一級結構工程師:幕墻玻璃的安全選用(2)

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三、半鋼化玻璃
    (一)半鋼化玻璃的特點
    半鋼化玻璃熱處理類似于鋼化玻璃,但鋼化程度低,控制其表面應力不大于69N/mm.半鋼化玻璃不屬于目前定義的“安全玻璃”。
    半鋼化玻璃表面應力低,所以不存在自爆的,危險,不受外界影響時,它決不會自行爆炸,所以從這個意義來說,它比鋼化玻璃要安全。即使,在外力作用下破碎,由于周邊有膠縫和槽口,放射形的裂縫所形成的碎塊也不會輕易墜落??梢杂袝r間進行拆除、更換。半鋼化玻璃表面較為平-整,映像畸變小,較為美觀。
    (二)半鋼化玻璃已有長期應用的經驗
    由于半鋼化玻璃有上述優(yōu)點,所以在港澳和國外的玻璃幕墻中已經有很長的應用歷史,目前不少工程仍在應用。國內在1990~2000年期間,不少工程采用半鋼化玻璃,至今情況良好。1996年建成的廣州市長大廈,中空玻璃的外片采用比利時6mm金黃色鍍膜半鋼化玻璃,內片采用南玻6mm浮法玻璃;1997年建成的廣東省公安指揮中心高110m,采用美國6mm銀灰色鍍膜單片半鋼化玻璃;1999年建成的青島光大銀行為半鋼化中空玻璃,外片為6mm美國產銀灰鍍膜玻璃。上述筆者經手的幾個工程,至今十年過去,并未發(fā)生玻璃破碎的安全事故。
    上世紀九十年代建成的北京新東安市場采光頂,采用半鋼化夾膠(本體綠玻璃加白玻),至今未發(fā)現有自行破碎的板塊。半鋼化玻璃相對而言,安全性是較高的。
    (三)大型幕墻紛紛采用半鋼化玻璃
    莫斯科俄羅斯聯(lián)邦大廈屋面高度達341m,為歐洲的建筑,由美國設計, 中建公司總承包,沈陽遠大承擔玻璃幕墻工程??紤]到工程位于萬里之外,一旦玻璃自爆,進行更換、維修成本極為昂貴,因此決定本工程全部采用半鋼化玻璃。其中透光部分為夾層中空(6mm+1.14PVB+6mm)+16Ar+8mm,三片玻璃均為半鋼化;不透光部分為8mm藍天白云彩釉印花單片玻璃,也是半鋼化。
    目前在建的廣州電視塔為世界的獨立塔??偢叨?20 m,幕墻高度430m,幕墻總面積3.2萬平方米,由超過5000塊的三角形板塊組成,采用雙夾層中空:(8ra m+1.52SGP+8mmLow.E)+12A+(8mm+1.52SGP+8mm)。塔身上、下粗,中部收小,外形為雙曲拋物面??紤]到玻璃類型多,高空更換玻璃極為困難,全部玻璃采用半鋼化。
    廣州另一個在建工程廣州珠江新城西塔,為高度432m的綜合性大樓,立面雙向彎曲。比較過鋼化玻璃和半鋼化玻璃兩個方案。高空更換玻璃極為困難,防止自爆是大家首要考慮,經過論證決定采用(8mm+1.52PVB+8mm)+12A+10mm夾層中空玻璃,三片玻璃均為半鋼化。
    四、承重玻璃結構采用單片鋼化玻璃要填重
    單片鋼化玻璃雖然稱為安全玻璃,但它有兩個致命缺陷,使它不宜在承重玻璃結構中采用:
    1.無外部原因的自爆;
    2.自爆后飛散,瞬間全部喪失承載力或產生人、物的墜落危險。
    (一)承重玻璃梁、玻璃柱
    全玻幕墻的承重玻璃肋(玻璃柱)、采光頂的玻璃梁都是面玻璃的支承結構,一旦玻璃梁、柱發(fā)生自爆、飛散,面板失去支持,幕墻或采光頂就會垮塌,造成嚴重的后果。北京就發(fā)生過由于玻璃肋自爆導致大堂全玻幕墻垮塌的事故。
    玻璃梁,肋等宜采用夾層玻璃。點支承時宜采用鋼化夾層玻璃;經計算支承點應力許可時,也可以用半鋼化夾層玻璃。如果全玻幕墻高度大于8m,采用夾層玻璃有困難時,寧愿采用浮法玻璃肋。浮法玻璃肋雖然不是安全玻璃,不能保證絕對安全,但至少不會突然自爆。而且它即使在外部因素作用下破裂時,也不會突然飛散消失,它會破碎后位于原地,臨時支撐一下面板,以便搶修,不至于發(fā)生面板倒塌的重大事故。
    (二)玻璃地板、玻璃樓梯踏板、玻璃欄板
    這些部位不采用單片鋼化玻璃的原因是防自爆,防飛散,防人員墜落。目前不少公共建筑欄板還在用單片鋼化玻璃,這種欄板也發(fā)生過多起自爆后傷人的事件。當欄板不能不用單片鋼化玻璃時,其厚度不應小于10mm,而且隨時檢查,一旦自爆,要及時修理更換。
    五、采光頂玻璃
