设计通则》当护栏底部有宽度大于或等220mm，且高度低于或等450mm的部位为可踏部位；根据《建筑用玻璃与金属护栏》侧装式护栏扶手下部为高度不大于450mm的平台，扶手内侧平台宽度大于65mm时，其平台应视为可踏部位；按正常人上踏步情况，人很容易踏上并站立眺望不是攀登，此时，护栏防护高度如从楼地面或屋面起算，则至护栏扶手顶面高度会低于人的重心高度，很不安全，故应从可踏部位顶面起计算（图1）。

应该要注意的是，护栏防护高度是根据国家标准GB 50352和相关国际标准确定的，是指护栏产品在工程上安装完成后，根据规定的要求所获得护栏高度尺寸；护栏高度是护栏的本身高度，是立柱的底座至扶手上表面地距离；然而，有些护栏栏板高于扶手，在一定程度上栏板起到防护作用，但根据《建筑用玻璃与金属护栏》规定，所以栏板高于扶手上表面的部分不作为防护位置。

2.2楼梯处护栏

楼梯分为室内和室外楼梯，各自的要求也不相同。

室内楼梯扶手高度要从踏步前缘线量起不宜小于0.90m。靠楼梯井一侧水平扶手长超过0.50m时，其高度不应低于1.05m。这是由于水平段长度超过0.5m时，人们就可以在此处依靠护栏，此时就要考虑人体重心问题，所以要求不应低于1.05m。在《建筑设计防火规范GB 50016-2014》规范中要求室外楼梯作为疏散楼梯时护栏扶手的高度不应低于1.1m。室外楼梯悬空于主体建筑外部，护栏防护高度超过人体重心越多就会给人更多的安全感，因此建筑规范给出了1.1米的高度。

图1 护栏防护高度的计算

2.3低窗台处护栏

在《民用设计通则GB 50352-2005》给出临空的窗台低于0.80m时，应采取防护措施，防护高度由楼地面起计算不应低于0.80m，住宅窗台低于0.90m时，应采取防护措施；低窗台、凸窗等下部有能上人站立的宽窗台面时，贴窗护栏或固定窗的防护高度应从窗台面起计算。《住宅设计规范》要求外窗窗台距楼面、地面的高度低于0.90 m时，应有防护设施，窗外有阳台或平台时可不受此限制。窗台的净高度或护栏的防护高度均应从可踏面算起，保证净高0.90m。距离楼（地）面0.45m以下的台面、横栏杆等容易造成无意识攀登的可踏面，不应计入窗台净高。我们在住宅设计中对于凸窗台来说，因为有足够的面积能够使人在上面站立，为了安全，贴窗护栏的高度应从窗台面算起。另外还有一种情况就是，凸窗下部0.9m高范围内做固定扇并采用安全玻璃，可不设护栏。从美观上来说，不加护栏会使人感觉更舒适、通透，但是此处的固定扇安全玻璃通常要采用中空夹胶安全玻璃，夹胶玻璃部分是两层3+3+0.38mm厚的玻璃,不足于安全防护的要求，不能作为护栏使用。

2.4残疾人坡道

考虑到人性化的需求，现行的《住宅建筑规范》要求建筑入口及入口平台要做无障碍设计，为方便拄拐者及视力残疾者使用。入口处设有台阶时应设轮椅坡道和扶手。供残疾人使用的坡道、台阶应设高0.85m的扶手，设两层扶手时，下层扶手高应为0.65m。

3.构造要求

护栏设计中，不能只追求效果的完美，在构造中，也应当注意一下几点：

3.1护栏的穿透性

护栏的穿透性，不但需要防止人体在护栏内穿过，也应防止造成卡住或坠落，也要防止地面物体穿过护栏滚落，造成楼下人员、物体被砸现象。

3.1.1护栏栏板为杆件结构的，相邻杆件的净距不应大于110mm；护栏栏板为玻璃、金属板结构的，栏板与立柱、栏板与扶手、栏板与地面等间隙处不应大于110mm；护栏栏板为钢索或钢网结构的，索间隔或网格不应使直径为110mm的钢球体通过。主要根据人体工程学的原理，护栏内结构间隙过大或过小，儿童容易钻出去，而造成不幸事故的发生或卡住儿童的手或脚等现象。球体检验主要是模仿人的头部，对具有一定伸缩条件的栏板结构进行测试，以确保头部不会通过间隙而保证护栏的安全应用。

