1. 引言
玻璃幕墻由支承結構體系與玻璃組成,是當代一種新型墻體形式,它將建筑美學、建筑功能、建筑節能和建筑結構等因素有機地統一起來,呈現出現代美感。玻璃幕墻與其他墻體材料比較,具有自重輕、通透性好等優點。近年來,隨著中空玻璃(詞條“中空玻璃”由行業大百科提供)的廣泛使用,尤其是新型鍍膜玻璃--低輻射鍍膜玻璃(Low-E玻璃)在玻璃幕墻上的應用,玻璃幕墻的保溫性能大幅提高。
我國從1984年最早引入玻璃幕墻到成為全球最大的市場,僅用了不到20年時間。到21世紀初,中國已有玻璃幕墻兩億平方米,占全世界85%,成為世界第一玻璃幕墻生產和使用大國。隨著玻璃幕墻使用年限的增加,大量的幕墻玻璃超期服役,玻璃幕墻所帶來的風險不斷增加。尤其對于隱框玻璃幕墻而言,幕墻玻璃完全依靠硅酮結構密封膠(以下簡稱“硅酮膠”)粘接在副框上,一旦硅酮膠老化或粘接失效,玻璃板塊將失去粘附力而引發玻璃墜落事故。近年來,玻璃幕墻因粘接失效造成的安全事故時有發生,引起了有關部門的高度重視,國家及各地市相繼出臺對超期服役玻璃幕墻進行安全檢查的文件。
然而,粘接不同于傳統機械連接,僅以肉眼觀測或簡單的抽樣無法表征材質劣化衰變程度。此外,已經應用于工程的硅酮膠一旦固化便很難再按照產品標準進行實驗室力學性能測試。近年來,中空玻璃的廣泛使用,給玻璃幕墻粘接可靠性檢測提出更高的要求。因為,隱框玻璃幕墻所用中空玻璃在合片時也使用了硅酮膠,因此,使用了中空玻璃的幕墻工程其粘接可靠性檢測既包括幕墻粘接用硅酮膠的粘接可靠性檢測,也包括中空玻璃合片用硅酮膠的粘接可靠性檢測。這些都大大增加了現代既有玻璃幕墻工程(詞條“玻璃幕墻工程”由行業大百科提供)安全鑒定的難度。
近年來,越來越多的研究人員投入既有玻璃幕墻粘接可靠性安全檢測方法的研究工作,但是,國內還沒有成熟的針對既有玻璃幕墻中空玻璃粘接可靠性檢測方法的研究。本文將我研究組開展的既有玻璃幕墻中空玻璃粘接可靠性檢測方法的研究成果作了簡要介紹,包括相關設備研制情況的介紹和工程實例分析。
2. 既有玻璃幕墻中空玻璃粘接用膠現場檢測方法
在既有玻璃幕墻粘接可靠性檢測工作中,目前較為成熟同時被廣泛使用的檢測方法是現場切割拉拔法。該方法需將被測玻璃幕墻的玻璃板塊拆解下來,對其鋁型材副框進行切割,并用小型拉拔儀對切割后的鋁型材副框進行拉拔測試,測試目的是檢測玻璃與鋁型材副框粘接用硅酮膠的強度和粘結破壞面積。
然而,現場切割拉拔法在很多時候并不被檢測委托方認可,他們不接受對正在使用的建筑玻璃幕墻進行局部破壞,尤其是很多超期服役的老舊玻璃幕墻工程并沒有備用更換的玻璃面板,因此,一旦拆解便意味著無法及時更換,甚至對一些使用鍍膜玻璃的工程而言,即便更換板塊,也會造成玻璃顏色不一致的情況。
為了解決檢測工作中遇到的上述問題,我們提出既有玻璃幕墻現場原位檢測的思路,旨在既能完成檢測工作,又不會對既有玻璃幕墻造成破壞。
我們研制了氣囊法檢測設備,如圖1所示。該設備的原理是在玻璃幕墻板塊內部安裝一個可延展至板塊同等面積的橡膠氣囊,然后通過氣囊內部不斷充氣給玻璃板塊施加均勻壓力,從而模擬玻璃幕墻受均勻風荷載作用的情況,運用較高精度的位移傳感器(詞條“傳感器”由行業大百科提供)測量施力過程中硅酮膠的位移量,計算硅酮膠位移量占膠體厚度的百分比,并將采集的壓力值與位移量繪制成曲線。為了設備更便于攜帶和安裝,我們用幾個小氣囊串聯的形式實現均勻施壓的目的。位移傳感器放置部位為中空玻璃外片短邊中部和長邊中部,如圖2所示。
該設備安裝簡單,僅需幾根固定鋼梁將氣囊固定于玻璃板塊與副框形成的空腔內,無需戶外吊裝作業,大大降低了檢測成本,保障了檢測人員的安全。該設備無需對被測板塊進行拆解,是委托方樂于接受的檢測方法。該設備可模擬玻璃幕墻板塊均勻受力情況,檢測過程更簡潔,無需使用有限元分析等模擬軟件,因此,檢測結果真實可靠。
3. 既有玻璃幕墻中空玻璃合片用膠現場檢測方法
隨著中空玻璃的廣泛使用,超期服役玻璃幕墻工程也越來越多。對于使用了中空玻璃的幕墻工程,除了粘接用硅酮膠外,中空玻璃合片用硅酮膠同樣關系到玻璃幕墻工程的安全。近年來,中空玻璃外片墜落的事故時有發生,使得中空玻璃合片用硅酮膠的粘結情況受到業界廣泛關注,這也給既有玻璃幕墻粘接可靠性鑒定工作提出了更高要求。由于,中空玻璃尤其是鋼化玻璃不便于切割,且合片用硅酮膠取樣后又不易制備成標準試件,因此,中空玻璃合片用膠的現場檢測方法研究困難重重。目前,國內尚未有針對中空玻璃合片用膠的現場檢測方法,為此,我們著手相關檢測方法的研究。
我們以美國1996年發表的STP 1286《硅酮結構密封膠玻璃粘接裝配:關于在役其過程中的安全性評估》研究報告為研究基礎。該報告的重點在于運用有限元分析軟件,建立與均勻荷載下應力分布等效的點荷載模型,設計逐級加載的現場試驗裝置,測定硅酮膠對荷載的響應。
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