2. 隐框玻璃幕墙的安全措施
(1) 控制隐框玻璃幕墙的使用高度
目前我国内地大量采用隐框玻璃幕墙,而且高度不断增长,最高的广州国际金融中心已达435m。由于隐框玻璃完全靠硅酮结构胶粘接,又没有金属件固定,影响安全的因素很多,因此应当对其使用高度适当控制。
在日本,几乎看不到全隐框玻璃幕墙,基本上都采用明框和半隐框玻璃幕墙。欧洲和美国大体上也是这样的情况。
因此JGJ 102 规范的新版本作出了规定,高度100m 以上的玻璃幕墙不宜采用隐框做法。也就是说,高度超过100m的玻璃幕墙要用明框、半隐框的做法。
(2) 控制板块的尺寸
现在许多工程的隐框板块,尺寸非常大,对幕墙的安全十分不利。如广州国际金融中心,高度435m,顶部板块尺寸达6.0mX2.0m,标准板块尺寸为4.5mX1.5m(图4);福州福建大剧院隐框板块尺寸达6.0mX2.0m(图5)。这些板块承受的风力使得胶缝宽度大到无法接受的程度,最后只得采用超高强度结构胶SS922才能过关。
为保证使用安全和设计施工的合理性,一般情况下隐框板块的面积不宜超过2㎡。超过4㎡的大板块,使用一定要十分慎重。
(3)隐框板块应底部加金属承托
结构密封胶(词条“结构密封胶”由行业大百科提供)不宜长期受力,隐框板块必须底部加托承受玻璃自重。中空板块的底托要托住外玻璃(图6)。
无托无垫将使结构胶受长期荷载,万一结构胶失效时,玻璃板块就会脱落。
(4) 外露金属件提高隐框板块的安全性
为加强隐框板块的安全性,可以设置外露金属固定件。倒挂隐框板块应设外露金属固定件。
(5) 倒挂玻璃不应采用隐框板块
倒挂和反斜隐框玻璃板块的自重,要由结构胶承受,结构胶处于长期受力状态,这是非常不安全的。因此JGJ 102 规范新版本规定,倒挂玻璃不应采用隐框方式,可以采用明框或半隐框玻璃。
(6) 防止PVB夹胶玻璃整片弯曲下垂脱落
目前夹层玻璃大多采用PVB胶片作为中间层,这种胶片比较柔软,强度低,一旦钢化玻璃碎成粒状后就失去后期强度,整片玻璃板块发生大的平面外变形,下垂或外突。变形过大,玻璃板块就会从金属框中拔出,或沿附框(词条“附框”由行业大百科提供)边缘撕开,很容易整块坠落(图10、图11)。
2011年11月,浙江义乌某服装商场采光顶的PVB夹层玻璃爆裂后整块下垂,随即掉下,砸伤在中庭的五名儿童,其中一名五岁幼儿腿部撕开受重伤。
如果采用离子性中间膜(商品名SGP膜)夹层玻璃,由于具有很高的剩余强度和刚度,将不会发生这样的坠落事故。
(7) 对边支承的玻璃板块要防止拔出脱落
JGJ 102 规范新版本对周边支承的玻璃面板设计做出了详细的规定,但在工程中常常采用部分边缘支承的板块,特别是对边支承的玻璃板块。这种板是简支板,两对边是支座,另外一组对边自由,没有支承。一旦受力过大,弯曲变形过大,就非常容易从边框脱出,整块掉下。
2012年5月25日,首都机场第三航站楼E区候机厅一块2.4mX3.2m,面积约8㎡的夹层中空玻璃突然掉下,在地面上摔得粉碎(图12、图13)。玻璃为(10mm+2.24PVB+10mm)+12A+12mm,三片玻璃全钢化,上下对边明框支承,左右两边自由无支承,注胶(词条“注胶”由行业大百科提供)密封。由于玻璃幕墙向外倾斜,板块尺寸过大,一旦玻璃自爆,玻璃的自重将使夹层玻璃弯曲下垂,从槽口中拔出,整片掉下。
为防止类似的事件再次发生,应控制玻璃的尺寸,加大玻璃的入槽深度,加固明框的外压片。
二、 钢化玻璃的自爆问题
1. 钢化玻璃和半钢化玻璃(词条“半钢化玻璃”由行业大百科提供)
将浮法玻璃加热至软化温度后急剧冷却就成为钢化玻璃,其强度可以达到浮法(词条“浮法”由行业大百科提供)玻璃的4~5倍。钢化玻璃表面的压应力大于70N/m㎡,应力越大,破碎后形成的玻璃颗粒越小。我国相关规定为大于90N/m㎡,目的是追求小颗粒以保安全。但事与愿违,应力提高反而大大提高了玻璃的自爆概率。
当玻璃的表面应力大于70N/m㎡时有可能出现自爆现象,即无任何外界作用也可能自行爆裂。自爆是钢化玻璃的固有特性,主要由硫化鎳杂质引起。通常1%~3%的自爆概率被认为是可以接受的。虽然可以采取技术措施降低其自爆概率至千分之一,但不可能保证做到完全不自爆。
2.年来自爆事故频频发生
2003年以后,按照有关规定幕墙停止使用半钢化玻璃,代之以钢化玻璃。而且还规定钢化玻璃的表面应力不得小于90N/m㎡。这种高应力的玻璃导致自爆事故频频发生,对生命和财产安全构成威胁。
2005年一座大型会展中心的几道高达30余米的防火玻璃隔断,钢化铯钾单片玻璃自爆五十余片,给即将召开的国际会议带来重大危险,不得不采取应急防护措施。
