幕墻玻璃破碎原因分析

    前言

    自1983年上海聯(lián)誼大廈作為上海市第一個(gè)玻璃幕墻工程竣工以來(lái)，這20多年中，玻璃幕墻建筑大量涌現(xiàn)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，上海現(xiàn)有各類(lèi)既有建筑玻璃幕墻共約3 000項(xiàng)，總面積約800萬(wàn)m2�？梢哉f(shuō)，上海已成為我國(guó)玻璃幕墻建筑數(shù)量最多的城市。

    玻璃幕墻建筑是融建筑功能和建筑藝術(shù)為一體的建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，大多用于商業(yè)大樓、且地處人流密集的地段，因此需要較高的建筑技術(shù)和管理水平，才能保證其達(dá)到應(yīng)有的建筑效果和長(zhǎng)期安全使用的要求。不少較早建成的玻璃幕墻已使用十年以上，個(gè)別幕墻已出現(xiàn)玻璃碎裂，開(kāi)啟窗脫落等危及安全的情況。隨著時(shí)間的推移，這種情況還會(huì)日益增多，它們是否還能繼續(xù)安全使用成了疑點(diǎn)。況且前些年混亂局面所遺留下來(lái)的隱患又情況不明，上海作為全國(guó)擁有玻璃幕墻最多的城市，散布在全市各人流最密集地區(qū)的玻璃幕墻究竟有多少，存在哪些問(wèn)題，這些都成了領(lǐng)導(dǎo)和廣大民眾關(guān)注的焦點(diǎn)。

    1、安全玻璃的定義

    1.1 幕墻玻璃破碎原因分析

    幕墻玻璃破碎的原因有內(nèi)因和外因。外因包括：①設(shè)計(jì)問(wèn)題造成玻璃受力狀況不合理；②設(shè)計(jì)選型、選材不能滿(mǎn)足強(qiáng)度要求；③安裝施工不規(guī)范使玻璃局部受力超過(guò)承載極限；④遭受外力撞擊造成玻璃爆裂等。內(nèi)因主要是指由鋼化玻璃內(nèi)部雜質(zhì)所造成的破碎，即鋼化玻璃的“自爆”。

    1.2 安全玻璃的定義

    根據(jù)《建筑用安全玻璃》規(guī)定，所謂的安全玻璃，是指符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的夾層玻璃、鋼化玻璃，以及用它們加工制成的中空玻璃，這其中尤以?shī)A層玻璃以及用夾層玻璃制成的中空玻璃的綜合性能為最佳。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑用安全玻璃第2部分: 鋼化玻璃》 （GB 15763.2 —2005）規(guī)定，“鋼化玻璃的表面應(yīng)力不應(yīng)小于90 MPa”。也就是說(shuō)，凡是玻璃表面應(yīng)力＜90 MPa的，均為非安全玻璃。而由國(guó)家發(fā)展改革委、建設(shè)部、質(zhì)檢總局、工商總局等發(fā)布的《建筑安全玻璃管理規(guī)定》（發(fā)改運(yùn)行[2 0 0 3]2 1 1 6號(hào)）第六條規(guī)定，“幕墻（全玻幕墻除外），必須使用安全玻璃”。安全玻璃屬玻璃深加工產(chǎn)品，具有抗沖擊性強(qiáng)，受撞后破而不碎、不掉渣、不分離的特點(diǎn)。一般民用鋼化玻璃是將普通玻璃通過(guò)熱處理工藝，使其強(qiáng)度提高3~5倍，可承受一定能量的外來(lái)撞擊或溫差變化而不破碎，即使破碎，也是整塊玻璃碎成類(lèi)似蜂窩狀鈍角小顆粒，不易傷人，從而具有一定的安全性。夾層玻璃作為一種安全玻璃在受到撞擊破碎后，由于其兩片普通玻璃中間夾的PVB膜的黏接作用，不會(huì)像普通玻璃那樣在破碎后產(chǎn)生鋒利的碎片傷人。

    2、鋼化玻璃自爆

    通常鋼化玻璃的自爆是由其自身含有的硫化鎳結(jié)晶物引起的。NiS在379℃時(shí)有一相變過(guò)程，即從高溫狀態(tài)的α-NiS晶系轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜏貭顟B(tài)β-NiS晶系，此時(shí)體積膨脹2%~4%，且表面粗糙。如果這些雜質(zhì)是在鋼化玻璃張應(yīng)力區(qū)內(nèi)，則體積膨脹就可能引起炸裂，即產(chǎn)生自爆現(xiàn)象（圖1）。

