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【幕墙/设计】幕墙玻璃的安全选用

2015-8-24 浏览次数:329次 作者:万林

提要:玻璃的安全选用是幕墙建筑设计和结构设计的一个关键问题。安全玻璃只是人为的划分,安全玻璃种类不同,性能也不同,不能简单一句话:幕墙要用安全玻璃。应根据幕墙各个部位的不同要求选用不同的玻璃。

一、概 

  玻璃幕墙设计和施工中的一个关键问题是合理选用玻璃。

  玻璃是非常脆性的材料,所以不可能有绝对安全的玻璃。在建筑中采用玻璃就必然有一定的风险。安全玻璃只是一个人为的名称,一般是指对人身伤害风险相对较小的玻璃(通常指钢化玻璃和夹层玻璃)。还有些国家没有采用安全玻璃这个敏感的名称。  由于没有绝对安全的玻璃,玻璃的安全只能是相对而言,因此应根据幕墙不同部位的功能要求,合理选用玻璃,争取最大限度的使用安全,使人身和财产损失的风险降到最小。

  笼统规定幕墙一定要用安全玻璃不一定恰当。幕墙情况千变万化,不能简单一句话,一刀切。幕墙某些部位采用单片钢化玻璃反而更危险;某些情况下幕墙全部采用夹层玻璃就会成为火灾时的烈焰牢笼。

  事实上,近几年来发生伤人毁物事故的玻璃几乎都是属于安全玻璃的单片钢化玻璃;而列入非安全玻璃的半钢化玻璃幕墙却没报道过安全事故问题。甚至于铺天盖地用浮法玻璃的普通玻璃窗,也没有听说象钢化玻璃那么些耸人听闻的事故报道。安全还是不安全,恐怕要重新考虑了。

二、钢化玻璃

(一)近年来钢化玻璃引发幕墙事故频发

  进入二十一世纪,由于方方面面的原因,玻璃幕墙成了钢化玻璃的一统天下,凡是幕墙玻璃一律钢化成了舆论的主流,上世纪八、九十年代广泛采用的半钢化玻璃退出历史舞台。似乎钢化万能,从此天下无事了。

  然而近年来钢化玻璃事故频发,产生许多人身伤害和财产损失的事实却无情地否定了钢化就是安全的观点。被称为非安全玻璃的半钢化玻璃不出事故,号称安全玻璃的钢化玻璃却频频出问题的事实,不能不引起人们的反思。

  20038月,天津某商厦5楼一块2m2的钢化玻璃突然自爆,砸伤一位音乐教师的左手,致残而无法再演奏,赔偿6600元。
  20067月,上海江宁路一座大厦36楼钢化玻璃爆炸,一对情侣被砸伤,还砸坏了一辆正在行驶的丰田汽车。
  20075月,济南一酒店玻璃自爆,冰雹般的碎粒水平飞出六、七米。而仅仅几分钟前,国家少年乒乓球队队员正好通过,真是不幸中的大幸。
  2005年,南宁某会展中心钢化玻璃先后自爆五十余片,有些从会场中央二十多米上空凌空开花。而当时东盟博览会即将开幕,各国首脑云集。为达到保证绝对安全的要求,不得不以高昂的代价全部贴上特种防爆膜。其造价远超当初建议采用的夹层玻璃。

  2006年新建成的一座博物馆观光电梯玻璃凌空爆炸,把下面咖啡厅的玻璃桌砸个粉碎,幸好事件发生在下午6点,闭馆时间已过,否则结果难料。现在不得不把玻璃全部改为铝板,观光电梯不再观光。
  2007年北京某某广场多片玻璃自爆,飞出六、七米后砸伤三人,还砸坏城铁车站的玻璃顶盖。
  20062007年,山东某机场钢化玻璃已自爆29块。
  2005年,刚建成的济南山东一公司办公楼自爆十余块玻璃,还砸坏了一把手的宝马爱车。
  2004至今,深圳有座办公楼钢化玻璃以每年40块的速度自爆,2007年上半年爆了二十多块,还伤了人,至今仍在自爆中。
  不用再列举更多的例子了,相反的,从九十年代开始使用的半钢化玻璃,虽然不是安全玻璃,但至今还没有听到发生事故的案例。两者相比,不令人反思吗?

