玻璃幕墙的安全问题剖析与主张

玻璃幕墙现已成为现代修建外围护结构(词条“围护结构”由职业大百科供给)的不贰之选，玻璃幕墙在修建外表皮采光、保温、遮风、挡雨功用的基础上，又增添了装饰性，将修建功用和修建美学融为一体，成为一个城市靓丽的景色。可是近年来，跟着修建幕墙的迅猛开展和广泛应用，也不断有安全质量等事端发生，在社会上发生了一些负面影响。本文是依据笔者几十年的施工规划阅历，针对幕墙的安全性问题提出的一些观点，与咱们一起评论。

一、玻璃幕墙的安全问题。

近几年，玻璃幕墙安全事情不断发生，幕墙玻璃破碎坠落伤人毁物，让人们把玻璃幕墙视为“空中炸弹”，而2016年几回极点气候状况下玻璃幕墙的坠落事情，更是在职业界及社会上引起了极大的反响。玻璃幕墙真的不安全吗是什么原因导致的玻璃破碎坠落呢

人们一般了解的幕墙安全事情都是玻璃坠落，而幕墙玻璃坠落仅仅是表象。除掉钢化玻璃的自爆引起的坠落外，能够导致幕墙玻璃破碎的要素有许多，比方玻璃的加工质量、边界条件、幕墙结构等等，而幕墙的结构及抗风压功用更是极其重要的要素。

1、玻璃的加工质量

玻璃是一种脆性资料，玻璃之所以在修建外窗(词条“窗”由职业大百科供给)上得到广泛应用，原因之一便是它的耐压强度高，硬度也高。玻璃的理论强度值大约为1010~1.5×1010Pa，而实践强度缺乏108Pa，比理论强度差许多，抗张强度也比抗压强度小。

由表-1可看出，块状玻璃的实践强度比理论强度低得多，与理论强度相差2~3个数量级。块状玻璃实践强度这样低的原因，是因为玻璃的脆性和玻璃中存在有微裂纹和内部不均匀区及缺点的存在构成应力会集所引起的。为了战胜外表微裂纹的影响，进步玻璃的强度，修建玻璃一般选用淬冷(物理钢化)或外表离子交换(化学钢化)，以取得压应力层，然后强化外表，使其强度添加。

玻璃在生产进程中会有剩余应力，特别是散布不均匀的剩余应力，使强度大为下降。玻璃进行钢化后，使其外表发生均匀的压应力、内部构成均匀的张应力，大大进步了玻璃的机械强度(词条“机械强度”由职业大百科供给)。经过钢化处理的玻璃，其耐机械冲击和热冲击的才干比经杰出退火的玻璃要高5~10倍。

玻璃在裁切时，其刀口部位会发生许多大小不等的裂纹，引起边际应力散布不均匀，在钢化等进程中会导致玻璃破碎。因而在《玻璃幕墙工程技术标准》JGJ102-2003中第3.4.4条规则“幕墙玻璃应进行机械磨边处理，磨轮的目数应在180目以上。点支承幕墙玻璃的孔、板边际均应进行磨边和倒棱，磨边宜细磨，倒棱宽度不宜小于1mm。”

玻璃在运送、装置进程中，以及装置完成后，因为受各种效果的影响，简单发生应力会集，导致玻璃破碎。所以，在《玻璃幕墙工程技术标准》JGJ02-2003中第9.4.3-1条规则：“玻璃边际应倒棱并细磨，显露玻璃的边际应精磨”。以削减玻璃的破碎几率。

在一些实践工程中，出于各种原因，幕墙玻璃的边际往往没有经过精密打磨(词条“打磨”由职业大百科供给)，玻璃边际仍会残留一些切开裂纹，在接受风荷载等外力效果时，就会因为应力会集而破碎，甚至在运送进程中就会破碎。

如图1~3所示，山东某幕墙工程，玻璃在运送进程中就现已破碎，在转移、装置进程中又相继破碎。现场勘查发现玻璃加工粗糙，玻璃的边际没有经过精密打磨。夹胶玻璃在破碎后玻璃与SGP胶片脱离，这种状况很或许是SGP胶片含水率过高，或是在高压釜中高压恒温时刻不行所形成的。

因而在玻璃裁割后、钢化之前，有必要要对玻璃的边际进行打磨、倒棱处理以消除裂纹，防止在钢化及在施工进程中因为应力会集导致玻璃破碎。并且，玻璃加工的整个工艺流程也需求严厉的操控，保证产品质量，防止安全隐患。

