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幕墻玻璃的安全選用

作者：鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-23 10:02:53 [收藏]


    一、概述

    玻璃幕墻設(shè)計(jì)和施工中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是合理選用玻璃。

    玻璃是非常脆性的材料，所以不可能有絕對(duì)安全的玻璃。在建筑中采用玻璃就必然有一定的風(fēng)險(xiǎn)。安全玻璃只是一個(gè)人為的名稱，一般是指對(duì)人身傷害風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小的玻璃(通常指鋼化玻璃和夾層玻璃)。還有些國(guó)家沒(méi)有采用安全玻璃這個(gè)敏感的名稱。

    由于沒(méi)有絕對(duì)安全的玻璃，玻璃的安全只能是相對(duì)而言，因此應(yīng)根據(jù)幕墻不同部位的功能要求，合理選用玻璃，爭(zhēng)取最大限度的使用安全，使人身和財(cái)產(chǎn)損失的風(fēng)險(xiǎn)降到最小。

    籠統(tǒng)規(guī)定幕墻一定要用安全玻璃不一定恰當(dāng)。幕墻情況千變?nèi)f化，不能簡(jiǎn)單一句話，一刀切。幕墻某些部位采用單片鋼化玻璃反而更危險(xiǎn)；某些情況下幕墻全部采用夾層玻璃就會(huì)成為火災(zāi)時(shí)的烈焰牢籠。

    事實(shí)上，近幾年來(lái)發(fā)生傷人毀物事故的玻璃幾乎都是屬于“安全玻璃’’的單片鋼化玻璃；而列入非安全玻璃的半鋼化玻璃幕墻卻沒(méi)報(bào)道過(guò)安全事故問(wèn)題。甚至于鋪天蓋地用浮法玻璃的普通玻璃窗，也沒(méi)有聽說(shuō)象鋼化玻璃那么些聳人聽聞的事故報(bào)道。安全還是不安全，恐怕要重新考慮了。

    二、鋼化玻璃

    (一)近年來(lái)鋼化玻璃引發(fā)幕墻事故頻發(fā)

    進(jìn)入二十一世紀(jì)，由于方方面面的原因，玻璃幕墻成了鋼化玻璃的一統(tǒng)天下， “凡是幕墻玻璃一律鋼化”成了輿論的主流，上世紀(jì)八、九十年代廣泛采用的半鋼化玻璃退出歷史舞臺(tái)。似乎鋼化萬(wàn)能，從此“天下無(wú)事”了。

    然而近年來(lái)鋼化玻璃事故頻發(fā)，產(chǎn)生許多人身傷害和財(cái)產(chǎn)損失的事實(shí)卻無(wú)情地否定了“鋼化就是安全”的觀點(diǎn)。被稱為非安全玻璃的半鋼化玻璃不出事故，號(hào)稱安全玻璃的鋼化玻璃卻頻頻出問(wèn)題的事實(shí)，不能不引起人們的反思。

    2003年8月，天津某商廈5樓一塊2m2的鋼化玻璃突然白爆，砸傷一位音樂(lè)教師的左手，致殘而無(wú)法再演奏，賠償6600元。

    2006年7月，上海江寧路一座大廈36樓鋼化玻璃爆炸，一對(duì)情侶被砸傷，還砸壞了一輛正在行駛的豐田汽車。

    2007年5月，濟(jì)南一酒店玻璃自爆，冰雹般的碎粒水平飛出六、七米。而僅僅幾分鐘前，國(guó)家少年乒乓球隊(duì)隊(duì)員正好通過(guò)，真是不幸中的大幸。

    2005年，南寧某會(huì)展中心鋼化玻璃先后自爆五十余片，有些從會(huì)場(chǎng)中央二十多米上空凌空開花。而當(dāng)時(shí)東盟博覽會(huì)即將開幕，各國(guó)首腦云集。為達(dá)到保證絕對(duì)安全的要求，不得不以高昂的代價(jià)全部貼上特種防爆膜。其造價(jià)遠(yuǎn)超當(dāng)初建議采用的夾層玻璃。

    2006年新建成的一座博物館觀光電梯玻璃凌空爆炸，把下面咖啡廳的玻璃桌砸個(gè)粉碎，幸好事件發(fā)生在下午6點(diǎn)，閉館時(shí)間已過(guò)，否則結(jié)果難料?，F(xiàn)在不得不把玻璃全部改為鋁板，觀光電梯不再觀光。