3.1.2侧装式护栏，栏板边缘与地面间距t不应大于30mm，见图2。

图2 侧装护栏底部间隙示意

说明：

1 —— 地面；

t—— 栏板边缘与地面间距。

应该明白，孩童经常会靠着护栏玩耍，如果侧装护栏底部的间隙过低，就会使孩童的脚卡入到间隙中去，或有身体穿过而坠落的隐患。

3.1.3护栏距楼地面（可踏面）及屋面0.10m高度内不应留空，其目的在于防止地面上的可滚动的小物体从地面间隙滑落；同时起到挡水的作用。

3.2可攀爬性

住宅护栏，当护栏的一边具有大于0.8m悬空高度或具有属于危险地带，护栏要采取防止儿童攀爬的措施，避免儿童在扶手上做滑梯游戏而产生坠落事故。

3.3物体防坠落

住宅阳台、屋顶防护、外廊的护栏，搁置花盆或其他物件时，要采取防坠落措施，以避免花盆或其他物件坠落造成事故的发生。

3.4护栏上设备

当阳台、屋顶防护、外廊护栏装备有太阳能构件时，应注意相关的安全，做好相应防护措施：

●光伏护栏，做好防漏电、防雷措施。蓄电等设备不允许设置在护栏上。

●光热护栏，做好防烫、防滴，扶手不允许作为水管，水箱等设备不允许设置在护栏上。

主要是太阳能阳台护栏使用在阳台上，是人们日常生活最常用的地方，护栏结构能够常接触，太阳能阳台护栏具有太阳能转换功能，转换后具有电或热水等不同物质，因此安全要求不可忽视，水箱、蓄电设备体积较大，同时是储能的设备，危险性较高，在护栏上安装，会导致较大的安全隐患。

4.材料选择

住宅建筑护栏选用材料时，一定要注重耐腐蚀性，根据《建筑用玻璃与金属护栏》对常用的材料进行要求。

4.1不锈钢

不锈钢材料宜采用奥氏体型不锈钢，化学成分应符合GB/T 20878的相关要求，且Ni含量不宜小于8.00%，Cr含量不宜小于16.00%。主要用材料为奥氏体型不锈钢06Cr19Ni10、06Cr17Ni12Mo2、022Cr17Ni12Mo2等常规材料，在建筑领域应用范围广，耐腐蚀性好，具有良好的维护、加工性能和机械性能，表面美观等。并不是说，护栏只可选用奥氏体型不锈钢材料，其他的不锈钢材料就不适合使用了，例如铁素体型不锈钢，在耐腐蚀方面不如奥氏体型不锈钢，但用于室内护栏，表面进行电镀处理，提高表面的装饰性和耐腐蚀性，也具有较好使用效果；铁素体-奥氏体型不锈钢（双相不锈钢），具有与奥氏体型不锈钢相当的耐腐蚀性能，但具有更好的机械性能，在护栏应用方面也不断扩大，获得较好应用效果。

在奥氏体型不锈钢的应用中，有两点热点话题——不锈钢生锈问题和不锈钢带磁性问题，下面就将两个问题进行分析：

4.1.1不锈钢生锈问题

不锈钢的耐腐蚀性取决于铬，但是因为铬是钢的组成部分之一，所以保护方法不尽相同。 在铬的添加量达到10.5%时，钢的耐大气腐蚀性能显著增加，但铬含量更高时，尽管仍可提高耐腐蚀性，但不明显。原因是用铬对钢进行合金化处理时，把表面氧化物的类型改变成了类似于纯铬金属上形成的表面氧化物。这种紧密粘附的富铬氧化物保护表面，防止进一步地氧化。这种氧化层极薄，透过它可以看到钢表面的自然光泽，使不锈钢具有独特的表面。而且，如果损坏了表层，所暴露出的钢表面会和大气反应进行自我修理，重新形成这种“钝化膜”，继续起保护作用；但并不是完全不会生锈。是否生锈受到其分子结构、加工工艺、使用环境等各因素的影响。表面生锈，并不像碳素钢的生锈，具有基材快速损害，而是生长在表面一种锈迹，在一定时间内，对基材无损害，经过擦拭或药剂清洗即可除去，此类锈，俗称“浮锈”，引起生锈的原因原因有很多，主要大气环境、施工环境和产品的维护和保养的影响。对奥氏体不锈钢防锈能力提高关键在于维护和保养，在以下两个条件，具有较好耐锈性：1.降低表面粗糙度，当表面粗超度Ra低于0.5µm时，表面就方便清洁，不锈钢表面残存的有害物质就会降低，从而也减小生锈可能，镜光表面的粗超度低于Ra低于0.1µm，表面光洁，无明显凹凸现象，在加上抛光时，表面进行打蜡，形成一层致密的钝化膜，从而具有较强防锈能力。2.机械抛光后进行电解抛光，电解抛光溶液里面含有钝化剂成分，电解抛光后，不锈钢表面形成一层较厚的钝化膜，提高表面的耐腐蚀性能，耐腐蚀性能比镜光还好一点，一般镜光不做电解抛光。

