幕墙玻璃的安全性设计

2012-04-23吴旭顾林

城市建设理论研究 2012年35期

关键词：玻璃幕墙安全性

吴旭顾林

摘要：幕墙玻璃的安全性设计是幕墙结构设计中重要的一部分，本文对于幕墙玻璃常用的种类和选用做出了相应的分析汇总，并针对几种常见类型和位置的幕墙提出了相应的幕墙玻璃安全性要求。

关键词：玻璃幕墙，安全性，玻璃选用；

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：

一.概述

玻璃幕墙作为建筑外围护结构已经成为建筑行业中的流行趋势，并且已经应用的相当广泛，与之对应的是，幕墙的结构设计也成为一门新兴学科，逐渐的在幕墙设计师手中不断的深化完善，其中，幕墙的安全性设计作为幕墙结构设计中的一个重要分支和组成部分，也越来越得到广大幕墙设计师的重视，幕墙的安全性设计中最关键的问题就是合理选择玻璃，本文即从幕墙玻璃入手，分种类分位置的阐述幕墙玻璃的安全性设计及选用。

二.安全玻璃

在《建筑玻璃应用技术规程》（JGJ113-2003）中，对于安全玻璃给出了这样的定义：

安全玻璃指的是破坏时安全破坏，应用和破坏时给人的伤害达到最小的玻璃，包括符合国家标准GB9962规定的夹层玻璃、符合国家标准GB9963规定的钢化玻璃和符合国家标准GB15763.1的防火玻璃及由它们构成的复合产品。

但是，玻璃是一种非常脆的材料，所以不可能有绝对安全的玻璃。在建筑中采用玻璃就必然有一定的风险。安全玻璃只是一个相对的说法，破损的时候不可能完全对人无伤害。

因此作为幕墙设计师，应该根据幕墙不同部位的功能要求，合理选用玻璃，争取最大限度的使用安全，使人身和财产损失的风险降到最小。

三.钢化玻璃的应用

钢化玻璃是幕墙行业中应用最广泛的玻璃，我国幕墙玻璃标准则规定：钢化玻璃的表面压应力范围应大于 95 Mpa。作为幕墙饰面，钢化玻璃在强度方面是相当优秀了，但是，高强度也伴随着高自爆率。钢化玻璃的自爆主要是由于玻璃中硫化镍(NiS)相变引起的体积膨胀所导致，而钢化玻璃的表面压应力越大，单位面积中的硫化镍(NiS)相变程度就越高，玻璃就承受了越大的相变压应力，导致自爆率升高。另外一个自爆因素就是玻璃的钢化均匀度，同一块玻璃平面各部分的加热温度及冷却强度不一致产生的平面应力，这种应力叠加在厚度应力上，使一些区域的实际张应力上升，最终同样也导致自爆率升高。

在这样两个因素作用下，钢化玻璃不可避免的会发生这种在无直接外力作用下自动炸裂的现象。澳大利亚研究人员对8幢建筑幕墙进行了长达12年的跟踪研究。在共计17760块钢化玻璃，共发生306例自爆，自爆率为1.72%。

实际工程中，有以下几个位置要优先选用钢化玻璃

1.点式幕墙：由于点式幕墙大多采用四点或六点支撑结构，而非框架、单元幕墙的四边支撑结构，这样就造成对于单片玻璃来说，中心位置的设计强度要求比较高，而且在支承点（包括钢爪支承和夹板支承）会产生很大的局部应力，半钢化玻璃和普通浮法玻璃一般来说难以达到要求。

2.橱窗类的可接触位置：有可能经常被接触的临街一层及过道处的玻璃，或者在施工中由于交叉作业有可能被其它安装工作破坏的玻璃，要尽量选用钢化玻璃，由于经常受外力作用，此类型的玻璃强度要求较高，且因为处于低层位置，即便自爆也不会造成太大伤害。

实际工程中，有以下几个位置要慎用钢化玻璃：

1.承重玻璃结构：比如说全玻幕墙的承重玻璃肋(玻璃柱)、采光顶的玻璃梁，这两种都是面玻璃的支承结构，一旦玻璃梁、柱发生自爆、飞散，面板失去支持，幕墙或采光顶就会垮塌，造成严重的后果。

