幕墙玻璃的安全选用

      提要:玻璃的安全选用是幕墙建筑设计和结构设计的一个关键问题。安全玻璃只是人为的划分，安全玻璃种类不同，性能也不同，不能简单一句话：幕墙要用安全玻璃。应根据幕墙各个部位的不同要求选用不同的玻璃。

      关键词:玻璃幕墙安全玻璃幕墙设计

　
　  一、概述

　　玻璃幕墙设计和施工中的一个关键问题是合理选用玻璃。
　　玻璃是非常脆性的材料，所以不可能有绝对安全的玻璃。在建筑中采用玻璃就必然有一定的风险。安全玻璃只是一个人为的名称，一般是指对人身伤害风险相对较小的玻璃（通常指钢化玻璃和夹层玻璃）。还有些国家没有采用安全玻璃这个敏感的名称。　　由于没有绝对安全的玻璃，玻璃的安全只能是相对而言，因此应根据幕墙不同部位的功能要求，合理选用玻璃，争取最大限度的使用安全，使人身和财产损失的风险降到最小。
　　笼统规定幕墙一定要用安全玻璃不一定恰当。幕墙情况千变万化，不能简单一句话，一刀切。幕墙某些部位采用单片钢化玻璃反而更危险；某些情况下幕墙全部采用夹层玻璃就会成为火灾时的烈焰牢笼。
　　事实上，近几年来发生伤人毁物事故的玻璃几乎都是属于“安全玻璃”的单片钢化玻璃；而列入非安全玻璃的半钢化玻璃幕墙却没报道过安全事故问题。甚至于铺天盖地用浮法玻璃的普通玻璃窗，也没有听说象钢化玻璃那么些耸人听闻的事故报道。安全还是不安全，恐怕要重新考虑了。

　　
   二、钢化玻璃

　　（一）近年来钢化玻璃引发幕墙事故频发
　　进入二十一世纪，由于方方面面的原因，玻璃幕墙成了钢化玻璃的一统天下，“凡是幕墙玻璃一律钢化”成了舆论的主流，上世纪八、九十年代广泛采用的半钢化玻璃退出历史舞台。似乎钢化万能，从此“天下无事”了。
　　然而近年来钢化玻璃事故频发，产生许多人身伤害和财产损失的事实却无情地否定了“钢化就是安全”的观点。被称为非安全玻璃的半钢化玻璃不出事故，号称安全玻璃的钢化玻璃却频频出问题的事实，不能不引起人们的反思。
　　2003年8月，天津某商厦5楼一块2m2的钢化玻璃突然自爆，砸伤一位音乐教师的左手，致残而无法再演奏，赔偿6600元。
　　2006年7月，上海江宁路一座大厦36楼钢化玻璃爆炸，一对情侣被砸伤，还砸坏了一辆正在行驶的丰田汽车。
　　2007年5月，济南一酒店玻璃自爆，冰雹般的碎粒水平飞出六、七米。而仅仅几分钟前，国家少年乒乓球队队员正好通过，真是不幸中的大幸。
　　2005年，南宁某会展中心钢化玻璃先后自爆五十余片，有些从会场中央二十多米上空凌空开花。而当时东盟博览会即将开幕，各国首脑云集。为达到保证绝对安全的要求，不得不以高昂的代价全部贴上特种防爆膜。其造价远超当初建议采用的夹层玻璃。
　　2006年新建成的一座博物馆观光电梯玻璃凌空爆炸，把下面咖啡厅的玻璃桌砸个粉碎，幸好事件发生在下午6点，闭馆时间已过，否则结果难料。现在不得不把玻璃全部改为铝板，观光电梯不再观光。
　　2007年北京某某广场多片玻璃自爆，飞出六、七米后砸伤三人，还砸坏城铁车站的玻璃顶盖。
　　2006－2007年，山东某机场钢化玻璃已自爆29块。
　　2005年，刚建成的济南山东一公司办公楼自爆十余块玻璃，还砸坏了一把手的宝马爱车。
　　2004至今，深圳有座办公楼钢化玻璃以每年40块的速度自爆，2007年上半年爆了二十多块，还伤了人，至今仍在自爆中。
　　不用再列举更多的例子了，相反的，从九十年代开始使用的半钢化玻璃，虽然不是安全玻璃，但至今还没有听到发生事故的案例。两者相比，不令人反思吗？

