淺析建筑工程玻璃幕墻玻璃自爆原因

王輝

福建建工集團有限責(zé)任公司（350003）

淺析建筑工程玻璃幕墻玻璃自爆原因

王輝

福建建工集團有限責(zé)任公司（350003）

現(xiàn)代公共建筑設(shè)計過程中為了提高建筑的觀賞性與時尚感，外立面廣泛采用玻璃幕墻做法，但在施工及使用過程中難免發(fā)生幕墻玻璃自爆的問題,這里結(jié)合福汽集團汽車工程研究院一期建設(shè)項目工程實例，分析了玻璃幕墻玻璃可能發(fā)生自爆的原因，并提出相應(yīng)措施控制玻璃自爆率，為相關(guān)工程施工提供了理論依據(jù)與實踐方法。

幕墻；玻璃自爆；施工技術(shù)；應(yīng)力集中

1 工程概況

福汽集團汽車工程研究院一期建設(shè)項目位于閩侯縣上街鎮(zhèn)福州國家高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)海西高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園內(nèi)，工程造價約1.65億元，總建筑面積約為64 895 m2，其中福汽研究院大樓，地上19層，地下1層，高度為80.5 m，框架結(jié)構(gòu)；附屬樓，地上3層，地下1層，高度為18 m，框架結(jié)構(gòu)；實驗中心，地上9層，地下1層，高度為39.2 m，框架結(jié)構(gòu)（研究院大樓、附屬樓、實驗中心三層以下為連體建筑）。已獲評2015年“閩江杯”優(yōu)質(zhì)工程獎、2016年國家優(yōu)質(zhì)工程獎。

圖1 福汽研究院大樓

該項目幕墻1～3層為點支中空鋼化玻璃幕墻，屋面為鋼框全隱框中空鋼化玻璃幕墻，其余部位為鋁合金隱框中空鋼化玻璃幕墻，建筑幕墻總面積1 3 200 m2。設(shè)計計算最大板塊尺寸為：15LOW-E+ 9A+15厚鋼化中空玻璃1 460 mm×5 800 mm；12LOW-E+9A+12厚鋼化中空玻璃1 460 mm×4 000 mm；10LOW-E+9A+10厚鋼化中空玻璃1 460 mm×3 500 mm；鋼框全隱框中空鋼化玻璃幕墻12 mm厚鋼化玻璃：1 460 mm×4 850 mm。

該項目玻璃幕墻工程在竣工前發(fā)現(xiàn)部分玻璃自爆（自爆情況詳圖2、3、4、5）。

圖2

圖3

圖4

圖5

2 玻璃自爆原因分析

2.1 加工制作環(huán)節(jié)

1）平板玻璃中含有少量硫化鎳粒子，采用平板玻璃加工為鋼化玻璃過程中經(jīng)淬火作用導(dǎo)致鋼化玻璃表面具有壓應(yīng)力，內(nèi)部具有張應(yīng)力。當硫化鎳粒子位于鋼化玻璃最大張應(yīng)力部位，該粒子可能成為玻璃自爆源點，由于玻璃自爆前硫化鎳粒子體積小因此不易發(fā)現(xiàn)。此外，玻璃中存在的結(jié)石、氣泡和雜質(zhì)若處于鋼化玻璃的張應(yīng)力區(qū)或受張應(yīng)力作用時也能導(dǎo)致鋼化玻璃炸裂。

2）LOW-E鍍膜玻璃熱膨脹系數(shù)大于普通玻璃，熱應(yīng)力效應(yīng)更為明顯。在鍍膜過程中易產(chǎn)生膜層厚度不均、退火不完全等缺陷可能導(dǎo)致玻璃自爆。

3）玻璃切割及鉆孔等深加工中,表面產(chǎn)生裂紋。

2.2 運輸環(huán)節(jié)

運輸、搬運時由于保護不慎，可能造成劃痕、炸口、爆邊、邊角磕碰等情況，易造成應(yīng)力集中或者出現(xiàn)細微裂紋甚至邊角脫落細微碎片的情況，玻璃可能在極小的荷載作用下導(dǎo)致玻璃表面或邊緣微裂紋快速擴張，最終導(dǎo)致玻璃破裂。

2.3 安裝環(huán)節(jié)

