2. 隱框玻璃幕墻的安全措施
(1) 控制隱框玻璃幕墻的使用高度
目前我國內地大量采用隱框玻璃幕墻,而且高度不斷增長,最高的廣州國際金融中心已達435m。由于隱框玻璃完全靠硅酮結構膠粘接,又沒有金屬件固定,影響安全的因素很多,因此應當對其使用高度適當控制。
在日本,幾乎看不到全隱框玻璃幕墻,基本上都采用明框和半隱框玻璃幕墻。歐洲和美國大體上也是這樣的情況。
因此JGJ 102 規范的新版本作出了規定,高度100m 以上的玻璃幕墻不宜采用隱框做法。也就是說,高度超過100m的玻璃幕墻要用明框、半隱框的做法。
(2) 控制板塊的尺寸
現在許多工程的隱框板塊,尺寸非常大,對幕墻的安全十分不利。如廣州國際金融中心,高度435m,頂部板塊尺寸達6.0mX2.0m,標準板塊尺寸為4.5mX1.5m(圖4);福州福建大劇院隱框板塊尺寸達6.0mX2.0m(圖5)。這些板塊承受的風力使得膠縫寬度大到無法接受的程度,最后只得采用超高強度結構膠SS922才能過關。
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為保證使用安全和設計施工的合理性,一般情況下隱框板塊的面積不宜超過2㎡。超過4㎡的大板塊,使用一定要十分慎重。
(3)隱框板塊應底部加金屬承托
結構密封膠(詞條“結構密封膠”由行業大百科提供)不宜長期受力,隱框板塊必須底部加托承受玻璃自重。中空板塊的底托要托住外玻璃(圖6)。
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無托無墊將使結構膠受長期荷載,萬一結構膠失效時,玻璃板塊就會脫落。
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(4) 外露金屬件提高隱框板塊的安全性
為加強隱框板塊的安全性,可以設置外露金屬固定件。倒掛隱框板塊應設外露金屬固定件。
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(5) 倒掛玻璃不應采用隱框板塊
倒掛和反斜隱框玻璃板塊的自重,要由結構膠承受,結構膠處于長期受力狀態,這是非常不安全的。因此JGJ 102 規范新版本規定,倒掛玻璃不應采用隱框方式,可以采用明框或半隱框玻璃。
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(6) 防止PVB夾膠玻璃整片彎曲下垂脫落
目前夾層玻璃大多采用PVB膠片作為中間層,這種膠片比較柔軟,強度低,一旦鋼化玻璃碎成粒狀后就失去后期強度,整片玻璃板塊發生大的平面外變形,下垂或外突。變形過大,玻璃板塊就會從金屬框中拔出,或沿附框(詞條“附框”由行業大百科提供)邊緣撕開,很容易整塊墜落(圖10、圖11)。
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2011年11月,浙江義烏某服裝商場采光頂的PVB夾層玻璃爆裂后整塊下垂,隨即掉下,砸傷在中庭的五名兒童,其中一名五歲幼兒腿部撕開受重傷。
如果采用離子性中間膜(商品名SGP膜)夾層玻璃,由于具有很高的剩余強度和剛度,將不會發生這樣的墜落事故。
(7) 對邊支承的玻璃板塊要防止拔出脫落
JGJ 102 規范新版本對周邊支承的玻璃面板設計做出了詳細的規定,但在工程中常常采用部分邊緣支承的板塊,特別是對邊支承的玻璃板塊。這種板是簡支板,兩對邊是支座,另外一組對邊自由,沒有支承。一旦受力過大,彎曲變形過大,就非常容易從邊框脫出,整塊掉下。
2012年5月25日,首都機場第三航站樓E區候機廳一塊2.4mX3.2m,面積約8㎡的夾層中空玻璃突然掉下,在地面上摔得粉碎(圖12、圖13)。玻璃為(10mm+2.24PVB+10mm)+12A+12mm,三片玻璃全鋼化,上下對邊明框支承,左右兩邊自由無支承,注膠(詞條“注膠”由行業大百科提供)密封。由于玻璃幕墻向外傾斜,板塊尺寸過大,一旦玻璃自爆,玻璃的自重將使夾層玻璃彎曲下垂,從槽口中拔出,整片掉下。
