探討建筑幕墻玻璃的安全選用

王志強(qiáng) 王繼紅 馮 勇 王延立

1河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002） 2河南省建筑科學(xué)研究院有限公司（450000）

0 概述

眾所周知，玻璃幕墻設(shè)計(jì)和施工中的一個(gè)關(guān)鍵問題是合理選用玻璃。

玻璃是非常脆性的材料，它的安全是相對(duì)而言的，不可能有絕對(duì)安全的玻璃。因此應(yīng)根據(jù)幕墻不同部位的功能要求，合理選用玻璃，爭(zhēng)取最大限度的使用安全，使人身和財(cái)產(chǎn)損失的風(fēng)險(xiǎn)降到最小。

目前超高層玻璃幕墻比比皆是，玻璃破損墜落傷人時(shí)而出現(xiàn)。相關(guān)部門亦十分重視，并制定了《建筑安全玻璃管理規(guī)定》，規(guī)定∶“建筑物需要以玻璃作為建筑材料的下列部位必須使用安全玻璃∶7層及7層以上建筑物外開窗、幕墻（全玻幕墻除外）”，同時(shí)規(guī)定“本規(guī)定所稱安全玻璃，是指符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的鋼化玻璃、夾層玻璃及由鋼化玻璃或夾層玻璃組合加工而成的其他玻璃制品，如安全中空玻璃等”，自2004年1月1日起施行，旨在規(guī)范建筑玻璃的使用。

下面，筆者對(duì)高層建筑上超過使用部位一定高度的建筑幕墻玻璃的安全選用進(jìn)行探討。

1 安全玻璃簡(jiǎn)述

1.1 鋼化玻璃

鋼化玻璃是平板玻璃的二次加工產(chǎn)品，將浮法玻璃在鋼化爐中均勻加溫至620℃，使之輕度軟化膨脹，再在其表面吹冷空氣使之迅速冷卻，使其表面產(chǎn)生拉應(yīng)力,強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和耐沖擊性能大幅提高，并且玻璃破碎后成小顆粒狀。這些小的碎片沒有尖銳棱角，不易傷人。

鋼化玻璃強(qiáng)度高，比普通玻璃大4～5倍；抗沖擊強(qiáng)度也很高；熱穩(wěn)定性好，在受急冷急熱時(shí)，不易發(fā)生炸裂，能承受204℃的溫差變化；彈性比普通玻璃大得多，一塊1 200 mm×350 mm×6 mm的鋼化玻璃，受力后可發(fā)生達(dá)100 mm的彎曲撓度，當(dāng)外力撤除后，仍能恢復(fù)原狀，而普通玻璃彎曲變形只能有幾毫米。

當(dāng)然，自爆也是鋼化玻璃的特性，無可避免。為了降低自爆率，只能是優(yōu)選玻璃原片和進(jìn)行二次熱處理。即使如此，1‰的自爆率已經(jīng)是極限，無法再降了。但是哪怕爆一塊玻璃，也會(huì)有可能傷人毀物，產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。何況行業(yè)以外人士不知這是正常情況，會(huì)鬧得滿城風(fēng)雨，媒體會(huì)到處炒作，小事化大，使得幕墻廠家難以招架。自爆的玻璃必須更換，但更換的費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過玻璃本身，在超高層幕墻和異形幕墻中進(jìn)行更換，更是困難和危險(xiǎn)。何況一旦發(fā)生自爆，就意味著今后還可能有類似事件發(fā)生，何時(shí)何處卻不得而知，使人們失去安全感。

1.2 半鋼化玻璃

半鋼化玻璃制作的熱處理過程與鋼化玻璃類似，只是冷卻方法不同，吹風(fēng)強(qiáng)度降低，冷卻時(shí)間長(zhǎng)。其機(jī)械性能也有較大提高，破碎時(shí)會(huì)有大的碎片和放射狀的裂紋,與普通玻璃的破碎狀態(tài)類似，但碎片一般沒有鋒利的尖角。

