玻璃幕墙安全性浅析

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【摘要】：本文分析了玻璃幕墙碎落的原因，并提出了控制办法。

【关键词】：玻璃幕墙、玻璃自爆、施工管理

随着时代的进步，社会城市化变迁，玻璃幕墙逐渐在城市中发展壮大。玻璃幕墙具有独特的通透性，融会建筑美学、建筑力学、建筑节能及使用功能因素于一体，从而使建筑物在不同角度映现出不同的风景，伴随着周围环境的变化更能给人们一种动态的美；同时它可以减轻建筑物的自身重量，缩短建设工期，为工程的建设和使用增值。目前，中国已经成为玻璃幕墙最大的生产使用国。在高兴的同时，种种事故也给我们敲响了警钟，让我们意识到玻璃幕墙也存在不安全性。

2006年7月31日，上海中信泰富大楼一处幕墙玻璃突然自爆，砸坏了一辆行驶中的车辆，还造成两人受伤。

2009年03月02日晚上，上海中信泰富大厦36层幕墙玻璃自爆。

2011年05月18日中午，上海浦东时代金融中心大楼的一块玻璃幕墙突然从46层约190米高处，自爆破碎并被吹落飞散，砸中下方停车场内的车辆，造成50多辆车不同程度损坏。

2011年05月18日傍晚，陕西北路近延安中路处的科恩国际中心大楼，也发生了外墙玻璃坠落事故，途经的2辆机动车被玻璃渣砸到，部分漆面受损。

2011年7月，上海曹杨路中山北路的长城大厦一块玻璃自爆，碎玻璃散落一地，所幸无人员受伤。

2011年8月，位于南京西路恒隆广场商务楼西侧底楼一块玻璃碎裂，玻璃渣撒了一地。

2013年4月，上海浦东银城中路时代金融中心48楼，一块爆裂的幕墙玻璃从天而降，玻璃雨砸向底楼停放着的40多辆轿车，车子砸坏不小，所幸无人员伤亡。

不断的事故让大众惊出了一身冷汗，人的生命是第一位的，今后我们真的要戴安全帽出门吗？玻璃幕墙的未来到底何去何从？我们应该先好好分析一下事故发生的原因。

关于幕墙玻璃破碎高空散落问题，具体有很多原因，我们应该根据玻璃破碎的形态特性来分析。

第一种，玻璃面板整片先掉落、后破碎。这主要是玻璃幕墙板片连接失效，尤其可能发生的原因是耐候结构胶的失效，导致整个玻璃面板脱离玻璃幕墙框架。第二种，玻璃面板先破碎、后散落。其破碎有二种不同形态：一种是玻璃板片自身破坏，断裂成几片，一般有4～6片；一种是玻璃板片破碎成很多碎片与颗粒，且呈蝴蝶斑状。前者是玻璃受外力所致，例如瞬间过大的风力、外界突发的撞击力、环境温度变化带来的温差应力；而后者则是玻璃未受外力而产生的自爆。从新闻中我们分析出来，大多数事故的原因是由于玻璃自爆而引起的。

全钢化玻璃自爆，是在无外部直接作用的情况下，破碎成极多的碎片与颗粒，出现 “蝴蝶斑”，玻璃板片中部全部破碎，但框周边粘留有残渣。自爆是玻璃自身的原因，罪魁祸首是钢化玻璃内部的缺陷和杂质。钢化玻璃内部缺陷有：结石、砂粒、气泡、夹杂物、缺口、划伤、爆边等，这种是一般目视即可见，检测相对容易，故生产中完全可以控制。钢化玻璃中的杂质，即指硫化镍颗粒，硫化镍膨胀是导致钢化玻璃自爆的主要原因，无法目测检验。玻璃材料是一种脆性材料，耐压而不耐拉，所以玻璃的大部分破碎是张应力引发的。钢化玻璃中硫化镍晶体发生相变时，体积膨胀，处于玻璃板芯张应力层的硫化镍膨胀使钢化玻璃内部产生更大的张应力，当张应力超过玻璃自身所能承受的极限时，就会导致钢化玻璃自爆。

