玻璃采光顶破坏形式及加强措施分析

杨庆宏

济南房建公寓段 山东 济南 250000

1 主要破坏形式及原因分析

1.1 玻璃自爆

（1）温度变化。屋顶玻璃直接受到太阳光的照射，自身温度升高，玻璃板中心与边缘的温度差形成温度梯度。由于温度差，引起不均匀膨胀而产生温度应力，进而使薄弱的部位产生裂纹并扩展，使玻璃自爆。随着玻璃板面的加大，受热膨胀后的变形以及温度应力越大，自爆的可能性也越大。在温度应力作用下，玻璃自爆一般是从带有裂纹的边部和孔洞的周围起始，玻璃边部和孔洞的加工缺点也将增加玻璃的自爆。

（2）玻璃自身性能。钢化玻璃所含的硫化镍成分，在高温加热、钢化淬冷的生产加工过程中，与原来玻璃含量成分不一致，膨胀系数不一样，以及高温环境到室温环境的过程中发生缓慢相变，引起的体积膨胀，玻璃内部产生局部应力集中，使玻璃承受巨大的相变应力，从而导致钢化玻璃自爆。

1.2 结构渗漏

（1）屋面积水。采光顶玻璃表面的板面挠度会造成积水积灰，特别是接缝处的胶缝和扣板造型处积水积垢严重。在风雨同时作用或积雪融化，屋面积水情况下，使玻璃采光顶易发生雨水渗漏内侧的现象，以及玻璃采光顶的内侧结露问题，即结露水从采光顶上向下滴落，而不是沿玻璃下泄，影响正常使用。

（2）密封材料老化。由相同材料和异质材料之间拼接和连接形成的缝隙是采光顶渗漏主要通道，而缝隙处的密封胶在复杂外力作用和强烈紫外线照射下容易老化，当采光顶直接受到阳光照射、雨雪冲击、构件接缝变化的影响时，密封材料的老化直接影响采光顶的密封性，造成渗漏，甚至影响采光顶的受力性能，严重的可能发生面材脱落。

1.3 结构坍塌

（1）外力作用。玻璃采光顶承受风、雪荷载以及地震等外力作用，主支承体系，包括梁系、拱结构、桁架、网架和网壳、拉索与拉杆结构等破坏，玻璃支撑结构以及固定装置失效，玻璃采光顶随之遭破坏。或者玻璃采光顶由于抗挤压变形能力、玻璃采光顶和主支承体的连接可靠性等原因，在外力作用下超过自身抗力遭到破坏。

（2）温度作用。玻璃采光顶直接接受阳光照射，在一年的不同季节和一天的不同时段，阳光的照射情况不断发生变化，引起的温度变化导致结构构件形成复杂应力和变形，尤其是地处寒冷地区的采光顶建筑，冬季室内外温差高达几十度，会令结构受损、承载力降低，甚至整体失效。

1.4 开裂破损

（1）玻璃材质。玻璃是典型的脆破坏材料，自身的变形能力小，在荷载作用下可能因承载能力不足和变形过大而发生破裂。

（2）生产工艺。连接件的布置、尺寸及连接方式如不能有效地吸收玻璃面板的变形，也将导致玻璃破裂。

（3）运输安装。如果玻璃面板的加工尺寸存在非常大偏差，施工时强迫安装，将会产生非常大的装配应力；由于连接件的尺寸问题，安装时调整位移不一，导致玻璃面板安装后的平面度偏差非常大，孔洞周边也易产生过大的局部应力。这些问题均加大了玻璃破裂的可能性。玻璃运输和吊装过程中人为产生的损伤，也是使用后破损产生的原因。

（4）外力冲击。建筑物楼上人为因素向玻璃采光顶投掷杂物，高空坠落的杂物对玻璃的冲击，导致坚固的玻璃发生的破损。

1.5 型材腐蚀

玻璃采光顶的金属型材随时可能面临腐蚀的危险，如受到空气中某些成分的污染或与所接触的化学品发生反应。尽管型材在加工制作过程中经过防腐处理，但如果处理不当或使用中涂层破损而未得到及时修复，金属型材就会慢慢发生腐蚀。尽管构件由腐蚀导致破坏的速度可能是缓慢的，但危害程度在不断加大，须及时修补[1]。

2 加强措施分析

（1）结构设计。设计应充分考虑玻璃采光顶承受的自重、风荷载、雨荷载、雪荷载、地震作用、施工和运营维护等荷载，保证整体结构具有足够的强度和稳定性。采光顶结构还应具有足够的刚度，过大的变形将影响玻璃采光顶的安全使用，可采用预应力技术等方法减小结构挠度。

对于使用过程中可能发生的特殊情况，如冰雹或高空坠物造成的冲击，强烈温度效应的影响等，应充分预见考虑，强化安全设计理念，在地震等严重自然灾害发生的情况下，保证采光顶结构大震不倒，为人员疏散赢得时间。对寒冷地区的采光顶工程还须进行防脆断设计。