2、幕墙结构的规划缺点

玻璃幕墙由面板和金属结构组成，其变形才干比较小。在水平地震或风荷载效果下结构发生侧移时，因为幕墙构件(词条“构件”由职业大百科供给)玻璃幕墙由面板和金属框不能接受过大的位移，只能经过衔接件的弹性来防止主体结构过大侧移带来的影响，因为幕墙玻璃和杆件之间变形才干的差异，必定会对玻璃部分发生必定的压应力。而玻璃幕墙关于玻璃槽的结构规划都有严厉的规则，在玻璃的装置与横框之间要保证存有必定的空隙，才干保证在发生层间变位的时分玻璃不会因遭到揉捏而破碎。

《玻璃幕墙工程技术标准》JGJ102-2003中第4.3.12条规则“明框幕墙的玻璃边际只边框槽底应契合下述公式：

(1)

一起，玻璃边际到边框、槽底的空隙海应该契合《玻璃幕墙工程技术标准》JGJ102-2003第9.5.2条和第9.5.3条的有关规则。只要在契合上述要求的规划才能够保证玻璃的安全。

依据标准第9.5.3的规则，一般的幕墙型材截面宽度至少应是65mm，若小于65mm则幕墙结构很难满意标准的要求。而在实践进程规划中，因为修建师过于着注重觉效果，一味寻求幕墙杆件外形纤细，使得幕墙规划师(词条“幕墙规划师”由职业大百科供给)无法保证幕墙结构规划的要求，玻璃边际和边框槽底的空隙过小，满意不了层间变位的需求，在地震效果(词条“地震效果”由职业大百科供给)下发生层间位移时，必定导致玻璃破碎。

玻璃是典型的脆性资料之一，其破碎的原因大致有三种：曲折变形(词条“曲折变形”由职业大百科供给)、强力冲击和热迸裂。

幕墙玻璃热迸裂是因为玻璃不同部位的温度不均匀，玻璃暴露在阳光直射的部分吸收红外线和可见光转化为热量，温度升高，这一部分玻璃受热胀大(伸长)而处于镶嵌槽或暗影下的那一部分玻璃，因受不到阳光的辐射不能同步胀大，内部热力应力构成，受热多的区域对受热少的区域发生张应力，这种张应力超越玻璃的抗拉强度就会导致玻璃决裂。

玻璃因为没有屈从延伸阶段，特别是遭到忽然施加的冲击负荷时，玻璃瞬间就会破碎。可是在改变温度Tg以下，玻璃根本上是恪守虎克规律的弹性体(一般玻璃的弹性模量为(441~882)×108Pa)。有必定的曲折变形才干。咱们这儿首要评论的玻璃在曲折变形下的破碎。

在玻璃幕墙规划中，幕墙玻璃的变形规划也是玻璃幕墙规划中的一个重要方面。在《玻璃幕墙工程技术标准》JGJ102-2003中，是选用弹性小挠度(词条“挠度”由职业大百科供给)公式来核算玻璃面板的应力和挠度。而依照弹性小变形薄板理论核算的应力和挠度值比实践值大许多，为此考虑了一个折减系数加以批改，即便如此，笔者以为也未必能够反映玻璃变形的真实状况。

幕墙玻璃除了受风荷载的效果外，还一起遭到玻璃装置的边界条件的影响。在风荷载效果下，幕墙玻璃和幕墙结构都会发生变形，可是变形的程度是不同的，两者变形的差异必然对玻璃构成揉捏。

在《铝合金门窗工程技术标准》JGJ214-2010中，玻璃面板和结构槽口的前后空隙如下表。

在实践的门窗工程中发现，许多的门(词条“门”由职业大百科供给)窗玻璃面与窗框槽口前后空隙都小于3mm，无法正常塞进胶条，在外侧选用密封胶施工。在遭受极点风荷载效果的状况时，因为收到边界条件约束，玻璃边际和中心区的变形并不共同。而边框的挠度和玻璃的挠度不同会使玻璃边际遭到窗框的揉捏，从断裂力学的视点剖析，在长时刻或短时刻屡次强负荷效果下，玻璃会因“疲惫”导致破碎。

