幕墙玻璃频频掉落的原因及防治措施

■ 陈兴旺 Chen Xingwang

0 引言

曾经，玻璃幕墙建筑以其自重轻、工期短及外观时尚的特点，受到不少建筑商的青睐，在我国发展迅猛。2007年，中国生产玻璃幕墙总量高达2200万m2，占据当年世界产量的86%。似乎玻璃幕墙的迅速发展，是我国城市化进程中的必然。但近年来频发的玻璃幕墙爆裂事故，却使其成为无数城市人的噩梦，引起了社会各界对其安全问题的高度关注。解决玻璃幕墙的安全问题迫在眉睫。

1 各地频发“玻璃雨”，安全隐患不容忽视

如今，高悬头顶的幕墙已成为无数城市人的噩梦。且不论那令人烦躁的光污染，国内多个城市均曾发生过玻璃幕墙因风力因素脱落的事故。而更危险的是，玻璃幕墙普遍采用的钢化玻璃甚至有可能发生自爆事故，且很难事先察觉。钢化玻璃自爆后产生细小碎粒，形成“玻璃雨”，威力大到可击穿大楼底层的玻璃钢天棚。2011年8月9日，上海市南京西路静安协和城的2号楼落下30余块玻璃，致使一名路过的骑车人受伤，这已经是这个楼盘当年的第三场“玻璃雨”。仅2010 ～2011年的一年间，上海便已发生了8起玻璃幕墙爆裂事故，所幸均未造成致死事件。事实上，有关天降“玻璃雨”的事件各地时有发生，并且台风多发区发生的概率更大。

在2003年底发布的《建筑安全玻璃管理规定》中，强制要求“在人员流动密度大的一些地区，建筑玻璃幕墙应采用安全玻璃”。而安全玻璃是指符合国家标准的钢化玻璃、夹层玻璃。显然，当时对钢化玻璃破碎后会飞散坠落的危害性认识不足。相较之下，夹层玻璃的安全性要强得多，不会产生自爆问题，即使破裂，也不会在跌落时变成碎碴。但由于其造价比钢化玻璃高得多，使用者寥寥无几，致使国内绝大多数大楼的玻璃幕墙都采用钢化玻璃。

另一个值得关注的问题是：一批于80～90年代建造的玻璃幕墙建筑，目前已面临玻璃幕墙设计寿命将至的问题。玻璃幕墙设计寿命最高仅为25年，但检测维修一直是玻璃幕墙建筑相关方推诿扯皮的环节。 根据2006年上海装饰装修行业协会给出的指导价，由“专业检测评估机构”实施的玻璃幕墙检测和现场检查以及整体评估需收费25元/m2。目前，一幢玻璃幕墙建筑的总检测费用约在15万元左右。检测费用高昂，成为各方头痛的问题。为降低费用，玻璃幕墙所有者倾向于让物业公司而非专业机构进行检测，收费约为5～10元/m2。但物业公司是否有能力保障玻璃幕墙的质量和安全，又是一个问号。

2 玻璃幕墙自身存在的问题及解决办法

玻璃幕墙存在的问题很多，如玻璃破碎、结构胶失效、玻璃幕墙防火性能差、玻璃幕墙支撑结构失效以及玻璃幕墙固定装置失效等等。

2.1 玻璃破碎问题

引起玻璃破碎的原因有很多，最主要的是杂质硫化镍和热应力造成的玻璃破碎。

2.1.1 由杂质硫化镍引起的玻璃炸裂

硫化镍是玻璃生产过程中不可避免的有害杂质，它是在原片玻璃生产过程中由硫元素与镍元素在高温作用下形成的一种化合物，硫化镍本身对玻璃并无任何损害，只是在玻璃进行钢化处理后，原来的硫化镍化合物就会改变其状态，随着时间和温度的改变体积增大或发生转化，当含有硫化镍的玻璃被安装在幕墙时，由于外界温度升高，导致硫化镍体积产生微小的变化，使玻璃内部产生微小的裂缝，这些裂缝透过钢化玻璃的张力层后将内部的能量释放出来，造成玻璃破碎。

解决办法：①从源头着手，玻璃制造厂家应对玻璃制造过程进行全程监控，尽量减少含镍材料与玻璃原材料接触；②对于幕墙玻璃安装后进行监测，国外已有以照相方式检测硫化镍杂质是否存在，如果含有，及时进行必要的更换，防止玻璃破碎伤人；③可以将单片钢化玻璃、钢化中空玻璃换成夹层玻璃，这时如果硫化镍杂质因变形而导致玻璃破碎，碎片仍旧黏附在胶片上，不至于形成玻璃雨而对地面人员造成伤害。