    2007年北京某某廣場(chǎng)多片玻璃自爆，飛出六、七米后砸傷三人，還砸壞城鐵車站的玻璃頂蓋。

    2006~2007年，山東某機(jī)場(chǎng)鋼化玻璃已自爆29塊。

    2005年，剛建成的濟(jì)南山東一公司辦公樓自爆十余塊玻璃，還砸壞了一把手的寶馬愛車。

    2004至今，深圳有座辦公樓鋼化玻璃以每年40塊的速度自爆，2007年上半年爆了二十多塊，還傷了人，至今仍在自爆中。

    不用再列舉更多的例子了，相反的，從上世紀(jì)九十年代開始使用的半鋼化玻璃，雖然不是安全玻璃，但至今還沒(méi)有聽到發(fā)生事故的案例。兩者相比，不令人反思嗎？

    (二)鋼化玻璃自爆無(wú)可避免

    自爆是鋼化玻璃的特性，無(wú)可避免，這是業(yè)內(nèi)人士的共識(shí)。為了降低自爆率，只能是優(yōu)選玻璃原片和進(jìn)行二次熱處理。即使如此，1‰的自爆率已經(jīng)是極限，無(wú)法再降了。千分之一、二的自爆率已屬優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，這就意味著一個(gè)工程爆個(gè)幾塊、十幾塊是完全正常的現(xiàn)象，大家不會(huì)覺得奇怪。但是哪怕爆一塊玻璃，也會(huì)有可能傷人毀物，產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。何況行業(yè)以外人士不知這是正常情況，會(huì)鬧得滿城風(fēng)雨，媒體會(huì)到處炒作，小事化大，使得幕墻廠家難以招架。自爆的玻璃必須更換，但更換的費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)玻璃本身，在超高層幕墻和異形幕墻中進(jìn)行更換，更是．困難和危險(xiǎn)。何況一旦發(fā)生自爆，就意味著今后還可能有類似事件發(fā)生，何時(shí)、何處卻不得而知，使人們失去安全感。每次事故分析，業(yè)主總是憂心忡忡地問(wèn)： “還炸嗎?”，我們只能無(wú)奈地回答： “還可能，還沒(méi)有達(dá)標(biāo)呢?！?

    (三)公共建筑要慎用鋼化玻璃

    幾年來(lái)事實(shí)已經(jīng)表明：鋼化玻璃作為“安全玻璃”用于人流密集的公共建筑中，存在很大的安全隱患，使業(yè)主和來(lái)客，都處于不安全的感覺中。因?yàn)椴恢谑裁磿r(shí)候，不知是哪塊玻璃就會(huì)突然自爆，下來(lái)一陣玻璃冰雹，劈頭蓋臉，傷人毀物。所以在人流密集的公共建筑中，不得不采用單片鋼化玻璃時(shí)，一定要慎重對(duì)待，采取必要的安全措施：

    1.鋼化玻璃要進(jìn)行二次熱處理。

    2.幕墻下面設(shè)隔離帶，不安排吸引行人和觀眾停留的設(shè)施。室內(nèi)靠墻不設(shè)展位、餐飲、售貨位置。室外停車位要離開墻根，墻根布置綠化或水池。

    3.出入口設(shè)雨棚。

    4.人流上空布置金屬安全網(wǎng)。

    5.貼防爆膜。

    (四)降低鋼化玻璃的表面應(yīng)力

    鋼化玻璃表面應(yīng)力越大，鋼化程度越深，越容易發(fā)生自爆。現(xiàn)在規(guī)定鋼化玻璃表面應(yīng)力不小于90N/mm，其目的在于減小碎玻璃尺寸大小，從而降低傷害的危險(xiǎn)程度。

    但高應(yīng)力伴隨高自爆率，應(yīng)力大于90N/mm，自爆危險(xiǎn)性大大增加。而實(shí)際上，只要爆炸，危險(xiǎn)性就已經(jīng)存在了，玻璃渣大一點(diǎn)小一點(diǎn)已不起決定作用。

    我們能不能換個(gè)思維方式：首先避免或減少自爆發(fā)生的危險(xiǎn)性，然后再談玻璃渣的大小。只要不炸了，就不存在大顆或小顆的問(wèn)題了。

    現(xiàn)行玻璃標(biāo)準(zhǔn)回避了這個(gè)問(wèn)題。表面應(yīng)力大于90N/mm的玻璃是鋼化玻璃，符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)；表面應(yīng)力小于69N/mm的玻璃是半鋼化玻璃，也符合現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)?？墒潜砻鎽?yīng)力為69N/mm2~90N/mm的玻璃，卻什么也不是，不允許使用。其實(shí)應(yīng)力低于90N/mm的玻璃自爆率較低，危險(xiǎn)性較小，有什么不好呢？至于這些玻璃叫什么不是重要問(wèn)題，也可以叫“準(zhǔn)鋼化玻璃”，只要實(shí)際上對(duì)安全有好處就可以了，可以放手讓大家使用，在使用中進(jìn)一步總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。