2.3.1 點支撐玻璃幕墻

1）鋼板肋支承結(jié)構(gòu)安裝偏差；

2）爪件安裝偏差過大，無法確保爪件與玻璃板面平行或無法通過爪件進行三維調(diào)整；

3）支撐頭旋緊螺母旋緊力過大或過小，導(dǎo)致接觸點應(yīng)力增大或接觸狀況不良；

4）點支撐駁接爪數(shù)量偏多導(dǎo)致玻璃受力不均勻。

2.3.2 隱框玻璃幕墻

1）預(yù)埋件及后置埋件的安裝位置施工中產(chǎn)生偏差；

2）立柱通過角碼與預(yù)埋件焊接固定時，因仰焊及豎焊過程操作不當，造成焊縫存在不飽滿、夾渣、氣孔、主材燒傷、焊瘤等不良現(xiàn)象，影響立柱與預(yù)埋件連接的可靠性與穩(wěn)定性；

3）橫梁下料過程未考慮留有間隙尺寸進行下料制作；

4）幕墻玻璃未考慮土建主體結(jié)構(gòu)施工以及裝修施工過程產(chǎn)生的尺寸偏差，出現(xiàn)玻璃邊收口或底收口與周邊結(jié)構(gòu)頂緊，頂緊后溫差變化較大時造成鋼化玻璃實際受力狀態(tài)與設(shè)計不符的情況；

5）結(jié)構(gòu)膠粘貼寬度厚度過大，影響玻璃自由伸縮。

2.4 環(huán)境因素

該項目毗鄰烏龍江沿岸，當?shù)囟?、早晚溫差較大，熱脹冷縮作用明顯，鋁型材邊框和玻璃的收縮率不同增大了玻璃周邊的約束應(yīng)力，加上周邊高層建筑較少，幕墻玻璃承受的風(fēng)荷載較大，玻璃長期在溫度應(yīng)力及風(fēng)荷載雙重作用下而自爆。

3 降低自爆率措施

3.1 減小鋼化玻璃尺寸

根據(jù)JGT 455-2014建筑門窗幕墻用鋼化玻璃規(guī)范，鋼化玻璃允許面積如下：

在實際施工過程中建議適當減小上表給出的允許面積。

表1 鋼化玻璃允許面積（單位：m2）

3.2 選擇優(yōu)質(zhì)平板玻璃

鋼化玻璃是平板玻璃的加工品，因此應(yīng)當注意平板玻璃等級，如選擇優(yōu)等平板玻璃、超白玻璃以降低玻璃中的雜質(zhì)含量。重要工程或工程重要部位使用的玻璃進行均質(zhì)熱處理，同時加強鋼化玻璃檢查驗收工作。

3.3 運輸過程加強保護

加強玻璃的包裝，采用軟隔離，尤其是異形玻璃的尖角突出部位。

3.4 減小裝配應(yīng)力

施工前做好技術(shù)交底工作，嚴格檢查負責(zé)焊接施工的技術(shù)工人崗位證；下料過程遵循圖紙的前提下結(jié)合現(xiàn)場實際尺寸留有余量；提高施工精度，在大面積施工之前先做樣板，檢查驗收符合要求后再全面施工，同時應(yīng)當加強檢測，使幕墻結(jié)構(gòu)整體的受力情況與設(shè)計吻合。

對于點支撐玻璃幕墻而言，連接每片玻璃的駁接爪數(shù)量宜為4個，相應(yīng)每片玻璃的穿孔數(shù)量也宜為4個，過多的穿孔及駁接爪影響了玻璃的約束應(yīng)力。

隱框玻璃幕墻首先應(yīng)提高立柱橫梁的安裝精度，其次在玻璃與副框的注膠過程中應(yīng)確保硅酮結(jié)構(gòu)膠的相容性以及應(yīng)在無塵環(huán)境下注膠，嚴格控制膠縫寬度,避免因雜質(zhì)或施工偏差引起的裝配應(yīng)力。

3.5 其他

在陽光照射強烈的環(huán)境中，建筑遮擋作用下形成陰影的邊界部位進行貼膜防護。在通道、出入口、人員密集區(qū)域采用夾膠玻璃或者增貼一層防飛散膜防止鋼化玻璃自爆后玻璃碎片散落，提高使用過程的安全性。

4 結(jié)語

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，玻璃幕墻在高層建筑的應(yīng)用也越來越廣泛，如何在施工及使用過程中更加有效的控制和減小玻璃的自爆率是一個非常重要的課題，不僅關(guān)系到項目成本，還直接影響業(yè)主使用過程中的安全性；相信隨著建筑材料、施工技術(shù)的不斷發(fā)展，幕墻玻璃自爆不再成為難題。

[1]GB 15763.2-2005,建筑用安全玻璃規(guī)范-鋼化玻璃[S].

[2]JGJ102-2003,玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范[S].

[3]GBT 21086-2007,建筑幕墻[S].