　　（二）钢化玻璃自爆无可避免
　　自爆是钢化玻璃的特性，无可避免，这是业内人士的共识。为了降低自爆率，只能是优选玻璃原片和进行二次热处理。即使如此，1‰的自爆率已经是极限，无法再降了。千分之一、二的自爆率已属优质产品，这就意味着一个工程爆个几块、十几块是完全正常的现象，大家不会觉得奇怪。
　　但是哪怕爆一块玻璃，也会有可能伤人毁物，产生严重的后果。何况行业以外人士不知这是正常情况，会闹得满城风雨，媒体会到处炒作，小事化大，使得幕墙厂家难以招架。
　　自爆的玻璃必须更换，但更换的费用远远超过玻璃本身，在超高层幕墙和异形幕墙中进行更换，更是困难和危险。
　　何况一旦发生自爆，就意味着今后还可能有类似事件发生，何时、何处却不得而知，使人们失去安全感。每次事故分析，业主总是忧心忡忡地问：“还炸吗？”，我们只能无奈地回答：“还可能，还没有达标呢。”　
　
　　（三）公共建筑要慎用钢化玻璃
　　几年来事实已经表明：钢化玻璃作为“安全玻璃”用于人流密集的公共建筑中，存在很大的安全隐患，使业主和来客，都处于不安全的感觉中。因为不知在什么时候，不知是哪块玻璃就会突然自爆，下来一阵玻璃冰雹，劈头盖脸，伤人毁物。
　　所以在人流密集的公共建筑中，不得不采用单片钢化玻璃时，一定要慎重对待，采取必要的安全措施：
　　1.钢化玻璃要进行二次热处理。
　　2.幕墙下面设隔离带，不安排吸引行人和观众停留的设施。室内靠墙不设展位、餐饮、售货位置。室外停车位要离开墙根，墙根布置绿化或水池。
　　3.出入口设雨棚。
　　4.人流上空布置金属安全网。
　　5.贴防爆膜。
　
　　（四）降低钢化玻璃的表面应力
　　钢化玻璃表面应力越大，钢化程度越深，越容易发生自爆。现在规定钢化玻璃表面应力不小于90N/mm2，其目的在于减小碎玻璃尺寸大小，从而降低伤害的危险程度。
　　但高应力伴随高自爆率，应力大于90N/mm2，自爆危险性大大增加。而实际上，只要爆炸，危险性就已经存在了，玻璃渣大一点小一点已不起决定作用。
　　我们能不能换个思维方式：首先避免或减少自爆发生的危险性，然后再谈玻璃渣的大小。只要不炸了，就不存在大颗或小颗的问题了。
　　现行玻璃标准回避了这个问题。表面应力大于90N/mm2的玻璃是钢化玻璃，符合现行标准；表面应力小于69N/mm2的玻璃是半钢化玻璃，也符合现行标准。可是表面应力为69N/mm2~90N/mm2的玻璃，却什么也不是，不允许使用。其实应力低于90N/mm2的玻璃自爆率较低，危险性较小，有什么不好呢？至于这些玻璃叫什么不是重要问题，也可以叫“准钢化玻璃”，只要实际上对安全有好处就可以了，可以放手让大家使用，在使用中进一步总结经验。

   三、半钢化玻璃

　（一）半钢化玻璃的特点
　　半钢化玻璃热处理类似于钢化玻璃，但钢化程度低，控制其表面应力不大于69N/mm2。半钢化玻璃不属于目前定义的“安全玻璃”。
　　半钢化玻璃表面应力低，所以不存在自爆的危险，不受外界影响时，它决不会自行爆炸，所以从这个意义来说，它比钢化玻璃要安全。即使在外力作用下破碎，由于周边有胶缝和槽口，放射形的裂缝所形成的碎块也不会轻易坠落。可以有时间进行拆除、更换。

   半钢化玻璃表面较为平整，映像畸变小，较为美观。
　
　　（二）半钢化玻璃已有长期应用的经验
　　由于半钢化玻璃有上述优点，所以在港澳和国外的玻璃幕墙中已经有很长的应用历史，目前不少工程仍在应用。国内在1990~2000年期间，不少工程采用半钢化玻璃，至今情况良好。

   1996年建成的广州市长大厦，中空玻璃的外片采用比利时6mm金黄色镀膜半钢化玻璃，内片采用南玻6mm浮法玻璃；1997年建成的广东省公安指挥中心高110m，采用美国6mm银灰色镀膜单片半钢化玻璃；1999年建成的青岛光大银行为半钢化中空玻璃，外片为6mm美国产银灰镀膜玻璃。上述笔者经手的几个工程，至今十年过去，并未发生玻璃破碎的安全事故。