2.玻璃梁、肋等宜采用夹层玻璃。点支承时宜采用钢化夹层玻璃。经计算支承点应力许可时，也可以用半钢化夹层玻璃。如果全玻璃幕墙高度大于8m，采用夹层玻璃有困难时，宁愿采用浮法玻璃肋。浮法玻璃肋虽然不是安全玻璃，不能保证绝对安全，但至少不会突然自爆。、而且它即使在外部因素作用下破裂时,也不会突然飞散消失,它会破碎后位于原地,临时支撑一下面板,以便抢修,不至于发生面板倒塌的生大事故。

3．玻璃地板、玻璃楼梯踏板、玻璃栏板

这些部位不采用单片钢化玻璃的原因是防自爆，防飞散，防人员坠落。目前不少公共建筑栏板还在用单片钢化玻璃，这种栏板也发生过多起自爆后伤人的事件。当栏板不能不用单片钢化玻璃时，其厚度不应小于10mm，而且随时检查，一旦自爆，要及时修理更换。

四．半钢化玻璃的应用

半钢化玻璃不属于目前定义的“安全玻璃”。又称热增强玻璃，其生产方式基本与钢化玻璃相同，是将玻璃加热到接近于软化温度后进行均匀的急冷而成。在冷却过程中，由于冷却风压较小，冷却速度慢于钢化玻璃的冷却速度，因此在中间层与表层的温差相对较小，造成层间的密度差相对较小，从而产生的应力值较小。

半钢化玻璃钢化程度低，控制其表面应力不大于69N/mm2。强度大约是同等厚度的钢化玻璃的1/2，普通玻璃的1.5倍。

半钢化玻璃表面应力低，所以不存在自爆的危险，不受外界影响时，它决不会自行爆炸，所以从这个意义来说，它比钢化玻璃要安全。即使在外力作用下破碎，由于周边有胶缝和槽口，放射形的裂缝所形成的碎块也不会轻易坠落。可以有时间进行拆除、更换。

半钢化玻璃表面较为平整，映像畸变小，较为美观。

实际工程中，有以下几个位置要优先选用半钢化玻璃

1.很少有外力施加作用的位置：这种位置主要玻璃的主要破损因素就是自爆，而半钢化玻璃没有自爆的危险。

2.夹胶玻璃采光顶：采光顶用单片钢化玻璃还是夹胶玻璃目前存在争议，原因是这两种玻璃用在采光顶上，都不能保证绝对安全。单片钢化玻会自爆，飞散，伤人毁物；但钢化夹层玻璃自爆后会发生挠曲，会整体落下，也非常危险，两种类型的事故国内都发生过。

两种玻璃都不理想，只有在两者之中求其危险较轻者。5m高度以下可以采用单片钢化玻璃，其他情况下还是用夹层玻璃为好。为防止夹层玻璃整体落下，玻璃分格不宜大于1.6m 1.6m；玻璃入槽深度不宜小于22mm。对于框支承玻璃，宜优先选用浮法玻璃和半钢化玻璃制成的夹层玻璃，因为可以免除自爆更换玻璃的麻烦。而且它们破裂后成大块碎片，具有一定的剩余承载力和剩余刚度，不会轻易下垂、拔出、落下、相对较为安全。

五. 在设计阶段和施工阶段增加玻璃的安全性

目前工程中大量玻璃破碎，有因玻璃自爆，有因温度变化，真正受到强风、地震作用而损坏的并不多。大量破损都是可以通过设计和施工措施来减少的，下面几项就是在设计、施工阶段需要避免的一些常见问题。

设计方面

1.玻璃支承点太多。由于建筑要求玻璃大面积，采用六点、八点或四点、六点再加一对边支承。这样多的支承点受力不均匀，很容易使玻璃开裂；

2.支承处约束过强，点支承驳接头无铰，玻璃入槽卡得太紧，玻璃板转动困难；

3.板缝太小，玻璃膨胀后顶死。这种可能是由于项目所在位置日夜温差大，白天阳光下玻璃膨胀，板缝窄，嵌缝胶又硬化，玻璃平面内变形受限，只有外拱破裂。

施工方面

1.边缘处理。有些玻璃未细磨边，未倒棱；甚至有些玻璃根本没有磨边，崩边、崩角也不处理，这就容易发生自爆或破裂；

2.强迫安装。玻璃钢化后不平，多点支座不找平，装不上硬装，安装初应力太大，造成玻璃大量自爆或破裂；

3.安装玻璃的金属槽太窄，混凝土、花岗岩表面紧靠玻璃表面，玻璃变形受限；

4.玻璃垫片太薄，有些甚至只有2mm，玻璃膨胀后顶死槽底；

5.填缝胶不合格，硬化无弹性。