玻璃在制造过程中，会从玻璃主料石英砂或砂岩中带入镍元素，燃料及辅料中带入硫元素，故会在1400℃～1500℃高温熔窑燃烧熔化过程中形成硫化镍。当温度超过1000℃时，硫化镍以液滴形式随机分布于熔融玻璃液中。当由α晶态转化为β晶态时，体积会膨胀若干倍。如果硫化镍相变没有转换完全，即使自然存放，甚至在正常使用的温度条件下，这一过程仍然继续，只是速度很低而已。其结石颗粒极小μ级，肉眼无法观察到。国内的自爆率各生产厂家并不一致，从3%～0.3%不等。而据德国DIN测试资料，自爆概率为6吨玻璃板片有1片，经热浸处理后，安全虽提高了70倍，仍达400吨1个，即自爆率仍在千分之三至千分之八。自爆与温度、时间的关系虽然不明确，但还是有规律可循，如北方多为夏冬两季，南方夏季则为多发期，而且在使用十年之后仍有发生。简单的说，镍元素在高温状态下非常的小，但在常温状态下，又会慢慢变大，看起来就像安放在玻璃中的一个不定时炸弹。钢化玻璃在加热过程中镍元素会变小，但在急速冷却时并没有来及变回到常温状态时的体型，所以钢化玻璃会自爆。

其次，玻璃破碎还有其它人为设计上的原因。我们看看，由不符规范的设计会导致玻璃破坏的一些因素。一、设计师没有正确选用材料。如未选用安全玻璃：《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003规定钢化玻璃、夹层玻璃、中空玻璃都属于安全玻璃。但是《建筑幕墙工程技术规范》DGJ08-56-2012中则作出了更为详细的规定，框支承玻璃幕墙的面板可采用夹层玻璃、钢化玻璃或半钢化玻璃；点支承玻璃幕墙的面板应采用夹层玻璃或钢化玻璃；由玻璃肋支承的全玻璃幕墙，玻璃肋宜选用夹层玻璃或夹层钢化玻璃；索网幕墙可采用夹层玻璃。如结构耐候胶选择错误，没有选用中性硅酮结构胶。二、结构设计师计算错误，如风压取值有误，导致玻璃无法承受正常使用极限状态，玻璃变形超标；结构胶计算错误，宽度不够，导致粘结失效，抗拉超标。三、幕墙构造有误。如隐框玻璃面板下未设置托条，导致结构胶直接受剪，抗剪失败时，在重力作用下坠落；层间位移不合理的，引起的分隔框变形过大，出现边缘挤压；玻璃边缘至边框槽底的间隙太小，没有考虑玻璃的温度变形等等。

最后玻璃幕墙系统在施工、运输及安装上的也会发生一些问题。如隐框玻璃幕墙采用的构造，玻璃面板通过中性硅酮结构胶直接粘贴在铝合金副框上。硅酮结构胶自身质量参差不齐，同时对结构胶打胶的温度湿度及养护时间都有严格要求，种种人为原因，未按要求施工导致硅酮结构胶的老化、失效，导致玻璃的坠落。

幕墙的运输及安装也是确保幕墙安全的一个重要环节。不按规范的运输，导致玻璃板块的损坏。有些幕墙系统是靠压板起固定玻璃的作用，承受风荷载，特别是浮点式玻璃幕墙系统、点爪式玻璃幕墙系统，如果玻璃的受压点不均匀，玻璃在安装时就存在着安装应力，一旦出现其他外部因素，在共同作用下玻璃发生挤压而产生自爆。

幕墙的不安全性的控制关键还是个管理的问题，发生事故多数是人为的失控。如材料质量下降；例如没有选用优质原片，在制造玻璃原材料质量控制下降，杂质增多导致自爆率增大；不锈钢牌号选用错误，材料成份不达标，防锈蚀性能不佳。市场材料有伪劣产品，谨防以次充好。

目前，幕墙造价偏低。市场多低价竞标，甚至有低于成本的情况。这种状况促使工程承包商，偷工减料、降低材料质量成本。有些幕墙承建商管理品质偏低，管理不善。工程师职业道德规范缺失，一味地追求利润和雇主利益，放弃了对社会公共安全、幸福的责任。

玻璃幕墙的安全性问题是一个系统工程，应从系统上分析、过程上控制，以设计、材料、加工、安装、监理、质检、法规上理念上、责任制上全面贯彻。

现代社会是一个充满先进技术、先进生产与生活方式的社会，更是一个充满现代“风险”的社会，而有能力承担风险是现代人应有的素质。玻璃幕墙安全性是一个全过程控制，是一个系统工程，必须处理好各类关系。专业工程人士应当在工程实践中考察风险、研究风险，规避风险。玻璃幕墙的存在有其合理性，是一个社会的产物，必然在未来还有发展的空间。作为一个社会人，所有的职能部门都应尽职尽责，给大家一个美丽而安全的玻璃幕墙。

作者介绍：张欣，女，中国建筑装饰协会高级幕墙设计师、一级建造师。