   九十年代建成的北京新东安市场采光顶，采用半钢化夹胶（本体绿玻璃加白玻），至今未发现有自行破碎的板块。
半钢化玻璃相对而言，安全性是较高的。
　
　　（三）大型幕墙纷纷采用半钢化玻璃
　　莫斯科俄罗斯联邦大厦屋面高度达341m，为欧洲的最高建筑，由美国设计，中建公司总承包，沈阳远大承担玻璃幕墙工程。考虑到工程位于万里之外，一旦玻璃自爆，进行更换、维修成本极为昂贵，因此决定本工程全部采用半钢化玻璃。其中透光部分为夹层中空（6mm+1.14PVB+6mm）+16Ar+8mm，三片玻璃均为半钢化；不透光部分为8mm蓝天白云彩釉印花单片玻璃，也是半钢化。
目前在建的广州电视塔为世界最高的独立塔。总高度620m，幕墙高度430m，幕墙总面积3.2万平方米，由超过5000块的三角形板块组成，采用双夹层中空：（8mm+1.52SGP+8mmLow-E）+12A+（8mm+1.52SGP+8mm）。塔身上、下粗，中部收小，外形为双曲抛物面。考虑到玻璃类型多，高空更换玻璃极为困难，全部玻璃采用半钢化。

   广州另一个在建工程——广州珠江新城西塔，为高度432m的综合性大楼，立面双向弯曲。比较过钢化玻璃和半钢化玻璃两个方案。高空更换玻璃极为困难，防止自爆是大家首要考虑，经过论证决定采用（8mm+1.52PVB+8mm）+12A+10mm夹层中空玻璃，三片玻璃均为半钢化。

   四、承重玻璃结构采用单片钢化玻璃要填重

　　单片钢化玻璃虽然称为安全玻璃，但它有两个致命缺陷，使它不宜在承重玻璃结构中采用：
　　1．无外部原因的自爆；
　　2．自爆后飞散，瞬间全部丧失承载力或产生人、物的坠落危险。
　
　　（一）承重玻璃梁、玻璃柱
　　全玻幕墙的承重玻璃肋（玻璃柱）、采光顶的玻璃梁都是面玻璃的支承结构，一旦玻璃梁、柱发生自爆、飞散，面板失去支持，幕墙或采光顶就会垮塌，造成严重的后果。北京就发生过由于玻璃肋自爆导致大堂全玻幕墙垮塌的事故。

   玻璃梁，肋等宜采用夹层玻璃。点支承时宜采用钢化夹层玻璃；经计算支承点应力许可时，也可以用半钢化夹层玻璃。如果全玻幕墙高度大于8m，采用夹层玻璃有困难时，宁愿采用浮法玻璃肋。浮法玻璃肋虽然不是安全玻璃，不能保证绝对安全，但至少不会突然自爆。而且它即使在外部因素作用下破裂时，也不会突然飞散消失，它会破碎后位于原地，临时支撑一下面板，以便抢修，不至于发生面板倒塌的重大事故。

　　（二）玻璃地板、玻璃楼梯踏板、玻璃栏板
　　　这些部位不采用单片钢化玻璃的原因是防自爆，防飞散，防人员坠落。目前不少公共建筑栏板还在用单片钢化玻璃，这种栏板也发生过多起自爆后伤人的事件。当栏板不能不用单片钢化玻璃时，其厚度不应小于10mm，而且随时检查，一旦自爆，要及时修理更换。　
　
　　
   五、采光顶玻璃

　　采光顶用单片钢化玻璃还是夹层玻璃目前存在争议，原因是这两种玻璃用在采光顶上，都不能保证绝对安全。单片钢化玻璃会自爆，飞散，伤人毁物；但钢化夹层玻璃自爆后会发生挠曲，会整体落下，也非常危险，两种类型的事故国内都发生过。

   两种玻璃都不理想，只有在两者之中求其危险较轻者。5m高度以下可以采用单片钢化玻璃。其它情况下还是用夹层玻璃为好。为防止夹层玻璃整体落下，玻璃分格不宜大于1.6m×1.6m；玻璃入槽深度不宜小于22mm。对于框支承玻璃，宜优先选用浮法玻璃和半钢化玻璃制成的夹层玻璃，因为可以免除自爆更换玻璃的麻烦，而且它们破裂后成大块碎片，具有一定的剩余承载力和剩余刚度，不会轻易下垂、拔出、落下，相对较为安全。