(二)钢化玻璃自爆无可避免

  自爆是钢化玻璃的特性,无可避免,这是业内人士的共识。为了降低自爆率,只能是优选玻璃原片和进行二次热处理。即使如此,1‰的自爆率已经是极限,无法再降了。千分之一、二的自爆率已属优质产品,这就意味着一个工程爆个几块、十几块是完全正常的现象,大家不会觉得奇怪。

  但是哪怕爆一块玻璃,也会有可能伤人毁物,产生严重的后果。何况行业以外人士不知这是正常情况,会闹得满城风雨,媒体会到处炒作,小事化大,使得幕墙厂家难以招架。

  自爆的玻璃必须更换,但更换的费用远远超过玻璃本身,在超高层幕墙和异形幕墙中进行更换,更是困难和危险。

  何况一旦发生自爆,就意味着今后还可能有类似事件发生,何时、何处却不得而知,使人们失去安全感。每次事故分析,业主总是忧心忡忡地问:还炸吗?,我们只能无奈地回答:还可能,还没有达标呢。 

(三)公共建筑要慎用钢化玻璃

  几年来事实已经表明:钢化玻璃作为安全玻璃用于人流密集的公共建筑中,存在很大的安全隐患,使业主和来客,都处于不安全的感觉中。因为不知在什么时候,不知是哪块玻璃就会突然自爆,下来一阵玻璃冰雹,劈头盖脸,伤人毁物。

  所以在人流密集的公共建筑中,不得不采用单片钢化玻璃时,一定要慎重对待,采取必要的安全措施:
  1.钢化玻璃要进行二次热处理。
  2.幕墙下面设隔离带,不安排吸引行人和观众停留的设施。室内靠墙不设展位、餐饮、售货位置。室外停车位要离开墙根,墙根布置绿化或水池。
  3.出入口设雨棚。
  4.人流上空布置金属安全网。
  5.贴防爆膜。

(四)降低钢化玻璃的表面应力

  钢化玻璃表面应力越大,钢化程度越深,越容易发生自爆。现在规定钢化玻璃表面应力不小于90N/mm2,其目的在于减小碎玻璃尺寸大小,从而降低伤害的危险程度。

  但高应力伴随高自爆率,应力大于90N/mm2,自爆危险性大大增加。而实际上,只要爆炸,危险性就已经存在了,玻璃渣大一点小一点已不起决定作用。

  我们能不能换个思维方式:首先避免或减少自爆发生的危险性,然后再谈玻璃渣的大小。只要不炸了,就不存在大颗或小颗的问题了。

  现行玻璃标准回避了这个问题。表面应力大于90N/mm2的玻璃是钢化玻璃,符合现行标准;表面应力小于69N/mm2的玻璃是半钢化玻璃,也符合现行标准。可是表面应力为69 ~90N/mm2的玻璃,却什么也不是,不允许使用。其实应力低于90N/mm2的玻璃自爆率较低,危险性较小,有什么不好呢?至于这些玻璃叫什么不是重要问题,也可以叫准钢化玻璃,只要实际上对安全有好处就可以了,可以放手让大家使用,在使用中进一步总结经验。

三、半钢化玻璃

(一)半钢化玻璃的特点

  半钢化玻璃热处理类似于钢化玻璃,但钢化程度低,控制其表面应力不大于69N/mm2。半钢化玻璃不属于目前定义的安全玻璃

  半钢化玻璃表面应力低,所以不存在自爆的危险,不受外界影响时,它决不会自行爆炸,所以从这个意义来说,它比钢化玻璃要安全。即使在外力作用下破碎,由于周边有胶缝和槽口,放射形的裂缝所形成的碎块也不会轻易坠落。可以有时间进行拆除、更换。

  半钢化玻璃表面较为平整,映像畸变小,较为美观。

(二)半钢化玻璃已有长期应用的经验

  由于半钢化玻璃有上述优点,所以在港澳和国外的玻璃幕墙中已经有很长的应用历史,目前不少工程仍在应用。国内在1990~2000年期间,不少工程采用半钢化玻璃,至今情况良好。

  1996年建成的广州市长大厦,中空玻璃的外片采用比利时6mm金黄色镀膜半钢化玻璃,内片采用南玻6mm浮法玻璃;1997年建成的广东省公安指挥中心高110m,采用美国6mm银灰色镀膜单片半钢化玻璃;1999年建成的青岛光大银行为半钢化中空玻璃,外片为6mm美国产银灰镀膜玻璃。上述笔者经手的几个工程,至今十年过去,并未发生玻璃破碎的安全事故。

