淺論安全玻璃在高層建筑中的使用

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    摘要：本文根據(jù)幾種建筑玻璃的特性，從安全的角度討論了高層安全玻璃的選擇。
     bstract：This paper， based on the characters of several kinds of architectural glass， discusses the choice for safe glass from the point of safety.
關(guān)鍵詞：玻璃幕墻；鋼化玻璃；半鋼化玻璃；夾層玻璃；自爆
     Key words：glass curtain wall；fully tempered glass；heat strength glass；laminated glass；burst引言
    據(jù)2010年7月24日《羊城晚報(bào)》報(bào)道的“一戶(hù)人家飄窗玻璃自爆引發(fā)滿(mǎn)城幕墻安全憂慮”……隨著使用年限的增長(zhǎng)，玻璃幕墻的隱患逐漸暴露出來(lái)，除了光污染，玻璃幕墻的自爆、脫落都成為城市的安全隱患，而目前國(guó)家允許的鋼化玻璃自爆率為3％……“雖然目前建筑玻璃的質(zhì)量和強(qiáng)度都有足夠的保障，但畢竟玻璃的抗震性和抗變形能力都有欠缺，一旦遇到臺(tái)風(fēng)、颶風(fēng)、地震、冰雹、溫差遽然變化等，均有可能會(huì)導(dǎo)致安全事件。”自2004年1月1日起施行的《建筑安全玻璃管理規(guī)定》，規(guī)定：“建筑物需要以玻璃作為建筑材料的下列部位必須使用安全玻璃：7層及7層以上建筑物外開(kāi)窗、幕墻（全玻幕墻除外）”，同時(shí)規(guī)定“本規(guī)定所稱(chēng)安全玻璃，是指符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的鋼化玻璃、夾層玻璃及由鋼化玻璃或夾層玻璃組合加工而成的其他玻璃制品，如安全中空玻璃等”，旨在規(guī)范建筑玻璃的使用。
在此，筆者僅對(duì)高層建筑上超過(guò)使用部位一定高度的鋁合金幕墻所常用的玻璃在此進(jìn)行探討。
1 建筑幕墻常用玻璃簡(jiǎn)述
建筑幕墻常用玻璃包括鋼化玻璃、半鋼化玻璃、及其組合而成的夾層玻璃、中空玻璃等。
1.1 鋼化玻璃（Fully Tempered glass）
鋼化玻璃是將浮法玻璃在鋼化爐中均勻加溫至620℃，使之輕度軟化膨脹，再在其表面吹冷空氣使之迅速冷卻，使其表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和耐沖擊性能大幅提   高，并且玻璃破碎后成小顆粒狀。
1.2 半鋼化玻璃（Heat Strength glass）
半鋼化玻璃制作的熱處理過(guò)程與鋼化玻璃類(lèi)似，只是冷卻方法不同，吹風(fēng)強(qiáng)度降低，冷卻時(shí)間長(zhǎng)。其機(jī)械性能也有較大提高，破碎時(shí)會(huì)有大的碎片和放射狀的裂紋，與普通玻璃的破碎狀態(tài)類(lèi)似，但碎片一般沒(méi)有鋒利的尖角。
    1.3 夾層玻璃（Laminated glass）
夾層玻璃是由一層玻璃與一層或多層玻璃、塑料材料夾中間層而成的玻璃制品。幕墻用的夾層玻璃的中間層通常采用PVB或EVA膜。
    1.4 中空玻璃（Insulating glass）
中空玻璃是由兩片或多片玻璃以有效支撐均勻隔開(kāi)并周邊粘結(jié)密封，使玻璃層間形成有干燥氣體空間的制品。
    2 高層建筑鋁合金幕墻用玻璃比較
    2.1 應(yīng)力特性與破碎概率
    《幕墻用鋼化與半鋼化玻璃》（GB17841-1999）規(guī)定：鋼化玻璃的表面應(yīng)力值σ？叟95Mpa、半鋼化玻璃為應(yīng)力值24σ？燮69MPa.美國(guó)ASTM標(biāo)準(zhǔn)C1048（Standard Specification for Heat-Treated Flat Glass）規(guī)定：鋼化玻璃為69Mpa以上、半鋼化玻璃為24～52Mpa.玻璃鋼化程度越高，表面應(yīng)力值越大，材料強(qiáng)度值就越大，破碎后顆粒也越小。但鋼化玻璃存在自爆的可能性，即在無(wú)直接機(jī)械外力作用下發(fā)生的自動(dòng)性炸裂，可能在幾個(gè)月內(nèi)自爆，也可能在幾年甚至十幾年后自爆，產(chǎn)生自爆的主要原因是玻璃中硫化鎳（NiS）相變引起的體積膨脹所導(dǎo)致，目前的生產(chǎn)技術(shù)還不能完全解決此問(wèn)題。
    2.2 破碎特性
    鋼化玻璃的自爆沒(méi)有征兆，十分突然，并且破碎后成小顆粒狀，在風(fēng)荷載作用下容易灑落，殘余強(qiáng)度較低，所以路人較難有時(shí)間躲閃。有些玻璃碎片散落在地面的距離達(dá)10m寬。鋼化玻璃的表面應(yīng)力為2.8～4.8MPa時(shí)，玻璃破碎后碎片相對(duì)較大，與普通浮法玻璃的破碎狀態(tài)類(lèi)似，碎片趨于相互鎖在一起并保持在玻璃框上，尤其是玻璃四邊是用結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)在框上的構(gòu)造更是如此，殘余強(qiáng)度較大，路人通常有時(shí)間避讓?zhuān)こ倘藛T也有時(shí)間維修。
    2.3 經(jīng)濟(jì)性
   鋼化玻璃若自爆后需要成本進(jìn)行維修，更讓人頭疼的是玻璃自爆后灑落地面時(shí)可能帶來(lái)的意外傷害，以及維修前室外風(fēng)雨給房間內(nèi)可能帶來(lái)的損壞。為了降低鋼化玻璃的自爆率，有的建筑師或業(yè)主要求對(duì)鋼化玻璃進(jìn)行熱浸處理（Heat Soak Test）（熱浸處理是20世紀(jì)60年代皮爾金頓公司和圣戈班公司發(fā)明的方法，目前只有德國(guó)DIN18516有此明確的標(biāo)準(zhǔn)），將鋼化玻璃再次加熱到290oC左右并保溫一定時(shí)間，使硫化鎳在玻璃出廠前完成晶相轉(zhuǎn)變，讓以后可能自爆的玻璃在工廠內(nèi)提前破碎。但由于一個(gè)工程需要的玻璃數(shù)量龐大，采用該方法需要消耗大量電能，同時(shí)生產(chǎn)率也會(huì)大為降低，從而導(dǎo)致玻璃成本將提高1～4倍，而且還不能徹底根除自爆。如果鋼化玻璃數(shù)量多，工期又緊，也很難全部進(jìn)行熱浸處理。半鋼化玻璃由于通常不自爆而一般不存在上述問(wèn)題。