2016年9月15日清晨第14号飓风“莫兰蒂”以强飓风等级登陆厦门翔安，登陆时较大阵风17级以上，中心较大风力达15级，48米/秒。在强壮风力的效果下，单个幕墙玻璃破损，修建门窗的破损相对严峻，具业界人士现场调查发现，门窗玻璃破损严峻的原因与其结构规划和结构规划有直接的联系。

3、幕墙结构规划

幕墙杆件的刚度是幕墙结构安全性的要害。关于竖直的玻璃幕墙，风荷载是首要的效果，地震效应相关于风荷载效应是比较小的，一般不会超越风荷载效应的20%，因而，关于幕墙构件本身而言，抗风压规划是首要的考虑要素。

玻璃幕墙的抗风压功用是一个全体概念，是由玻璃面板和杆件强度和刚度决议的。玻璃幕墙中承接风荷载的首要是玻璃，再经过玻璃传递到幕墙杆件。幕墙玻璃和杆件在风荷载效果下必然都要发生变形。在幕墙玻璃的变形规划中，对四边支承玻璃面板选用的是弹性小变形薄板理论核算应力，可是玻璃是典型的脆性资料，按弹性理论核算的应力和挠度值要比实践值大许多，虽然选用了折减系数予以批改，依然不行以彻底精确地反响玻璃面板的实践受力和变形状况。

幕墙玻璃的挠曲变形还和玻璃装置的边界条件有关。幕墙玻璃装置在结构槽口内，幕墙的结构是经过衔接件组合在一起的，幕墙竖框是单向受弯杆件，只在水平风荷载方向发生挠曲变形，而幕墙横框是双向受弯杆件，在重力方向和水平风荷载方向都发生挠曲变形，竖框和横框在变形后，玻璃面板的边际就不会在同一平面内，而是呈歪曲状况，尤其是在横框与竖框的衔接选用自由度较大的衔接办法时(比方钢销式衔接)，反正框的相对歪曲会更大，在极点气候条件下，玻璃面板就会因受力不均而破碎。

在幕墙玻璃面板坚持完好的前提下，幕墙的抗风压功用较终是由幕墙的结构杆件决议的。只要幕墙杆件刚度满意，幕墙的抗风压强度才干满意要求。

幕墙结构规划是选用钢结构规划中的近似概率极限状况规划法，概率极限状况规划法是指在规划基准期(一般50年)内，满意结构的功用要求：即安全性,适用性，耐久性。

安全性：满意特定的与修建物功用相习惯的承载力极限状况

适用性：保证结构在日常运用中满意要求

耐久性：保证结构的承载力的持续时刻与环境习惯度

结构的极限状况包含承载力极限状况与正常运用极限状况。承载才干(词条“承载才干”由职业大百科供给)极限状况是结构或构件到达较大承载才干或呈现不适于持续承载的变形。整个结构或结构的一部分作为刚体失去平衡，结构构件或衔接因超越资料强度而损坏;正常运用极限状况是结构或构件到达正常运用或耐久功用的某项规则值，影响正常运用或外观的变形，或许耐久功用的部分损坏。

承载力极限状况与正常运用极限状况比较，前者或许导致人身伤亡和许多的财产损失，而后者对生命的损害则较小，首要是引起人们的不适。

作为幕墙结构的极限状况规划应该要求受力构件不超越正常运用极限状况，也便是说有必要要保证满意的安全度，绝不应该趋近于承载力极限状况规划。而实际的幕墙施工规划中却有许多都选用承载力极限值，存在着许多不安全的要素。

一方面，许多修建师都在寻求大跨度、大分格的立面规划效果，一起又要求幕墙杆件满意纤细;另一方面，一些开发商采纳高成本低造价的中标办法，将幕墙施工单位的赢利空间揉捏殆尽。为了到达修建师的要求，一起又要取得菲薄的赢利，幕墙施工单位就不得不在幕墙资料上动脑筋——较大程度的减小幕墙龙骨的截面尺度，挠度较大极限地趋近极限值，应力比趋于较大。幕墙杆件的荷载力大都都挨近极限状况，一旦遇到极限恶劣的气候，就不免变成大祸。

2016年8月7日下午，四川省成都市遭受了一阵狂风暴雨加冰雹，坐落成都高新南区天府大路北段的“举世中心”天堂洲际大饭店的大堂玻璃幕墙遭到损坏，100平方左右玻璃坠落。