半鋼化玻璃表面應(yīng)力低，所以不存在自爆的危險(xiǎn)，不受外界影響時(shí)，它決不會(huì)自行爆炸，所以從這個(gè)意義來說，它比鋼化玻璃要安全。即使在外力作用下破碎，由于周邊有膠縫和槽口，放射性的裂縫所形成的碎塊也不會(huì)輕易墜落。可以有時(shí)間進(jìn)行拆除、更換。半鋼化玻璃表面較為平整，映像畸變小，較為美觀。

1.3 夾層玻璃

夾層玻璃是在兩片或多片玻璃原片之間，用PVB（聚乙烯醇丁醛）或EVA膜樹脂膠片，經(jīng)過加熱、加壓粘合而成的平面或曲面的復(fù)合玻璃制品。

夾層玻璃的層數(shù)有2、3、5、7層，最多可達(dá)9層，對(duì)兩層的夾層玻璃，原片的厚度常用的有：2＋3（mm）、3＋3（mm）、3＋5（mm）等。

夾層玻璃的透明性好，抗沖擊性能要比一般平板玻璃高好幾倍，用多層普通玻璃或鋼化玻璃復(fù)合起來，可制成防彈玻璃。由于PVB膠片的粘合作用，玻璃即使破碎時(shí)，碎片也不會(huì)飛揚(yáng)傷人。通過采用不同的原片玻璃，夾層玻璃還可具有耐久、耐熱、耐濕等性能。

1.4 中空玻璃

中空玻璃是由兩片或多片玻璃以有效支撐均勻隔開并周邊粘結(jié)密封，使玻璃層間形成有干燥氣體空間的制品。

1.5 夾絲玻璃

夾絲玻璃也稱防碎玻璃或鋼絲玻璃。它是由壓延法生產(chǎn)的，即在玻璃熔融狀態(tài)下將經(jīng)預(yù)熱處理的鋼絲或鋼絲網(wǎng)壓入玻璃中間，經(jīng)退火、切割而成。夾絲玻璃表面可以是壓花的或磨光的，顏色可以制成無色透明或彩色的。

夾絲玻璃的特點(diǎn)是安全性和防火性好。夾絲玻璃由于鋼絲網(wǎng)的骨架作用,不僅提高了玻璃的強(qiáng)度，而且當(dāng)受到?jīng)_擊或溫度驟變而破壞時(shí)，碎片也不會(huì)飛散，避免了碎片對(duì)人的傷害。在出現(xiàn)火情時(shí)，當(dāng)火焰延夾絲玻璃受熱炸裂,但由于金屬絲網(wǎng)的作用，玻璃仍能保持固定，隔絕火焰，故又稱為防火玻璃。

夾絲玻璃厚度分為∶6 mm、7 mm、10 mm， 規(guī)格尺寸一般不小于600 mm×400 mm,不大于2 000 mm×1 200 mm。

1.6 鈦化玻璃

鈦化玻璃也稱永不碎鐵甲箔膜玻璃。是將鈦金箔膜緊貼在任意一種玻璃基材之上，使之結(jié)合成一體的新型玻璃。鈦化玻璃具有高抗碎能力，高防熱及防紫外線等功能。不同的基材玻璃與不同的鈦金箔膜，可組合成不同色澤、不同性能、不同規(guī)格的鈦化玻璃。

2 公共建筑要慎用鋼化玻璃

事實(shí)表明∶鋼化玻璃作為“安全玻璃”用于人流密集的公共建筑中，存在很大的安全隱患，使業(yè)主和來客，都處于不安全的感覺中。因?yàn)椴恢谑裁磿r(shí)候，不知是哪塊玻璃就會(huì)突然自爆，下來一陣玻璃冰雹，劈頭蓋臉，傷人毀物。所以在人流密集的公共建筑中，不得不采用單片鋼化玻璃時(shí)，一定要慎重對(duì)待，采取必要的安全措施∶