鋼化玻璃自爆后碎片形狀有以下規(guī)律：①破裂裂紋呈放射狀，起始點(diǎn)一般在玻璃中央；②破裂中心有兩小塊多邊形組成的蝴蝶斑，公共邊一般為直線(xiàn)；③兩個(gè)蝴蝶斑公共邊側(cè)面有肉眼可見(jiàn)的黑色小顆粒（硫化鎳晶體結(jié)石）（圖2~4）。

    3、玻璃熱炸裂

    建筑玻璃的熱炸裂有著多種因素，受到玻璃自身性能和外部環(huán)境條件的復(fù)雜影響（圖5）。造成玻璃自身熱炸裂的原因大致有3類(lèi)：太陽(yáng)輻射、外加荷載和設(shè)計(jì)因素。除此之外，玻璃與框架作為結(jié)構(gòu)整體還有制造和裝配方面的影響。建筑玻璃的熱炸裂是一個(gè)綜合性的問(wèn)題，我們要全面考慮各個(gè)因素的作用，針對(duì)工程實(shí)際找出并控制其主要因素。

    就一般情況而言，制約玻璃熱炸裂的主要因素有3個(gè)，即玻璃的吸熱率、板面尺寸和玻璃邊的加工質(zhì)量。

    3.1 玻璃的吸熱率

    由于熱炸裂的機(jī)理是玻璃吸收陽(yáng)光中的紅外輻照，自身溫度升高，與邊部的冷端之間形成溫度梯度，造成非均勻膨脹或受到約束，形成熱應(yīng)力，進(jìn)而使薄弱部位發(fā)生裂紋擴(kuò)展。

    3.2 玻璃的板面尺寸

    玻璃的板面越大，受熱膨脹后的變形也越大，形成的約束反力也越大，相應(yīng)地造成更大熱應(yīng)力，增加了熱炸裂的幾率。

    3.3 玻璃邊的加工質(zhì)量

    玻璃熱炸裂一般從玻璃邊部起始，邊部的拉應(yīng)力最大，加工缺陷最嚴(yán)重。導(dǎo)致鋼化玻璃熱炸裂的外部原因有多種，包括荷載、碰撞、焊滴、不適當(dāng)?shù)拈g隙和邊部損害等。而導(dǎo)致鋼化玻璃破損的內(nèi)在因素包括鋼化玻璃邊部缺陷等應(yīng)力集中區(qū)域、鋼化玻璃內(nèi)部應(yīng)力過(guò)大和鋼化玻璃內(nèi)部存在雜質(zhì)。

    4、施工質(zhì)量要求

    行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》（JGJ 102 —2003）中規(guī)定了玻璃邊緣與槽口的配合尺寸，就是為保證玻璃在溫度變化和其他因素影響下能自由伸縮，且玻璃槽的兩側(cè)不能用硬性材料填塞，必須采用柔性連接，確保玻璃具有足夠的彈性，從而能夠自由翹曲變形。

    5、建議措施

    綜上所述，若想預(yù)防幕墻玻璃自爆的現(xiàn)象，筆者認(rèn)為首先需要從以下方面加強(qiáng)措施：

    （1）建議玻璃生產(chǎn)供應(yīng)商從選擇材料開(kāi)始就嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，選用含硫化鎳晶體結(jié)石較少的優(yōu)質(zhì)原片；在加工過(guò)程中避免鋼化應(yīng)力過(guò)大；對(duì)鋼化玻璃進(jìn)行均質(zhì)處理（引爆），即二次熱處理。

    （2）合理選擇玻璃面積，玻璃面積越大越容易引起熱炸裂。

    （3）盡量選用安全玻璃，特別是采用夾層鋼化玻璃。

    （4）在太陽(yáng)光照射面上，應(yīng)盡量選擇經(jīng)過(guò)熱處理的吸熱玻璃、熱反射玻璃。

    （5）安裝幕墻玻璃時(shí)，應(yīng)先對(duì)玻璃進(jìn)行處理，最簡(jiǎn)單的方法是進(jìn)行磨邊處理，以消除玻璃邊部的微裂紋。