  九十年代建成的北京新东安市场采光顶,采用半钢化夹胶(本体绿玻璃加白玻),至今未发现有自行破碎的板块。

  半钢化玻璃相对而言,安全性是较高的。

(三)大型幕墙纷纷采用半钢化玻璃

  莫斯科俄罗斯联邦大厦屋面高度达341m,为欧洲的最高建筑,由美国设计,中建公司总承包,沈阳远大承担玻璃幕墙工程。考虑到工程位于万里之外,一旦玻璃自爆,进行更换、维修成本极为昂贵,因此决定本工程全部采用半钢化玻璃。其中透光部分为夹层中空(6mm+1.14PVB+6mm+16Ar+8mm,三片玻璃均为半钢化;不透光部分为8mm蓝天白云彩釉印花单片玻璃,也是半钢化。

  目前在建的广州电视塔为世界最高的独立塔。总高度620m,幕墙高度430m,幕墙总面积3.2万平方米,由超过5000块的三角形板块组成,采用双夹层中空:(8mm+1.52SGP+8mmLow-E+12A+8mm+1.52SGP+8mm)。塔身上、下粗,中部收小,外形为双曲抛物面。考虑到玻璃类型多,高空更换玻璃极为困难,全部玻璃采用半钢化。

  广州另一个在建工程——广州珠江新城西塔,为高度432m的综合性大楼,立面双向弯曲。比较过钢化玻璃和半钢化玻璃两个方案。高空更换玻璃极为困难,防止自爆是大家首要考虑,经过论证决定采用(8mm+1.52PVB+8mm+12A+10mm夹层中空玻璃,三片玻璃均为半钢化。

四、承重玻璃结构采用单片钢化玻璃要填重

  单片钢化玻璃虽然称为安全玻璃,但它有两个致命缺陷,使它不宜在承重玻璃结构中采用:
  1.无外部原因的自爆;
  2.自爆后飞散,瞬间全部丧失承载力或产生人、物的坠落危险。

(一)承重玻璃梁、玻璃柱

  全玻幕墙的承重玻璃肋(玻璃柱)、采光顶的玻璃梁都是面玻璃的支承结构,一旦玻璃梁、柱发生自爆、飞散,面板失去支持,幕墙或采光顶就会垮塌,造成严重的后果。北京就发生过由于玻璃肋自爆导致大堂全玻幕墙垮塌的事故。

  玻璃梁,肋等宜采用夹层玻璃。点支承时宜采用钢化夹层玻璃;经计算支承点应力许可时,也可以用半钢化夹层玻璃。如果全玻幕墙高度大于8m,采用夹层玻璃有困难时,宁愿采用浮法玻璃肋。浮法玻璃肋虽然不是安全玻璃,不能保证绝对安全,但至少不会突然自爆。而且它即使在外部因素作用下破裂时,也不会突然飞散消失,它会破碎后位于原地,临时支撑一下面板,以便抢修,不至于发生面板倒塌的重大事故。

(二)玻璃地板、玻璃楼梯踏板、玻璃栏板

  这些部位不采用单片钢化玻璃的原因是防自爆,防飞散,防人员坠落。目前不少公共建筑栏板还在用单片钢化玻璃,这种栏板也发生过多起自爆后伤人的事件。当栏板不能不用单片钢化玻璃时,其厚度不应小于10mm,而且随时检查,一旦自爆,要及时修理更换。 

五、 采光顶玻璃

  采光顶用单片钢化玻璃还是夹层玻璃目前存在争议,原因是这两种玻璃用在采光顶上,都不能保证绝对安全。单片钢化玻璃会自爆,飞散,伤人毁物;但钢化夹层玻璃自爆后会发生挠曲,会整体落下,也非常危险,两种类型的事故国内都发生过。

  两种玻璃都不理想,只有在两者之中求其危险较轻者。5m高度以下可以采用单片钢化玻璃。其它情况下还是用夹层玻璃为好。为防止夹层玻璃整体落下,玻璃分格不宜大于1.6m×1.6m;玻璃入槽深度不宜小于22mm。对于框支承玻璃,宜优先选用浮法玻璃和半钢化玻璃制成的夹层玻璃,因为可以免除自爆更换玻璃的麻烦,而且它们破裂后成大块碎片,具有一定的剩余承载力和剩余刚度,不会轻易下垂、拔出、落下,相对较为安全。