   六、不要让房子变成火的牢笼

　　由于对“幕墙要用安全玻璃”的内含理解不全面，有些工程整座房屋的幕墙全部采用夹层玻璃。夹层玻璃不怕强力冲击，碎而不破，不会飞散，可以称作安全玻璃，但如果整座建筑的外墙都采用夹层玻璃，又没有设置足够的疏散通道和自动消防设备，一旦火灾就会出现门窗封死，逃生无门的危险局面。

   特别是主要依靠外部消防的公共场所和低层办公、住宅建筑，如果全部采用夹层玻璃，一旦发生火灾，消防人员无法击碎玻璃进行抢救，里面受困人员无法破窗逃生，安全玻璃就变成了安全大患。因此，这些建筑的幕墙必须部分采用单片玻璃作为紧急出口，并做出明显标记。

　　
   七、点支承玻璃

　　点支承玻璃在支承点（包括钢爪支承和夹板支承）会产生很大的局部应力，浮法玻璃强度低，难以承受，宜采用强度高的钢化玻璃及其制品。优先考虑采用钢化夹层玻璃和钢化中空夹层玻璃。当然，经过计算，如果支承点的应力较小，选用半钢化夹层玻璃更为有利。
　　中空玻璃中的夹层玻璃宜放在室内侧。
　　采用点支承单片钢化玻璃同样要注意其自爆问题。

　　
   八、防火玻璃

　　玻璃幕墙和采光顶所用的防火玻璃应采用单片铯钾玻璃。它主要用于：
　　1．有透光要求的层间的水平防火墙（高800mm）和楼层中防火墙左右两侧的透明竖向防火墙（左右各宽1.0m）。
　　2．有美观透明要求的层间防烟封堵。
　　3．楼层中划分两个防火分区的透明防火墙。
　　4．连层的室内天井周边的防火包封。
　　防火铯钾玻璃可以有1.0小时~2.5小时的耐火性能，而铝型材熔点低，耐火性能差，不能作为防火玻璃的支承结构，防火玻璃通常由钢结构支承，必要时钢结构还附加防火被覆。
　　深圳电视中心透镜型白玻外幕墙，为取得全透明的效果，其层间防烟封堵就不用岩棉，代之以8mm厚的铯钾防火玻璃。
　　北京电视中心中央有一个31m×36m，高近200m的大天井，由于防火安全的要求，周边用防火玻璃墙包封，大天井成为独立的防火分区。在建的广州西塔（高430m）也有一个三角形的连层大天井，其中一部分也要采用防火玻璃包封。

　　
   九、采取设计施工措施，减少玻璃破裂

　　目前工程中大量玻璃破碎，有因玻璃自爆，有因温度变化，真正受到强风、地震作用而损坏的并不多。大量破损都是可以通过设计和施工措施来减少的。
　
　　（一）设计方面原因
　　1．玻璃支承点太多。由于建筑要求玻璃大面积，采用六点、八点或四点、六点再加一对边支承。这样多的支承点受力不均匀，很容易使玻璃开裂。
　　2．支承处约束过强，点支承头无铰，玻璃入槽卡得太紧，玻璃板转动困难。
　　3．板缝太小，玻璃膨胀后顶死。笔者最近在西藏林芝看到一个办公楼的单玻隐框幕墙，30%以上的玻璃碎裂，许多裂缝平行于板缝，玻璃被挤压向外拱起。这由于板缝宽度不到8mm，西藏日夜温差大，白天阳光下玻璃膨胀，板缝窄，嵌缝胶又硬化，玻璃平面内变形受限，只有外拱破裂。
　
　　（二）施工方面原因
　　1．边缘处理。有些玻璃未细磨边，未倒棱；甚至有些玻璃根本没有磨边，崩边、崩角也不处理，这就容易发生自爆或破裂。
　　2．强迫安装。玻璃钢化后不平，多点支座也不找平，高高低低，装不上硬装，安装初应力太大，造成玻璃大量自爆或破裂。
　　3．安装玻璃的金属槽太窄，混凝土、花岗岩表面紧靠玻璃表面，玻璃变形受限。
　　4．玻璃垫片太薄，有些甚至只有2mm，玻璃一膨胀就顶死槽底。
　　5．填缝胶不合格，硬化无弹性。　

　　
   十、小结

　　没有绝对意义的安全玻璃，使用玻璃都有一定风险。可以通过合理选用玻璃类型，加上必要的设计和施工措施，来实现玻璃最大限度的使用安全。