    三、半鋼化玻璃

    (一)半鋼化玻璃的特點(diǎn)

    半鋼化玻璃熱處理類似于鋼化玻璃，但鋼化程度低，控制其表面應(yīng)力不大于69N/mm。半鋼化玻璃不屬于目前定義的“安全玻璃”。

    半鋼化玻璃表面應(yīng)力低，所以不存在自爆的，危險(xiǎn)，不受外界影響時(shí)，它決不會(huì)自行爆炸，所以從這個(gè)意義來(lái)說(shuō)，它比鋼化玻璃要安全。即使，在外力作用下破碎，由于周邊有膠縫和槽口，放射形的裂縫所形成的碎塊也不會(huì)輕易墜落?？梢杂袝r(shí)間進(jìn)行拆除、更換。半鋼化玻璃表面較為平-整，映像畸變小，較為美觀。

    (二)半鋼化玻璃已有長(zhǎng)期應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)

    由于半鋼化玻璃有上述優(yōu)點(diǎn)，所以在港澳和國(guó)外的玻璃幕墻中已經(jīng)有很長(zhǎng)的應(yīng)用歷史，目前不少工程仍在應(yīng)用。國(guó)內(nèi)在1990~2000年期間，不少工程采用半鋼化玻璃，至今情況良好。1996年建成的廣州市長(zhǎng)大廈，中空玻璃的外片采用比利時(shí)6mm金黃色鍍膜半鋼化玻璃，內(nèi)片采用南玻6mm浮法玻璃；1997年建成的廣東省公安指揮中心高110m，采用美國(guó)6mm銀灰色鍍膜單片半鋼化玻璃；1999年建成的青島光大銀行為半鋼化中空玻璃，外片為6mm美國(guó)產(chǎn)銀灰鍍膜玻璃。上述筆者經(jīng)手的幾個(gè)工程，至今十年過(guò)去，并未發(fā)生玻璃破碎的安全事故。

    上世紀(jì)九十年代建成的北京新東安市場(chǎng)采光頂，采用半鋼化夾膠(本體綠玻璃加白玻)，至今未發(fā)現(xiàn)有自行破碎的板塊。半鋼化玻璃相對(duì)而言，安全性是較高的。

    (三)大型幕墻紛紛采用半鋼化玻璃

    莫斯科俄羅斯聯(lián)邦大廈屋面高度達(dá)341m，為歐洲的最高建筑，由美國(guó)設(shè)計(jì)， 中建公司總承包，沈陽(yáng)遠(yuǎn)大承擔(dān)玻璃幕墻工程?？紤]到工程位于萬(wàn)里之外，一旦玻璃自爆，進(jìn)行更換、維修成本極為昂貴，因此決定本工程全部采用半鋼化玻璃。其中透光部分為夾層中空(6mm+1.14PVB+6mm)+16Ar+8mm，三片玻璃均為半鋼化；不透光部分為8mm藍(lán)天白云彩釉印花單片玻璃，也是半鋼化。

    目前在建的廣州電視塔為世界最高的獨(dú)立塔?？偢叨?20 m，幕墻高度430m，幕墻總面積3.2萬(wàn)平方米，由超過(guò)5000塊的三角形板塊組成，采用雙夾層中空：（8ra m+1.52SGP+8mmLow.E）+12A+（8mm+1.52SGP+8mm）。塔身上、下粗，中部收小，外形為雙曲拋物面?？紤]到玻璃類型多，高空更換玻璃極為困難，全部玻璃采用半鋼化。

    廣州另一個(gè)在建工程廣州珠江新城西塔，為高度432m的綜合性大樓，立面雙向彎曲。比較過(guò)鋼化玻璃和半鋼化玻璃兩個(gè)方案。高空更換玻璃極為困難，防止自爆是大家首要考慮，經(jīng)過(guò)論證決定采用(8mm+1.52PVB+8mm)+12A+10mm夾層中空玻璃，三片玻璃均為半鋼化。