六、不要让房子变成火的牢笼

  由于对幕墙要用安全玻璃的内含理解不全面,有些工程整座房屋的幕墙全部采用夹层玻璃。夹层玻璃不怕强力冲击,碎而不破,不会飞散,可以称作安全玻璃,但如果整座建筑的外墙都采用夹层玻璃,又没有设置足够的疏散通道和自动消防设备,一旦火灾就会出现门窗封死,逃生无门的危险局面。

  特别是主要依靠外部消防的公共场所和低层办公、住宅建筑,如果全部采用夹层玻璃,一旦发生火灾,消防人员无法击碎玻璃进行抢救,里面受困人员无法破窗逃生,安全玻璃就变成了安全大患。因此,这些建筑的幕墙必须部分采用单片玻璃作为紧急出口,并做出明显标记。

七、点支承玻璃

  点支承玻璃在支承点(包括钢爪支承和夹板支承)会产生很大的局部应力,浮法玻璃强度低,难以承受,宜采用强度高的钢化玻璃及其制品。优先考虑采用钢化夹层玻璃和钢化中空夹层玻璃。当然,经过计算,如果支承点的应力较小,选用半钢化夹层玻璃更为有利。

  中空玻璃中的夹层玻璃宜放在室内侧。采用点支承单片钢化玻璃同样要注意其自爆问题。

八、防火玻璃

  玻璃幕墙和采光顶所用的防火玻璃应采用单片铯钾玻璃。它主要用于:
  1.有透光要求的层间的水平防火墙(高800mm)和楼层中防火墙左右两侧的透明竖向防火墙(左右各宽1.0m)。
  2.有美观透明要求的层间防烟封堵。
  3.楼层中划分两个防火分区的透明防火墙。
  4.连层的室内天井周边的防火包封。

  防火铯钾玻璃可以有1.0小时~2.5小时的耐火性能,而铝型材熔点低,耐火性能差,不能作为防火玻璃的支承结构,防火玻璃通常由钢结构支承,必要时钢结构还附加防火被覆。

  深圳电视中心透镜型白玻外幕墙,为取得全透明的效果,其层间防烟封堵就不用岩棉,代之以8mm厚的铯钾防火玻璃。

  北京电视中心中央有一个31m×36m,高近200m的大天井,由于防火安全的要求,周边用防火玻璃墙包封,大天井成为独立的防火分区。在建的广州西塔(高430m)也有一个三角形的连层大天井,其中一部分也要采用防火玻璃包封。

九、采取设计施工措施,减少玻璃破裂

  目前工程中大量玻璃破碎,有因玻璃自爆,有因温度变化,真正受到强风、地震作用而损坏的并不多。大量破损都是可以通过设计和施工措施来减少的。

(一)设计方面原因

  1.玻璃支承点太多。由于建筑要求玻璃大面积,采用六点、八点或四点、六点再加一对边支承。这样多的支承点受力不均匀,很容易使玻璃开裂。
  2.支承处约束过强,点支承头无铰,玻璃入槽卡得太紧,玻璃板转动困难。
  3.板缝太小,玻璃膨胀后顶死。笔者最近在西藏林芝看到一个办公楼的单玻隐框幕墙,30%以上的玻璃碎裂,许多裂缝平行于板缝,玻璃被挤压向外拱起。这由于板缝宽度不到8mm,西藏日夜温差大,白天阳光下玻璃膨胀,板缝窄,嵌缝胶又硬化,玻璃平面内变形受限,只有外拱破裂。

(二)施工方面原因

  1.边缘处理。有些玻璃未细磨边,未倒棱;甚至有些玻璃根本没有磨边,崩边、崩角也不处理,这就容易发生自爆或破裂。
  2.强迫安装。玻璃钢化后不平,多点支座也不找平,高高低低,装不上硬装,安装初应力太大,造成玻璃大量自爆或破裂。
  3.安装玻璃的金属槽太窄,混凝土、花岗岩表面紧靠玻璃表面,玻璃变形受限。
  4.玻璃垫片太薄,有些甚至只有2mm,玻璃一膨胀就顶死槽底。
  5.填缝胶不合格,硬化无弹性。 

十、小结

  没有绝对意义的安全玻璃,使用玻璃都有一定风险。可以通过合理选用玻璃类型,加上必要的设计和施工措施,来实现玻璃最大限度的使用安全。

【作者:赵西安】