2.1.2 由热应力造成的玻璃破碎

热应力是造成玻璃幕墙破碎的另一个重要原因。玻璃幕墙受热的原因很多，但最主要的热源是太阳光，当太阳光照射在玻璃幕墙表面时，玻璃会受热膨胀，如果玻璃受热均匀则玻璃边部和玻璃中央部分同时均匀膨胀，但如果边部和玻璃内部受热不均匀，比如明框玻璃幕墙，玻璃中部受热膨胀而边部由于镶嵌在金属框架里面，边部的温度低于玻璃中间部位，此部分玻璃仍然保持原来状态并阻止受热部分膨胀，于是在玻璃内部会产生拉应力，当玻璃边部有破痕或微小裂纹时，这些瑕疵很容易受到热应力的影响，随着温差的增大，热应力导致裂痕逐步加大最后导致玻璃破碎。

解决办法：①对玻璃边部进行精加工处理，采用细磨边或者抛光边等以减少微小裂纹的存在；②将玻璃进行钢化处理以增强玻璃抵抗温度变化的能力；③在玻璃加工、搬运、安装过程中，对玻璃必须进行适当的保护，注意不要将玻璃边缘与其他坚硬物体碰撞、摩擦，严格遵守操作规程，特别是在安装过程中，如果框架不合适(太小或扭曲变形)，一定要记住不要用钳子夹掉玻璃边角，而是要矫正框架，使之适应玻璃的大小。

2.2 玻璃幕墙防火能力差

玻璃幕墙是不可燃烧的材料，但是在烈火面前，它是可以软化甚至融化的，因此在建筑设计中，一定要充分考虑建筑的防火要求，一是要保持玻璃的完整使之不破碎，以免造成空气流动，导致火势蔓延，同时在保持玻璃自身完整的前提下，要保证玻璃背面的可燃物不会在热辐射下发生燃烧或爆炸。一般的玻璃幕墙防火效果很差，其耐火完整性、耐火隔热性都很低，在烈火中可以在很短的时间内发生玻璃破碎。

因此在实际施工过程中，设计人员应根据建筑不同的防火要求进行不同的设计。对于有一般防火要求的建筑，可采用玻璃砖、钢化玻璃、小块平板玻璃等；对于防火要求比较高的建筑，幕墙玻璃应采用夹丝玻璃、单片防火玻璃、复合防火玻璃、防火中空玻璃等。复合防火玻璃是目前应用最广泛的防火幕墙玻璃，当火灾发生时，在一定时间内临火面玻璃受热炸裂，但由于防火胶片的存在玻璃被黏附在胶片上不坠落，保持了玻璃的完整性，同时由于胶片本身具有防火作用，不但对火势蔓延起到阻挡作用，又保证了背火面温度不迅速上升，控制了火势蔓延。

2.3 幕墙玻璃结构胶失效

玻璃幕墙因为长期受到自然环境的不利因素，如风吹、日晒、雨淋、紫外线照射、地震等的影响，因此要求其必须具有耐候性、耐久性、耐腐蚀性，作为黏接材料的结构胶成了人们关注的焦点。众所周知，目前市场上质量最好、应用最广的结构胶保质期只有10年，质量保证期一过，硅酮结构胶有机化合物随着时间的推移热老化、紫外线老化问题目益严重，造成结构胶丧失强度和黏接力而失效。虽然玻璃幕墙表面上没有任何质量问题，但其潜在的危险却时时刻刻存在，严重影响建筑物周围过往行人和车辆的安全。在北京、上海、广州等最早使用玻璃幕墙的城市，幕墙玻璃坠落事件时有发生，如何测定某一块玻璃结构胶失效与否非常困难，但要想保证人员和车辆的安全，若大面积的更换玻璃幕墙又是一笔庞大的支出，面对这种情况，业主进退两难。

解决办法：①限制隐框玻璃幕墙的使用，必须对已过质量保证期的玻璃幕墙进行防护，例如在玻璃幕墙周围设立围栏、绿化带、吊挂幕布以防坠落的玻璃伤及过往行人和车辆；②尽量采用明框、半隐框玻璃幕墙，因为即使是结构胶失效，由于有框架的支撑和约束，玻璃坠落的几率也会大大降低。

2.4 玻璃幕墙支撑结构失效

并非所有的玻璃幕墙所出现的问题均由玻璃本身引起，有时支撑玻璃的框架结构失效也会引起玻璃幕墙问题。用来支撑玻璃的框架结构往往是玻璃幕墙的薄弱环节，如果最初框架系统设计不合理，框架结构无法承受建筑物内力，进而出现变形，最终会导致玻璃破碎。