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為防止類似的事件再次發生,應控制玻璃的尺寸,加大玻璃的入槽深度,加固明框的外壓片。
二、 鋼化玻璃的自爆問題
1. 鋼化玻璃和半鋼化玻璃(詞條“半鋼化玻璃”由行業大百科提供)
將浮法玻璃加熱至軟化溫度后急劇冷卻就成為鋼化玻璃,其強度可以達到浮法(詞條“浮法”由行業大百科提供)玻璃的4~5倍。鋼化玻璃表面的壓應力大于70N/m㎡,應力越大,破碎后形成的玻璃顆粒越小。我國相關規定為大于90N/m㎡,目的是追求小顆粒以保安全。但事與愿違,應力提高反而大大提高了玻璃的自爆概率。
當玻璃的表面應力大于70N/m㎡時有可能出現自爆現象,即無任何外界作用也可能自行爆裂。自爆是鋼化玻璃的固有特性,主要由硫化鎳雜質引起。通常1%~3%的自爆概率被認為是可以接受的。雖然可以采取技術措施降低其自爆概率至千分之一,但不可能保證做到完全不自爆。
2.年來自爆事故頻頻發生
2003年以后,按照有關規定幕墻停止使用半鋼化玻璃,代之以鋼化玻璃。而且還規定鋼化玻璃的表面應力不得小于90N/m㎡。這種高應力的玻璃導致自爆事故頻頻發生,對生命和財產安全構成威脅。
2005年一座大型會展中心的幾道高達30余米的防火玻璃隔斷,鋼化銫鉀單片玻璃自爆五十余片,給即將召開的國際會議帶來重大危險,不得不采取應急防護措施。
2006年起,某大型博物館觀光電梯和外墻鋼化玻璃陸續自爆三十余片,一直無法徹底解決,2008年奧運會期間只得提心吊膽地接待外國首腦參觀。
深圳一座辦公樓從2004年開始以年均40片的速度自爆,至今已爆一百多片,其間還傷過人。北京某某廣場建成三年,玻璃自爆二百多塊,碎片飛出七八米,傷了人,也砸了下面的車站玻璃頂。
近年來一些新建的機場,航站樓的鋼化玻璃自爆事件時有發生,甚至連投入使用不久的中心樞紐機場都難以避免。
2011年7月,一些大城市如上海、廣州,迎來了一個玻璃自爆的高發月,僅上海一地,7月份近10座建筑爆裂了幾十塊玻璃,引起媒體一片嘩然。
至于一般工程,類似的例子就太多了。這幾年自爆已經成為一種威脅,不安全的陰影揮之不去。
而且,即使采用夾膠、貼膜等防傷害措施,使得自爆后不發生安全事故,但是要更換破碎的玻璃不但施工費用高昂,而且在體型復雜、超高建筑(詞條“超高建筑”由行業大百科提供)上進行作業十分危險,難以承受。
3. 采取措施減少鋼化玻璃的自爆事件
這幾年幕墻玻璃破碎的事例幾乎都是由鋼化玻璃自爆而產生,很少聽說是由用戶撞擊、人為破壞而發生的。從客觀事實出發,我們是否應當改變一下思路,不要只盯著玻璃破碎后的塊塊大小尺寸,而轉到首先讓玻璃不要想爆就爆,把重點放到防止玻璃自爆上面來。
認為自爆后玻璃顆粒是“玻璃雨”,不會產生大的傷害的觀點,已被事實否定了。這些顆粒決不是溫柔的小雨,而是劈頭破臉、砸車碎物的可怕冰雹。從高處飛下的玻璃顆粒具有巨大的速度,如同子彈,尺寸雖小卻具有極大的破壞力。對于大量百米以上高度的建筑而言,碎片的大小尺寸已經沒有決定性意義了,防止玻璃突然破碎才是當務之急。
因此新修訂的 JGJ 102規范規定:幕墻所用的鋼化玻璃應為均質鋼化玻璃。鋼化玻璃經過均質處理后,自爆率可降低至0.1% ~ 0.3%。大大降低了現場的玻璃自爆概率,大大減少玻璃更換和維護的費用。
JGJ 102 規范新版本還提出推廣使用低鐵超白玻璃。低鐵玻璃對石英砂、純堿(詞條“純堿”由行業大百科提供)等原料的純凈度有更高的要求,而且增加了除鐵工序,從而也大大降低了雜質鎳的含量,相應也降低了產生自爆的硫化鎳雜質顆粒的含量,使自爆的概率可降低到0.01% ~ 0.03%的程度.
