一、概述 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。
一、概述
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。
2003年8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。
2006年7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。
2007年5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。
2006-2007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?
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69N/mm2~90N/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。
(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。
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。
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。