    四、承重玻璃結(jié)構(gòu)采用單片鋼化玻璃要填重

    單片鋼化玻璃雖然稱為安全玻璃，但它有兩個(gè)致命缺陷，使它不宜在承重玻璃結(jié)構(gòu)中采用：

    1.無(wú)外部原因的自爆；

    2.自爆后飛散，瞬間全部喪失承載力或產(chǎn)生人、物的墜落危險(xiǎn)。

    (一)承重玻璃梁、玻璃柱

    全玻幕墻的承重玻璃肋(玻璃柱)、采光頂?shù)牟ＡЯ憾际敲娌ＡУ闹С薪Y(jié)構(gòu)，一旦玻璃梁、柱發(fā)生自爆、飛散，面板失去支持，幕墻或采光頂就會(huì)垮塌，造成嚴(yán)重的后果。北京就發(fā)生過(guò)由于玻璃肋自爆導(dǎo)致大堂全玻幕墻垮塌的事故。

    玻璃梁，肋等宜采用夾層玻璃。點(diǎn)支承時(shí)宜采用鋼化夾層玻璃；經(jīng)計(jì)算支承點(diǎn)應(yīng)力許可時(shí)，也可以用半鋼化夾層玻璃。如果全玻幕墻高度大于8m，采用夾層玻璃有困難時(shí)，寧愿采用浮法玻璃肋。浮法玻璃肋雖然不是安全玻璃，不能保證絕對(duì)安全，但至少不會(huì)突然自爆。而且它即使在外部因素作用下破裂時(shí)，也不會(huì)突然飛散消失，它會(huì)破碎后位于原地，臨時(shí)支撐一下面板，以便搶修，不至于發(fā)生面板倒塌的重大事故。

    (二)玻璃地板、玻璃樓梯踏板、玻璃欄板

    這些部位不采用單片鋼化玻璃的原因是防自爆，防飛散，防人員墜落。目前不少公共建筑欄板還在用單片鋼化玻璃，這種欄板也發(fā)生過(guò)多起自爆后傷人的事件。當(dāng)欄板不能不用單片鋼化玻璃時(shí)，其厚度不應(yīng)小于10mm，而且隨時(shí)檢查，一旦自爆，要及時(shí)修理更換。

    五、采光頂玻璃

    采光頂用單片鋼化玻璃還是夾層玻璃目前存在爭(zhēng)議，原因是這兩種玻璃用在采光頂上，都不能保證絕對(duì)安全。單片鋼化玻璃會(huì)自爆，飛散，傷人毀物；但鋼化夾層玻璃自爆后會(huì)發(fā)生撓曲，會(huì)整體落下，也非常危險(xiǎn)，兩種類型的事故國(guó)內(nèi)都發(fā)生過(guò)。
    兩種玻璃都不理想，只有在兩者之中求其危險(xiǎn)較輕者。5m高度以下可以采用單片鋼化玻璃。其它情況下還是用夾層玻璃為好。為防止夾層玻璃整體落下，玻璃分格不宜大于1.6m~1.6m；玻璃入槽深度不宜小于22mm。對(duì)于框支承玻璃，宜優(yōu)先選用浮法玻璃和半鋼化玻璃制成的夾層玻璃，因?yàn)榭梢悦獬员鼡Q玻璃的麻煩，而且它們破裂后成大塊碎片，具有一定的剩余承載力和剩余剛度，不會(huì)輕易下垂、拔出、落下，相對(duì)較為安全。

    六、不要讓房子變成火的牢籠

    由于對(duì)“幕墻要用安全玻璃”的內(nèi)含理解不全面，有些工程整座房屋的幕墻全部采用夾層玻璃。夾層玻璃不怕強(qiáng)力沖擊，碎而不破，不會(huì)飛散，可以稱作安全玻璃，但如果整座建筑的外墻都采用夾層玻璃，又沒(méi)有設(shè)置足夠的疏散通道和自動(dòng)消防設(shè)備，一旦火災(zāi)就會(huì)出現(xiàn)門窗封死，逃生無(wú)門的危險(xiǎn)局面。

    特別是主要依靠外部消防的公共場(chǎng)所和低層辦公、住宅建筑，如果全部采用夾層玻璃，一旦發(fā)生火災(zāi)，消防人員無(wú)法擊碎玻璃進(jìn)行搶救，里面受困人員無(wú)法破窗逃生，安全玻璃就變成了安全大患。因此，這些建筑的幕墻必須部分采用單片玻璃作為緊急出口，并做出明顯標(biāo)記。