1）鋼化玻璃要進(jìn)行二次熱處理。

2）幕墻下面設(shè)隔離帶，不安排吸引行人和觀眾停留的設(shè)施。室內(nèi)靠墻不設(shè)展位、餐飲、售貨位置。室外停車位要離開墻根，墻根布置綠化或水池。

3）出入口設(shè)雨棚。

4）人流上空布置金屬安全網(wǎng)。

5）貼防爆膜。

3 降低鋼化玻璃的表面應(yīng)力

鋼化玻璃表面應(yīng)力越大，鋼化程度越深，越容易發(fā)生自爆。現(xiàn)在規(guī)定鋼化玻璃表面應(yīng)力不小于90 N/mm，其目的在于減小碎玻璃尺寸大小，從而降低傷害的危險(xiǎn)程度。

但高應(yīng)力伴隨高自爆率，應(yīng)力大于90 N/mm，自爆危險(xiǎn)性大大增加。而實(shí)際上，只要爆炸，危險(xiǎn)性就已經(jīng)存在了，玻璃渣大一點(diǎn)小一點(diǎn)已不起決定作用。

4 大型幕墻紛紛采用半鋼化玻璃

廣州電視塔總高度620 m，幕墻高度430 m，幕墻總面積3.2萬m2，由超過5 000塊的三角形板塊組成，采用雙夾層中空∶（8 ra m+1.52 S GP+8 mm-Low-E）+12 A+（8 mm+1.52 S GP+8 mm）。塔身上下粗，中部收小，外形為雙曲拋物面?？紤]到玻璃類型多，高空更換玻璃極為困難，全部玻璃采用半鋼化。

廣州珠江新城西塔為高度432 m的綜合性大樓，立面雙向彎曲。比較過鋼化玻璃和半鋼化玻璃兩個(gè)方案。高空更換玻璃極為困難，防止自爆是大家首要考慮，經(jīng)過論證決定采用（8 mm+1.52 PVB+8 mm）+12 A+10 mm夾層中空玻璃，三片玻璃均為半鋼化。

鋼化玻璃和半鋼化玻璃在國(guó)內(nèi)外很多建筑幕墻都使用過，但香港和國(guó)外工程在高層建筑幕墻上更趨向于采用半鋼化玻璃和其制成的中空玻璃，如上海金茂大廈、香港金融中心二期和美國(guó)西爾斯大廈。而且現(xiàn)在更多地采用半鋼化玻璃制成的夾層中空玻璃，玻璃破碎后有更大的殘余強(qiáng)度，一般情況不會(huì)墜落。香港廉政公署新辦公大樓，大面幕墻采用半鋼化夾膠中空玻璃，并特意在局部采用鋼化玻璃，并設(shè)置明顯標(biāo)志，以便在發(fā)生緊急情況時(shí)室內(nèi)外的人員可以敲碎此處玻璃進(jìn)行逃生和營(yíng)救。因此建議在建筑上的一般部位采用半鋼化玻璃及其組合的夾層中空玻璃；在易遭受撞擊、沖擊而造成人體傷害的部位,選用應(yīng)力大于95 MPa的鋼化玻璃及其組合玻璃。玻璃幕墻下應(yīng)設(shè)置綠化帶或雨蓬，防止路人靠近。總之，設(shè)計(jì)以人為本，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況采用更安全的材料。

5 承重玻璃結(jié)構(gòu)采用單片鋼化玻璃要填重

單片鋼化玻璃雖然稱為安全玻璃，但它有兩個(gè)致命缺陷，使它不宜在承重玻璃結(jié)構(gòu)中采用∶

1）無外部原因的自爆。

2）自爆后飛散,瞬間全部喪失承載力或產(chǎn)生人、物的墜落危險(xiǎn)。

5.1 承重玻璃梁、玻璃柱

全玻幕墻的承重玻璃肋（玻璃柱）、采光頂?shù)牟ＡЯ憾际敲娌ＡУ闹С薪Y(jié)構(gòu)，一旦玻璃梁、柱發(fā)生自爆、飛散，面板失去支持，幕墻或采光頂就會(huì)垮塌，造成嚴(yán)重的后果。