从图7~9中看到爪件现已歪曲变形，估测应该是瞬间的风荷载超越了爪件的承载力，不锈钢驳接爪丧失了支撑才干而变形，然后导致玻璃的破碎。

2016年9月15日清晨，第14号飓风“莫兰蒂”在厦门翔安以强飓风等级登陆，登陆时较大阵风17级以上，中心较大风力达15级，48米/秒、中心气压945帕，为建国以来厦门遭受的较强等级飓风。飓风往后职业界专家对厦门的幕墙、门窗受损状况进行了调查，大部分的幕墙、门窗在这次强飓风中体现杰出，没有结构受损状况发生，只要少量门窗幕墙的玻璃呈现部分受损现象，极单个项目处于风口方位的落地门窗受损较为严峻。

二、须进步安全意识

在上述两例事情中，无论是滨海城市厦门仍是内陆城市成都，从现场的状况看，幕墙门窗玻璃破碎的原因都是杆件承载力缺乏以反抗风荷载，发生变形后导致玻璃破碎坠落。这足以警示咱们进步对结构规划安全度的注重。

结构规划办法阅历了从容许应力法、损坏阶段规划法、极限状况规划法到概率极限状况规划法的开展进程。修建幕墙的规划源于钢结构规划，也是按近似概率理论的极限状况规划法，规划满意功用要求的结构,也便是把外界效果对结构的效应与结构本身的反抗力来加以比较，以到达结构规划既安全又经济的意图。详细的说也便是在预订的效果及资料功用条件下，确认结构构件按功用要求的截面尺度和满意结构要求。可是，极限状况规划并不意味着幕墙构件的承载力规划都趋于极限值。

玻璃幕墙作为修建外围护结构，应恪守三个根本的准则：安全性、适用性和经济性。安满是靠前位的，适用、合理的结构是有必要的。构件的极限状况不只包含承载力的极限状况，并且包含挠度(变形)的极限状况，这其中就现已包含了安全性和适用性的一些概念。

安全性便是要求幕墙杆件要在安全的承载力状况和稳定性，而不是在极限状况。极限状况是杆件处于失效状况的临界状况，假使规划时取用极限承载力状况，也就把幕墙构件置于风险的边际。一旦有短时极点气候条件呈现，风力过大就会导致杆件失稳，歪曲变形然后构成幕墙破损，或许导致人身伤亡和许多的财产损失。

适用性是指构件在正常运用条件下具有杰出的作业功用，关于幕墙而言，应该还包含幕墙结构与主体结构的匹配性。当今的幕墙规划都是依据详细的修建结构量身定做，一些好的幕墙规划项目在其本身结构上是合适的，用到其他修建结构上就未必适用，应该依据实践状况详细剖析、归纳考虑。

结构的牢靠性是结构的安全性、适用性和耐久性这三者的总称，咱们在幕墙规划中要归纳考虑这三个要素。咱们发起斗胆立异，只要立异，才有开展。可是立异不等于胡来。正如职业界一位老专家所言：修建规划的立异，要由合乎逻辑的结构规划来满足，斗胆不行妄为;经不住天然风暴突袭就大面积散落，绝不等同于意外破碎散落闯祸;在安全面前不当心不周的规划与施工，必将变成难以拾掇的灾害。

结语

修建幕墙是修建的外围护结构，是归于修建规划的一部分，首要也应遵从《修建结构牢靠度规划统一标准》(GBJ68-1984)。作为幕墙规划师要有责任意识，在幕墙规划中要进步安全意识，构件规划有必要保存满意的安全度，以保证在呈现极点气候条件时幕墙构件有满意的承载力，不因失效而呈现安全事端。在寻求赢利，下降成本的一起要优先考虑安全，既要斗胆立异，更要当心求证;咱们不对立学习，学习也是学习的进程，可是要理性的、有剖析、有辨别的学习，挑选合适本身结构特色的结构，绝不行以生搬硬套。要充沛统筹幕墙结构的安全性、适用性和耐久性。

幕墙结构的牢靠度是咱们每一个幕墙规划师必需据守的底线。

参考文献

【1】《玻璃工艺学》赵彦钊、殷海荣主编，化学工业出版社

【2】《玻璃幕墙工程技术标准》JGJ102-2003

【3】《钢结构-原理与规划》沈德洪，同济大学

【4】《修建结构牢靠度规划统一标准》GB50068-2001