（2）排水构造。玻璃采光顶需要一定的排水坡度，坡度越大，排水就越畅快。但当坡度相当大时，会给施工和结构布置造成不利条件，因此根据具体要求确定一个合适的坡度很重要。玻璃采光顶的坡度是由多方面因素决定的，其中地区降水量，玻璃采光顶的体形、尺寸和结构构造形式对玻璃采光顶坡度影响最大，玻璃采光顶内侧冷凝水的排泄和玻璃采光顶的自净也是必须考虑的重要因素，一般以不小于3%为宜。

受造型、空间等因素影响，采光顶防水处理难度较大，需对面材连接处等部位进行密封防水，对节点连接、檐沟等特殊部位进行构造防水设计，对可能的渗漏水提供排水渠道。铝合金玻璃采光顶须通过杆件的集水槽将玻璃内侧凝结的露水汇集排出。大型公共建筑中经常出现玻璃采光顶与金属屋面组合使用的情况，应处理好两种材料屋面的连接构造。

（3）玻璃固定。用硅酮结构胶胶缝固定玻璃，是所有固定玻璃方法中可靠度最高的方法，因此玻璃采光顶最好采用结构胶胶缝固定玻璃，当采用镶嵌槽夹持固定玻璃时，一定要掌握好玻璃与槽口配合尺寸，并采取必要的固定措施，以防玻璃破碎后坠落。

对已建成的玻璃采光顶，一种较为经济有效的加强措施是使用玻璃安全贴膜。根据玻璃的重量和类型选择适当的安全贴膜，一方面可降低阳光透射的热量，另一方面可提高玻璃的整体性，使破碎后的玻璃因贴膜的作用仍然保持固定在金属框架或连接件上，防止散落伤人。用于钢化玻璃的安全贴膜应保证同时与玻璃和玻璃边框或支承件牢固黏结，以防破碎后的玻璃与安全贴膜一同整体坠落。

（4）材料质量。玻璃采光顶所选用的各类材料，应符合国家现行的有关产品标准，应选用耐气候性的材料。采光顶可以根据功能要求选取不同性能的玻璃作为面材，其中以钢化玻璃、夹丝玻璃等为原片玻璃合成制作的夹层玻璃安全性能较好，可有效防止玻璃破裂后瞬时坠落，便于及时采取补救措施。

当玻璃采用钢化处理时，宜经过均化处理。使用超白玻璃基片可以大幅度降低钢化玻璃自爆率，半钢化玻璃作为热处理强化玻璃的一种，不会产生自爆，在中空玻璃或者夹层玻璃结构中破碎时，玻璃整体脱落风险相对较小。

玻璃面板的面积不宜大于2.5平方米，玻璃的最大边长不宜大于2米，通过减小玻璃的分隔尺寸，减小玻璃挠度，减小玻璃自重载荷对结构安全的影响，进一步降低钢化玻璃、夹层玻璃和中空玻璃的失效概率，提升玻璃采光顶的寿命。

（5）施工工艺。玻璃采光顶的施工质量是安全性能的重要保证。施工过程应确保定位准确、安装有序、拼接严密、连接牢固，铺装应平整、顺直。避免玻璃与金属框架或连接件的直接接触，应设置垫块等弹性材料隔离，防止玻璃或型材构件的损伤破坏。

应保证采光顶密封胶的施工质量，使面材之间、面材与构件之间黏结牢固，不发生渗漏。根据施工流程要求，黏结密封施工前须彻底清洁基材表面，避免因玻璃或构件表面存在灰尘、油污影响胶的黏结力。分层打胶时，应对下层胶体表面的灰尘及时清除后再打上层胶体，使之整体发挥良好的胶结性能。密封胶嵌填应密实、连续、饱满，黏结牢固，不得有气泡、干裂、脱落缺陷。密封胶胶缝应宽度均匀、光滑平整、没有气泡或空穴。

（6）保养维护。重点检查采光顶外观形态是否出现异常，整体结构及构件的挠度是否在允许范围之内；玻璃面板是否有自爆、裂缝、脱落现象，如有损坏及时修复；各类构件、配件是否出现损坏、腐蚀、松动、脱落，如有异常应及时更换或加固；密封材料是否出现老化、裂缝、脱落，是否发生渗漏，对存在的问题采取相应的措施；采光顶表面是否得到定期清洁，如有积雪应及时清除。最重要的是，切不可对玻璃采光顶的潜在隐患视而不见或存在侥幸心理，拖延维修，对发现的问题应及时维修处理，以确保采光顶的安全使用[2]。

3 结束语

玻璃采光顶结构的整体强度、刚度和稳定性至关重要，玻璃、型材和密封材料的性能也是关键的影响因素。应从结构设计、材料质量、施工工艺、保养维护等方面采取有效措施，防止采光顶发生玻璃自爆、开裂破损、结构坍塌、面材构件脱落、渗漏、型材腐蚀等形式的破坏。对于一些尚未造成不良后果的隐性问题应及时发现和维修，提高安全意识，确保玻璃采光顶在使用的过程中安全可靠，提升玻璃采光顶的寿命。