5.2 玻璃地板、玻璃樓梯踏板、玻璃欄板

這些部位不采用單片鋼化玻璃的原因是防自爆，防飛散，防人員墜落。目前不少公共建筑欄板還在用單片鋼化玻璃，這種欄板也發(fā)生過多起自爆后傷人的事件。當(dāng)欄板不能不用單片鋼化玻璃時(shí)，其厚度不應(yīng)小于10 mm，而且隨時(shí)檢查，一旦自爆，要及時(shí)修理更換。

6 采光頂玻璃

采光頂用單片鋼化玻璃還是夾層玻璃目前存在爭(zhēng)議，原因是這兩種玻璃用在采光頂上，都不能保證絕對(duì)安全。單片鋼化玻璃會(huì)自爆，飛散，傷人毀物；但鋼化夾層玻璃自爆后會(huì)發(fā)生撓曲，會(huì)整體落下，也非常危險(xiǎn)，兩種類型的事故國(guó)內(nèi)都發(fā)生過。

兩種玻璃都不理想，宜優(yōu)先選用浮法玻璃和半鋼化玻璃制成的夾層玻璃，因?yàn)榭梢悦獬员鼡Q玻璃的麻煩，而且它們破裂后成大塊碎片，具有一定的剩余承載力和剩余剛度，不會(huì)輕易下垂、拔出、落下，相對(duì)較為安全。

7 采取設(shè)計(jì)施工措施，減少玻璃破裂

目前工程中大量玻璃破碎，有因玻璃自爆，有因溫度變化，真正受到強(qiáng)風(fēng)、地震作用而損壞的并不多。大量破損都是可以通過設(shè)計(jì)和施工措施來減少的。

1）設(shè)計(jì)方面原因

①玻璃支承點(diǎn)太多。由于建筑要求玻璃大面積，采用六點(diǎn)、八點(diǎn)或四點(diǎn)、六點(diǎn)再加一對(duì)邊支承。這樣多的支承點(diǎn)受力不均勻，很容易使玻璃開裂；

②支承處約束過強(qiáng)，點(diǎn)支承頭無鉸，玻璃入槽卡得太緊，玻璃板轉(zhuǎn)動(dòng)困難；

③板縫太小，玻璃膨脹后頂死。

2）施工方面原因

①邊緣處理。有些玻璃未細(xì)磨邊，未倒棱；甚至有些玻璃根本沒有磨邊，崩邊、崩角也不處理，這就容易發(fā)生自爆或破裂；

②強(qiáng)迫安裝。玻璃鋼化后不平，多點(diǎn)支座也不找平，高高低低，裝不上硬裝，安裝處應(yīng)力太大，造成玻璃大量自爆或破裂；

③安裝玻璃的金屬槽太窄，混凝士、花崗巖表面緊靠玻璃表面，玻璃變形受限；

④玻璃墊片太薄，有些甚至只有2 mm，玻璃一膨脹就頂死槽底；

⑤填縫膠不合格，硬化無彈性。

3）玻璃受熱不均勻，玻璃在熱脹冷縮下破裂。

4）玻璃幕墻所依附的主體結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載等作用下產(chǎn)生的層間變化使玻璃破裂。

8 小結(jié)

沒有絕對(duì)意義上的安全玻璃，使用玻璃都有一定風(fēng)險(xiǎn)。我們可以通過合理選用玻璃類型，加上必要的設(shè)計(jì)和施工等措施，來實(shí)現(xiàn)玻璃最大限度的安全使用。