玻璃幕墻結(jié)構(gòu)安全性評審?fù)ú〉姆乐渭夹g(shù)研究

王 驊，徐 勤

(上海建科檢驗有限公司， 上海 201108)

0 引 言

據(jù)不完全統(tǒng)計，上海地區(qū)既有幕墻建筑保有量約有 1 萬幢，總幕墻面積約占全國總面積數(shù)的 20%，且大多存在于人流密集的 CBD 區(qū)域。同時，上海新建幕墻工程數(shù)量仍然眾多，每年在建幕墻工程數(shù)超過 500 幢。部分研究數(shù)據(jù)表明，既有幕墻存在著較大的安全隱患，主要表現(xiàn)在面板、結(jié)構(gòu)膠、連接件、五金件等設(shè)計不當(dāng)，材料質(zhì)量差或性能退化。為了確保城市公共安全，有必要加強(qiáng)玻璃幕墻的設(shè)計管控，開展玻璃幕墻結(jié)構(gòu)安全性評審(以下簡稱為安評)。

2012 年初，《上海市建筑玻璃幕墻管理辦法》(滬府令77 號)明確規(guī)定：“采用玻璃幕墻的建設(shè)工程，建設(shè)單位應(yīng)當(dāng)在初步設(shè)計文件階段，編制玻璃幕墻結(jié)構(gòu)安全性報告，并提交建設(shè)行政管理部門組織專家論證”；“建設(shè)單位在申請施工圖設(shè)計文件審查時，應(yīng)當(dāng)提交結(jié)構(gòu)安全性論證報告、光反射環(huán)境影響技術(shù)評估報告和專家論證報告”。同期配套出臺的《關(guān)于實施建筑玻璃幕墻結(jié)構(gòu)安全性論證的通知》(滬建交 [2012]100 號)、DGJ 08—56—2012《上海市建筑幕墻工程技術(shù)規(guī)程》為加強(qiáng)玻璃幕墻管理提供了有力的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)支撐。

上述法律法規(guī)、管理文件和地方標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)實施 2 年多時間，在玻璃幕墻安評實施過程中，各級管理部門、建設(shè)單位、設(shè)計單位和幕墻企業(yè)都碰到了不少問題。從確保城市公共安全運營的角度出發(fā)，非常有必要針對玻璃幕墻安評中發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量通病進(jìn)行一次匯總和分析，不斷完善《上海市建筑玻璃幕墻管理辦法》的配套管理措施，持續(xù)深入推進(jìn)玻璃幕墻的設(shè)計管控。

1 安評中常見的設(shè)計通病

通過近 2 年來玻璃幕墻工程結(jié)構(gòu)安全性論證資料，共收集了上海浦東新區(qū) 40 多項建筑工程的玻璃幕墻安評資料，把安評資料按照“設(shè)計說明、材料選用、安全設(shè)計、結(jié)構(gòu)圖紙、結(jié)構(gòu)計算書、其他”多個方面進(jìn)行了歸納匯總。常見的設(shè)計通病最主要集中于以下 5 個方面：玻璃面板規(guī)格過大，超新地標(biāo)上限，存在鋼化玻璃自爆隱患；細(xì)部構(gòu)造設(shè)計不到位，對連接部位的結(jié)構(gòu)計算缺失；外立面的裝飾條(遮陽條)在缺少合理的驗證前被設(shè)計運用；建筑材料的防火等級不足，防火分區(qū)的設(shè)置不當(dāng)?shù)?；組合幕墻中石材部分的結(jié)構(gòu)計算過于簡單。

玻璃幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計時，除了滿足國家、行業(yè)及地方上建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)制性條文的要求外，尚應(yīng)確保幕墻整體的結(jié)構(gòu)安全性能和使用性能。筆者總結(jié)了影響玻璃幕墻結(jié)構(gòu)安全使用及運營的關(guān)鍵因素，主要包括材料選型、細(xì)部設(shè)計、建筑遮陽、幕墻防火、石材幕墻 5 個層面。

2 幕墻安評通病的防治技術(shù)

結(jié)合 40 多項建筑工程的玻璃幕墻的安評資料，對設(shè)計文件中的與結(jié)構(gòu)安全使用和運營中反映的質(zhì)量通病進(jìn)行匯總分析，形成了玻璃幕墻安評通病的防治技術(shù)，實現(xiàn)確保玻璃幕墻的整體結(jié)構(gòu)安全性能。

2.1 合理選材料，本質(zhì)解決玻璃自爆

玻璃面板是幕墻最常使用的材料。鋼化玻璃存在自爆；容易因各種缺陷導(dǎo)致破損，破損后玻璃碎片顆粒小、飛散范圍廣，其造成的損失和社會影響往往相當(dāng)大。目前，從本質(zhì)上解決鋼化玻璃“自爆”現(xiàn)象，主要有熱浸處理加工工藝和優(yōu)質(zhì)超白玻璃兩種方法。

在加工過程中，將鋼化玻璃加熱到(290±10)℃并且持溫2 h，促使硫化鎳在鋼化玻璃中快速完成晶相轉(zhuǎn)變，在工廠的熱浸爐中人為地提前鋼化玻璃自爆的過程，即熱浸處理(俗稱“引爆”)。按照國外的經(jīng)驗，經(jīng)過均質(zhì)處理后的鋼化玻璃的自爆率可降低至 0.15% 以下。