我们可以在设计过程中，对框架结构进行抗疲劳实验，根据其抗疲劳能力再设计相应的幕墙玻璃，防止框架长期超负荷运转。

2.5 玻璃幕墙扣件固定装置失效

所有的玻璃幕墙都依赖扣件固定装置将幕墙组合在一起并固定在建筑物上的。但是扣件固定装置无法预见的瑕疵可能导致严重的结构问题，如：氢脆变是金属生产过程中吸收了氢后造成金属的延展性降低，高强螺栓等在接触氢后可能在所受如风、地震等外力作用下，未达到其屈服强度就已经失效了，导致幕墙玻璃坠落。固定装置失效的另一个原因是长期受到风荷载作用造成螺栓松动。建筑物每天都受到不规则的风荷载作用，不规则风荷载带来玻璃幕墙持续振动，并传给固定装置，振动会导致连接固定装置与建筑本身的高强螺栓松动，一旦螺栓失去作用，固定装置就失效，幕墙玻璃受风等作用坠落就成了不可避免的问题。

因此在安装玻璃幕墙前，应对扣件固定进行必要的检验，检验合格后才能在现场安装使用。另外，针对固定螺栓松动造成的幕墙玻璃坠落，在实际施工过程中，可采用特殊锁扣的螺母将螺栓锁住，防止螺栓滑落失效，或者是使用特定的垫圈保证螺栓紧固后不再脱落。

3 引起事故频发的其他因素

3.1 监管方难落实

按照相关规定，玻璃幕墙并非安装完后就完事了，它有一定的使用年限，还需要定期进行检测维护，但由于规定不具强制性，再加上对玻璃幕墙行业缺乏必要的监管，因此埋下祸根。玻璃幕墙坠落事件再次给城市安全管理敲响警钟。

3.2 超年限使用引发安全隐患

玻璃幕墙建筑的设计年限标准是25年，目前上海至少有两成大楼的玻璃幕墙已超过该年限。而据专家透露，上海玻璃幕墙建筑总量的1/5是1997年前建造的，早于上海出台玻璃幕墙相关标准的时间，设计、验收等都不够规范，更容易出现安全隐患。随着这些玻璃幕墙建筑逐渐步入“老年期”，它们成为“高空炸弹”的可能性也越来越大。

3.3 安检缺乏关注

据了解，大多数人并不知道这些玻璃幕墙是否进行过安全检查，也不知其安全性能究竟如何。

3.4 物业不主动

一般来说，幕墙要定期进行检修和维护。在维护上，相关检测部门首先要进行查勘，出具报告。如果发现问题，修理和维护是一笔不小的费用，特别是一些高空部位，涉及高空操作、人力、材料费用等，每平方米会达到数百元，如果要更换玻璃可能高达上千元。一幢大型玻璃幕墙商务楼一次大规模检修费用至少需几十万元，因此物业缺乏主动性。

4 防治措施

4.1 安全排查

虽然经过特殊处理的玻璃幕墙在自爆后不会大块脱落而是形成颗粒，但从高空掉落的“玻璃雨”的危害依然非常大。如果某高层建筑已经发生多次类似事件，必须尽快对其所有玻璃幕墙进行全面排查。

4.2 建立玻璃幕墙数据库

建立玻璃幕墙建筑安全管理的长效机制，包括建立“玻璃幕墙数据库”，为每一幢玻璃幕墙建筑建立“身份证”。有关部门只要通过信息库中的信息，就能提醒业主何时进行检测维修，并对检测和改造情况进行监督检查。同时从源头上严格控制玻璃幕墙建筑的审批流程，将它纳入日常管理，从建造阶段的质量监控向合理使用年限阶段的质量管理延伸。此外，还应实行质量保修保险制度，落实维护专项基金，让玻璃幕墙的安全有长期的保障。

4.3 定期检修

玻璃幕墙大楼启用后每5年需进行一次全面检查，使用满8年的，建筑物所有者或管理者应当委托由市建委核准的有资质的技术鉴定机构进行查勘，并严格执行查勘意见；以后应当每年进行1次幕墙安全玻璃使用情况的查勘。

4.4 技术革新

“一旦玻璃自爆，进行更换和维修的成本非常昂贵，尤其是在超高层和异形玻璃幕墙中。”随着超白玻璃的出现，玻璃幕墙防自爆有了新的进展。超白玻璃又称低铁玻璃，即在优质的超白砂矿生产过程中进行除铁工艺，而铁和镍属于伴生矿，即铁和镍共生，所以除铁过程镍也可被除去，从源头上防止了隐患发生。

5 结语

除了上述安全性能问题，由玻璃幕墙大面积使用而引起的光污染、色污染、热污染等问题也不容忽视。尽管玻璃幕墙存在的问题多多，但是作为设计者、生产者和使用者，只要充分了解、研究其性能，扬长避短，进行合理的设计安装，并做好后期维护工作，玻璃幕墙仍不失为现代建筑的一个亮点。