2006年起,某大型博物馆观光电梯和外墙钢化玻璃陆续自爆三十余片,一直无法彻底解决,2008年奥运会期间只得提心吊胆地接待外国首脑参观。
深圳一座办公楼从2004年开始以年均40片的速度自爆,至今已爆一百多片,其间还伤过人。北京某某广场建成三年,玻璃自爆二百多块,碎片飞出七八米,伤了人,也砸了下面的车站玻璃顶。
近年来一些新建的机场,航站楼的钢化玻璃自爆事件时有发生,甚至连投入使用不久的中心枢纽机场都难以避免。
2011年7月,一些大城市如上海、广州,迎来了一个玻璃自爆的高发月,仅上海一地,7月份近10座建筑爆裂了几十块玻璃,引起媒体一片哗然。
至于一般工程,类似的例子就太多了。这几年自爆已经成为一种威胁,不安全的阴影挥之不去。
而且,即使采用夹胶、贴膜等防伤害措施,使得自爆后不发生安全事故,但是要更换破碎的玻璃不但施工费用高昂,而且在体型复杂、超高建筑(词条“超高建筑”由行业大百科提供)上进行作业十分危险,难以承受。
3. 采取措施减少钢化玻璃的自爆事件
这几年幕墙玻璃破碎的事例几乎都是由钢化玻璃自爆而产生,很少听说是由用户撞击、人为破坏而发生的。从客观事实出发,我们是否应当改变一下思路,不要只盯着玻璃破碎后的块块大小尺寸,而转到首先让玻璃不要想爆就爆,把重点放到防止玻璃自爆上面来。
认为自爆后玻璃颗粒是“玻璃雨”,不会产生大的伤害的观点,已被事实否定了。这些颗粒决不是温柔的小雨,而是劈头破脸、砸车碎物的可怕冰雹。从高处飞下的玻璃颗粒具有巨大的速度,如同子弹,尺寸虽小却具有极大的破坏力。对于大量百米以上高度的建筑而言,碎片的大小尺寸已经没有决定性意义了,防止玻璃突然破碎才是当务之急。
因此新修订的 JGJ 102规范规定:幕墙所用的钢化玻璃应为均质钢化玻璃。钢化玻璃经过均质处理后,自爆率可降低至0.1% ~ 0.3%。大大降低了现场的玻璃自爆概率,大大减少玻璃更换和维护的费用。
JGJ 102 规范新版本还提出推广使用低铁超白玻璃。低铁玻璃对石英砂、纯碱(词条“纯碱”由行业大百科提供)等原料的纯净度有更高的要求,而且增加了除铁工序,从而也大大降低了杂质镍的含量,相应也降低了产生自爆的硫化镍杂质颗粒的含量,使自爆的概率可降低到0.01% ~ 0.03%的程度.
三、 超白玻璃的工程应用
1. 采用超白玻璃是减少自爆的有效途径
减少自爆发生的途径可以有:
(1) 采用半钢化玻璃,比钢化玻璃表面应力较低,基本上不会发生自爆;
(2) 采用钢化超白玻璃,超白玻璃所含杂质少,自爆很少发生。
减低自爆概率,又符合目前相关规定的最有效的途径还是采用钢化超白玻璃
超白玻璃,即低铁玻璃。为了超白,减低绿颜色,就得采用降铁工艺。降铁的同时,镍也降了下去。这样一来,硫化镍的杂质也大大减少,钢化以后,自爆率大大降低。超白玻璃钢化后的自爆率可降低到万分之一,甚至更低。
自爆后更换玻璃代价太高昂。虽然超白玻璃要比普通玻璃价格高一些(大概30%~50%),但是折合到幕墙上,每平米也就贵百十来块钱。不爆玻璃比什么都好。
玻璃一旦破裂,虽然玻璃只值几百几千元,但在几百米高空换玻璃,可能要花几十万元。特别是现在兴建大量海外工程,万里之遥去换一块玻璃,实在是难以办到的。
2. 超大热弯钢化夹胶超白玻璃
我国已经生产世界最大尺寸的热弯钢化夹胶超白玻璃,为玻璃结构在实际工程中应用提供了物质条件。
目前国外生产的热弯钢化夹胶玻璃的长度一般不超过6米。2010年3月,世界第一片超大热弯夹胶钢化超白玻璃在北京试制成功,为15mm+2.28SGP+15mm,尺寸为12.8mX2.6m(图13、图14)。超白玻璃原片由山东金晶生产,北京北玻合片。
苹果上海店用了12块超白夹胶热弯钢化玻璃,12.6mX2.6m。采用三片12mm钢化玻璃,SGP膜,膜厚度为1.54mm。国内原片,北玻合片,每片玻璃价格约RMB100万元。而2011年新纽约苹果店建成,玻璃高度13.5米,北京生产后,专机空运纽约安装(图15、图16)。
3. 钢化超白玻璃在高层建筑中的应用
世界最高建筑—迪拜哈里法塔,高度为828m,采用夹层中空超白玻璃,10 万㎡玻璃幕墙的超白玻璃由中国供应(图17)。
现在国外许多高层建筑的超白玻璃都是中国供应的(图18)。
4. 钢化超白玻璃在公共建筑(词条“公共建筑”由行业大百科提供)中的应用
早在 1998年,南京文化中心拉杆点支锥台曲面已经采用进口美国超白玻璃,效果良好(图20)。
2010年上海世博会的阳光谷,大规模采用钢化夹层超白玻璃,6个直径近100m,高度45m的大喇叭由总数4万块三角形板块组成,至今没有发生过自爆(图21)。
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