    采光頂用單片鋼化玻璃還是夾層玻璃目前存在爭議,原因是這兩種玻璃用在采光頂上,都不能保證絕對安全。單片鋼化玻璃會自爆,飛散,傷人毀物;但鋼化夾層玻璃自爆后會發(fā)生撓曲,會整體落下,也非常危險,兩種類型的事故國內都發(fā)生過。
    兩種玻璃都不理想,只有在兩者之中求其危險較輕者。5m高度以下可以采用單片鋼化玻璃。其它情況下還是用夾層玻璃為好。為防止夾層玻璃整體落下,玻璃分格不宜大于1.6m~1.6m;玻璃入槽深度不宜小于22mm.對于框支承玻璃,宜優(yōu)先選用浮法玻璃和半鋼化玻璃制成的夾層玻璃,因為可以免除自爆更換玻璃的麻煩,而且它們破裂后成大塊碎片,具有一定的剩余承載力和剩余剛度,不會輕易下垂、拔出、落下,相對較為安全。
    六、不要讓房子變成火的牢籠
    由于對“幕墻要用安全玻璃”的內含理解不全面,有些工程整座房屋的幕墻全部采用夾層玻璃。夾層玻璃不怕強力沖擊,碎而不破,不會飛散,可以稱作安全玻璃,但如果整座建筑的外墻都采用夾層玻璃,又沒有設置足夠的疏散通道和自動消防設備,一旦火災就會出現門窗封死,逃生無門的危險局面。
    特別是主要依靠外部消防的公共場所和低層辦公、住宅建筑,如果全部采用夾層玻璃,一旦發(fā)生火災,消防人員無法擊碎玻璃進行搶救,里面受困人員無法破窗逃生,安全玻璃就變成了安全大患。因此,這些建筑的幕墻必須部分采用單片玻璃作為緊急出口,并做出明顯標記。
    七、點支承玻璃
    點支承玻璃在支承點(包括鋼爪支承和夾板支承)會產生很大的局部應力,浮法玻璃強度低,難以承受,宜采用強度高的鋼化玻璃及其制品。優(yōu)先考慮采用鋼化夾層玻璃和鋼化中空夾層玻璃。當然,經過計算,如果支承點的應力較小,選用半鋼化夾層玻璃更為有利。
    中空玻璃中的夾層玻璃宜放在室內側。采用點支承單片鋼化玻璃同樣要注意其自爆問題。
    八、防火玻璃
    玻璃幕墻和采光頂所用的防火玻璃應采用單片銫鉀玻璃。它主要用于:
    1.有透光要求的層間的水平防火墻(高800mm)和樓層中防火墻左右兩側的透明豎向防火墻(左右各寬1.0m)。
    2.有美觀透明要求的層間防煙封堵。
    3.樓層中劃分兩個防火分區(qū)的透明防火墻。
    4.連層的室內天井周邊的防火包封。
    防火銫鉀玻璃可以有1.0小時~2.5小時的耐火性能,而鋁型材熔點低,耐火性能差,不能作為防火玻璃的支承結構,防火玻璃通常由鋼結構支承,必要時鋼結構還附加防火被覆。深圳電視中心透鏡型白玻外幕墻,為取得全透明的效果,其層間防煙封堵就不用巖棉,代之以8mm厚的銫鉀防火玻璃。北京電視中心中央有一個3lmm~36 m,高近200m的大天井,由于防火安全的要求,周邊用防火玻璃墻包封,大天井成為獨立的防火分區(qū)。在建的廣州西塔(高430m)也有一個三角形的連層大天井,其中一部分也要采用防火玻璃包封。
    九、采取設計施工措施,減少玻璃破裂
    目前工程中大量玻璃破碎,有因玻璃自爆,有因溫度變化,真正受到強風、地震作用而損壞的并不多。大量破損都是可以通過設計和施工措施來減少的。
    (一)設計方面原因
    1.玻璃支承點太多。由于建筑要求玻璃大面積,采用六點、八點或四點、六點再加一對邊支承。這樣多的支承點受力不均勻,很容易使玻璃開裂。
    2.支承處約束過強,點支承頭無 作者:趙西安鉸,玻璃入槽卡得太緊,玻璃板轉動困難。
    3.板縫太小,玻璃膨脹后頂死。筆者最近在西藏林芝看到一一個辦公樓的單玻隱框幕墻,30%以上的玻璃碎裂,許多裂縫平行于板縫,玻璃被擠壓向外拱起。這由于板縫寬度不到8mm,西藏日夜溫差大,白天陽光下玻璃膨脹,板縫窄,嵌縫膠又硬化,玻璃平面內變形受限,只有外拱破裂。
    (二)施工方面原因
    1.邊緣處理。有些玻璃未細磨邊,未倒棱;甚至有些玻璃根本沒有磨邊,崩邊、崩角也不處理,這就容易發(fā)生自爆或破裂。
    2.強迫安裝。玻璃鋼化后不平,多點支座也不找平,高高低低,裝不上硬裝,安裝初應力太大,造成玻璃大量自爆或破裂。
    3.安裝玻璃的金屬槽太窄,混凝士、花崗巖表面緊靠玻璃表面,玻璃變形受限。
    4.玻璃墊片太薄,有些甚至只有2 mm,玻璃一膨脹就頂死槽底。
    5.填縫膠不合格,硬化無彈性。
    十、小結
    沒有絕對意義的安全玻璃,使用玻璃都有一定風險。可以通過合理選用玻璃類型,加上必要的設計和施工措施,來實現玻璃限度的使用安全。