4.1.2不锈钢带磁性问题

根据国家标准《不锈钢和耐热钢牌号及化学成分GB/T 20878-2007》，表明并非不锈钢都是无磁性，而是只有奥氏体型不锈钢才具有无磁性的特征，但在冷加工作用下，可能会导致一定磁性的说明。奥氏体型不锈钢经过折弯、拉伸、焊接等加工，组织结构也会向马氏体转化，冷加工变形越大，马氏体转化越多，磁性也会越强，想要完全消除奥氏体型不锈钢的磁性，可以通过高温固溶处理恢复稳定奥氏体组织，从而消除磁性。

4.2结构钢

结构钢应符合GB/T 699、GB/T 700或GB/T 1591的相关规定。表面应采取有效防腐、防锈的处理措施；铜加速乙酸（CASS）试验应大于16h，且表面不应有针孔、鼓泡等缺陷。表面的防腐防锈措施，应包括钢管内壁表面的处理，不应只是外表面的要求。研究表明，因内壁难以进行表面处理，处理成本高，在应用的护栏中，采用碳素钢管的护栏产品，都未经过内壁表面处理，在一些室外护栏中，因环境潮湿，管内壁积水受潮，不易干燥，产生由里往外腐蚀现象，外表面的保护层看上去还是完好，实际已被严重腐蚀。根据研究，无保护层的低碳钢在含氯化物的海洋环境中的腐蚀率为单位面积每年0.15mm，如果不加防护，腐蚀继续进展，材料很快就会出现严重的减薄。因此，在一定时间后，管壁已被腐蚀完，导致护栏立柱断裂，存在较大的安全隐患。此类事故不少发生，例如：2016年1月23日，重庆女子在24楼楼阳台赏雪，因护栏断裂坠亡的事故。为了避免安全隐患，选择碳钢管时，一定要求管的内外壁的表面防腐措施，并充分考虑因腐蚀减薄的使用年限。

4.3铝合金

铝合金型材基材应符合GB 5237.1的相关规定，采用阳极氧化、电泳涂漆、聚酯粉末喷涂、氟碳喷涂等表面处理时，膜层厚度和质量应符合GB 5237.2、GB 5237.3、GB 5237.4、GB 5237.5的规定。

4.4玻璃

玻璃的选择根据JGJ 113-2015的相关规定。

室内栏板用玻璃，设有立柱和扶手，栏板玻璃作为镶嵌面板安装在护栏系统中，栏板玻璃应使用本规程规定的夹层玻璃；栏板玻璃固定在结构上且直接承受人体的护栏系统，其栏板玻璃应规定：当栏板玻璃最低点离一侧楼地面高度不大于5m时，应使用工程厚度不小于16.76mm的钢化夹层玻璃；当栏板玻璃最低点离一侧楼地面高度大于5m时，不得采用此类型的护栏系统。下面区分一下直接承受人体的护栏系统和设有立柱和扶手的护栏系统：

4.4.1直接承受人体的护栏系统结构：

4.4.2设有立柱和扶手的护栏系统结构：

室外（阳台、屋顶防护、外廊）栏板玻璃应进行玻璃抗风压设计，对有抗震设计要求的地区，应考虑地震作用的组合效应，且应符合本规程的规定。

5.小结

在现代住宅建筑中，护栏不但起到装饰美学的效果，重要的是护栏承担着建筑结构安全防护作用。在护栏的设计中，应从护栏的力学性能、结构安全、防护高度、材料安全和装饰美学等多个方面进行综合性、系统性的设计。当然，仅仅有一些规范和标准的参量和要求是不够，尚需要护栏设计师和材料研究单位的配合，不断探索护栏在住宅建筑中应用的问题，汇总与完善相关的技术标准，才能够不断设计出即安全、适用、耐久、可靠、造型优美，又有良好的社会经济效率的护栏。

参考文献：

[1] JG/T 342-2012，建筑用玻璃与金属护栏.中国标准出版社，北京，2012

[2] GB50096-2011，住宅设计规范.中国建筑工业出版社，北京，2011

[3] GB50352-2005，民用建筑设计通则.中国建筑工业出版社，北京，2005

[4] GB 50368—2005，住宅建筑规范.中国建筑工业出版社，北京，2005

[5] GB 50016-2014，建筑设计防火规范.中国计划出版社，北京，2014

[6] GB50009-2012，建筑结构荷载规范.中国建筑工业出版社，北京，2012

[7] JGJ 113-2015，建筑玻璃应用技术规程.中国建筑工业出版社，北京，2016

（作者单位：广东坚朗五金制品股份有限公司）

【中图分类号】TU226

【文献标识码】A

【文章编号】1671-3362（2017）06-0048-05