    七、點(diǎn)支承玻璃

    點(diǎn)支承玻璃在支承點(diǎn)(包括鋼爪支承和夾板支承)會(huì)產(chǎn)生很大的局部應(yīng)力，浮法玻璃強(qiáng)度低，難以承受，宜采用強(qiáng)度高的鋼化玻璃及其制品。優(yōu)先考慮采用鋼化夾層玻璃和鋼化中空夾層玻璃。當(dāng)然，經(jīng)過(guò)計(jì)算，如果支承點(diǎn)的應(yīng)力較小，選用半鋼化夾層玻璃更為有利。

    中空玻璃中的夾層玻璃宜放在室內(nèi)側(cè)。采用點(diǎn)支承單片鋼化玻璃同樣要注意其自爆問(wèn)題。

    八、防火玻璃

    玻璃幕墻和采光頂所用的防火玻璃應(yīng)采用單片銫鉀玻璃。它主要用于：

    1.有透光要求的層間的水平防火墻(高800mm)和樓層中防火墻左右兩側(cè)的透明豎向防火墻(左右各寬1.0m)。

    2.有美觀透明要求的層間防煙封堵。

    3.樓層中劃分兩個(gè)防火分區(qū)的透明防火墻。

    4.連層的室內(nèi)天井周邊的防火包封。

    防火銫鉀玻璃可以有1.0小時(shí)～2.5小時(shí)的耐火性能，而鋁型材熔點(diǎn)低，耐火性能差，不能作為防火玻璃的支承結(jié)構(gòu)，防火玻璃通常由鋼結(jié)構(gòu)支承，必要時(shí)鋼結(jié)構(gòu)還附加防火被覆。深圳電視中心透鏡型白玻外幕墻，為取得全透明的效果，其層間防煙封堵就不用巖棉，代之以8mm厚的銫鉀防火玻璃。北京電視中心中央有一個(gè)3lmm~36 m，高近200m的大天井，由于防火安全的要求，周邊用防火玻璃墻包封，大天井成為獨(dú)立的防火分區(qū)。在建的廣州西塔(高430m)也有一個(gè)三角形的連層大天井，其中一部分也要采用防火玻璃包封。

    九、采取設(shè)計(jì)施工措施，減少玻璃破裂

    目前工程中大量玻璃破碎，有因玻璃自爆，有因溫度變化，真正受到強(qiáng)風(fēng)、地震作用而損壞的并不多。大量破損都是可以通過(guò)設(shè)計(jì)和施工措施來(lái)減少的。

    (一)設(shè)計(jì)方面原因

    1.玻璃支承點(diǎn)太多。由于建筑要求玻璃大面積，采用六點(diǎn)、八點(diǎn)或四點(diǎn)、六點(diǎn)再加一對(duì)邊支承。這樣多的支承點(diǎn)受力不均勻，很容易使玻璃開裂。

    2.支承處約束過(guò)強(qiáng)，點(diǎn)支承頭無(wú) 作者：趙西安鉸，玻璃入槽卡得太緊，玻璃板轉(zhuǎn)動(dòng)困難。

    3.板縫太小，玻璃膨脹后頂死。筆者最近在西藏林芝看到一一個(gè)辦公樓的單玻隱框幕墻，30％以上的玻璃碎裂，許多裂縫平行于板縫，玻璃被擠壓向外拱起。這由于板縫寬度不到8mm，西藏日夜溫差大，白天陽(yáng)光下玻璃膨脹，板縫窄，嵌縫膠又硬化，玻璃平面內(nèi)變形受限，只有外拱破裂。

    （二）施工方面原因

    1.邊緣處理。有些玻璃未細(xì)磨邊，未倒棱；甚至有些玻璃根本沒(méi)有磨邊，崩邊、崩角也不處理，這就容易發(fā)生自爆或破裂。

    2.強(qiáng)迫安裝。玻璃鋼化后不平，多點(diǎn)支座也不找平，高高低低，裝不上硬裝，安裝初應(yīng)力太大，造成玻璃大量自爆或破裂。

    3.安裝玻璃的金屬槽太窄，混凝士、花崗巖表面緊靠玻璃表面，玻璃變形受限。

    4.玻璃墊片太薄，有些甚至只有2 mm，玻璃一膨脹就頂死槽底。

    5.填縫膠不合格，硬化無(wú)彈性。

    十、小結(jié)

    沒(méi)有絕對(duì)意義的安全玻璃，使用玻璃都有一定風(fēng)險(xiǎn)?？梢酝ㄟ^(guò)合理選用玻璃類型，加上必要的設(shè)計(jì)和施工措施，來(lái)實(shí)現(xiàn)玻璃最大限度的使用安全。
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