三、 超白玻璃的工程應用
1. 采用超白玻璃是減少自爆的有效途徑
減少自爆發生的途徑可以有:
(1) 采用半鋼化玻璃,比鋼化玻璃表面應力較低,基本上不會發生自爆;
(2) 采用鋼化超白玻璃,超白玻璃所含雜質少,自爆很少發生。
減低自爆概率,又符合目前相關規定的最有效的途徑還是采用鋼化超白玻璃
超白玻璃,即低鐵玻璃。為了超白,減低綠顏色,就得采用降鐵工藝。降鐵的同時,鎳也降了下去。這樣一來,硫化鎳的雜質也大大減少,鋼化以后,自爆率大大降低。超白玻璃鋼化后的自爆率可降低到萬分之一,甚至更低。
自爆后更換玻璃代價太高昂。雖然超白玻璃要比普通玻璃價格高一些(大概30%~50%),但是折合到幕墻上,每平米也就貴百十來塊錢。不爆玻璃比什么都好。
玻璃一旦破裂,雖然玻璃只值幾百幾千元,但在幾百米高空換玻璃,可能要花幾十萬元。特別是現在興建大量海外工程,萬里之遙去換一塊玻璃,實在是難以辦到的。
2. 超大熱彎鋼化夾膠超白玻璃
我國已經生產世界最大尺寸的熱彎鋼化夾膠超白玻璃,為玻璃結構在實際工程中應用提供了物質條件。
目前國外生產的熱彎鋼化夾膠玻璃的長度一般不超過6米。2010年3月,世界第一片超大熱彎夾膠鋼化超白玻璃在北京試制成功,為15mm+2.28SGP+15mm,尺寸為12.8mX2.6m(圖13、圖14)。超白玻璃原片由山東金晶生產,北京北玻合片。
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蘋果上海店用了12塊超白夾膠熱彎鋼化玻璃,12.6mX2.6m。采用三片12mm鋼化玻璃,SGP膜,膜厚度為1.54mm。國內原片,北玻合片,每片玻璃價格約RMB100萬元。而2011年新紐約蘋果店建成,玻璃高度13.5米,北京生產后,專機空運紐約安裝(圖15、圖16)。
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3. 鋼化超白玻璃在高層建筑中的應用
世界最高建筑—迪拜哈里法塔,高度為828m,采用夾層中空超白玻璃,10 萬㎡玻璃幕墻的超白玻璃由中國供應(圖17)。
現在國外許多高層建筑的超白玻璃都是中國供應的(圖18)。
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4. 鋼化超白玻璃在公共建筑(詞條“公共建筑”由行業大百科提供)中的應用
早在 1998年,南京文化中心拉桿點支錐臺曲面已經采用進口美國超白玻璃,效果良好(圖20)。
2010年上海世博會的陽光谷,大規模采用鋼化夾層超白玻璃,6個直徑近100m,高度45m的大喇叭由總數4萬塊三角形板塊組成,至今沒有發生過自爆(圖21)。
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