超白玻璃摒棄了傳統(tǒng)玻璃采用的礦物原料(如長石、白云石、石灰石等)，而是使用純度較高的化工原料，如氫氧化鋁、碳酸鈣、碳酸鎂等，基本杜絕了硫化鎳的存在，消除了自爆的內(nèi)因，所以不會發(fā)生鋼化玻璃自爆的現(xiàn)象。

2.2 嚴(yán)把規(guī)范關(guān)，控制玻璃最大面積

《上海市建筑玻璃幕墻管理辦法》中指出，對商業(yè)中心、交通樞紐、公共文化體育設(shè)施等人員密集、流動性大的區(qū)域內(nèi)的建筑以及臨街建筑需要在 2 層以上安裝幕墻玻璃的，應(yīng)當(dāng)采用安全夾層玻璃或者其他具有防墜落性能的玻璃。

《上海市建筑幕墻工程技術(shù)規(guī)范》第 4.1.6 條款，對幕墻玻璃面板的安全選用提出了明確的要求，主要有：除建筑物的底層大堂和地面高度 10 m 以下的櫥窗玻璃外，玻璃面板宜不大于 4.5 m2；除夾層玻璃外，鋼化玻璃應(yīng)不大于 4.5 m2、半鋼化玻璃應(yīng)不大于 2.5 m2，鋼化玻璃應(yīng)有防自爆墜落措施、半鋼化玻璃應(yīng)有防墜落構(gòu)造措施；除建筑物的底層大堂和地面高度10 m 以下的櫥窗玻璃外，夾層玻璃面板應(yīng)不大于 9.0 m2。

2.3 巧設(shè)緩沖，優(yōu)化建筑體型

不少建筑幕墻出于豐富建筑物空間層次、美化環(huán)境等方面的考慮，在建筑體型設(shè)計時，采用了出挑、底層架空等處理手法。這些手法一方面確實豐富了建筑的體型，但是如果處理不好的話，很可能成為玻璃幕墻高空墜落的安全隱患。

建筑幕墻中退臺的設(shè)置，有豐富建筑體型、為樓層空間提供各類地面活動場所的優(yōu)點，退讓出來的露臺可以設(shè)計為一個人性化的空間，同時也形成了一個防面板高空墜落的緩沖區(qū)。

2.4 建筑遮陽，兼顧安全

通過玻璃幕墻的外遮陽措施，可以實現(xiàn)良好的熱舒適環(huán)境，減少通風(fēng)、空調(diào)及采暖的負(fù)荷，充分達(dá)到建筑節(jié)能的效果。同時，建筑外遮陽也最能與建筑美學(xué)藝術(shù)相融合，使建筑立面更具有藝術(shù)性和整體性。

在注重建筑遮陽效果和建筑外觀效果的同時，同樣必須確保外遮陽裝置的安全性能。雖然已有部分幕墻設(shè)計單位嘗試性地開展有限元計算分析，但普遍缺乏統(tǒng)一的計算模型和計算方法。對幕墻外遮陽的結(jié)構(gòu)安全性計算，尚無相關(guān)的規(guī)范可依，也缺乏相關(guān)的驗證試驗和檢測手段提供實踐檢驗。

2.5 幕墻防火，重中之重

自上海膠州路教師公寓等多起保溫材料引起的火災(zāi)發(fā)生后，幕墻的防火性能如何做到安全可靠，已越來越多地在審圖和安評環(huán)節(jié)中成為重要的因素。防火材料選用不當(dāng)、幕墻玻璃跨兩個防火分區(qū)、防火隔斷有效高度不夠、防火墻兩側(cè)的幕墻防火構(gòu)造缺失等諸多問題，曾屢次在安評的幕墻防火環(huán)節(jié)中被檢出。建議后續(xù)必須加強(qiáng)對即將出臺的 GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(guī)范》的學(xué)習(xí)。

2.6 石材幕墻，亟待監(jiān)管

石材幕墻由于石材具有材質(zhì)不均勻、易碎、連接點加工困難等危險性，其高密度面板一旦發(fā)生破碎墜落，后果極為嚴(yán)重。建議將石材幕墻納入安評范圍。

3 結(jié) 語

基于 40 多項幕墻安評的設(shè)計資料的分析和匯總，筆者對玻璃幕墻安評中出現(xiàn)的常見設(shè)計質(zhì)量通病進(jìn)行了匯總及研究，分別從材料選型、細(xì)部設(shè)計、建筑遮陽、幕墻防火、石材幕墻 5 個層面進(jìn)行闡述，形成了幕墻玻璃面板的防治技術(shù)。

通過 2 年多來玻璃幕墻安評，玻璃幕墻行業(yè)設(shè)計水平得到了整體提升，特別在特大型城市公共安全運營方面實現(xiàn)了非常有效的管控。這項工作意義重大，并將在不斷完善和發(fā)展中為城市建設(shè)提供更好的服務(wù)。

[1] JC 2128—2012,超白浮法玻璃[J].

[2]李晨.城市居住環(huán)境下高空墜物及建筑設(shè)計防墜措施研究——以多層居住環(huán)境的生活墜物為主[D].南昌：南昌大學(xué),2007.