1、在高層建筑玻璃幕墻中如何選用安全玻璃【摘 要】 本文介紹了幾種建筑玻璃的生產(chǎn)工藝及特性，并從安全的角度討論了高層建筑玻璃幕墻上安全玻璃的選擇原則。【關(guān)鍵詞】 玻璃幕墻；鋼化玻璃；半鋼化玻璃；夾層玻璃；自爆【中圖分類號】 TU532.65 【文獻標識碼】 D 【文章編號】 1727-5123（2012）03-135-02引言隨著使用年限的增長，玻璃幕墻的隱患逐漸暴露出來，除了光污染，玻璃幕墻的自爆、脫落都成為城市的安全隱患，而目前國家允許的鋼化玻璃自爆率為。雖然目前建筑玻璃的質(zhì)量和強度都有足夠的保障，但畢竟玻璃的抗震性和抗變形能力都有欠缺，一旦遇到臺風(fēng)、颶風(fēng)、地震、冰雹、溫差急速變化等，均有可能
2、會導(dǎo)致安全事件。自年月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：層及層以上建筑物外開窗、幕墻（全玻幕墻除外）”，同時規(guī)定“本規(guī)定所稱安全玻璃，是指符合現(xiàn)行國家標準的鋼化玻璃、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。建筑幕墻常用玻璃簡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。鋼化玻璃。鋼化玻璃是將浮法玻璃在鋼化爐中均勻加熱至，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)生壓應(yīng)力，強度設(shè)計值和耐沖擊性能大幅提高，是普通玻璃的倍，并且玻
3、璃破碎后成小顆粒狀。半鋼化玻璃。半鋼化玻璃制作的熱處理過程與鋼化玻璃類似，只是冷卻方法不同，吹風(fēng)強度降低，冷卻時間長。其機械性能也有較大提高，破碎時會有大的碎片和放射狀的裂紋，與普通玻璃的破碎狀態(tài)類似，但碎片一般沒有鋒利的尖角。單片半鋼化玻璃不是安全玻璃。夾層玻璃。夾層玻璃是由一層玻璃與另外一層或多層玻璃及塑料膜中間層而成的玻璃制品。幕墻用的夾層玻璃中間層通常采用或膜。中空玻璃。中空玻璃是由兩片或多片玻璃以有效支撐均勻隔開并周邊粘結(jié)密封，使玻璃層間形成有干燥氣體空間的制品。高層建筑鋁合金幕墻用玻璃比較應(yīng)力特性與破碎概率。幕墻用鋼化與半鋼化玻璃（）要求鋼化玻璃其表面應(yīng)力不應(yīng)小于；半鋼化玻璃表面應(yīng)
4、力值在之間。美國標準規(guī)定：鋼化玻璃為以上、半鋼化玻璃為。玻璃鋼化程度越高，表面應(yīng)力值越大，材料強度值就越大，破碎后顆粒也越小。自爆是鋼化玻璃的固有特性之一，所謂自爆，即是鋼化玻璃在無直接機械外力作用下發(fā)生的自動性炸裂，普通鋼化玻璃的自爆率在左右。自爆可能在幾個月內(nèi)發(fā)生，也可能在幾年甚至十幾年后發(fā)生。產(chǎn)生自爆的原因。玻璃質(zhì)量缺陷的影響。首先，玻璃中有結(jié)石、雜質(zhì)，氣泡：玻璃中有雜質(zhì)是鋼化玻璃的薄弱點，也是應(yīng)力集中處。特別是結(jié)石若處在鋼化玻璃的張應(yīng)力區(qū)是導(dǎo)致炸裂的重要因素。結(jié)石存在于玻璃中，與玻璃體有著不同的膨脹系數(shù)。玻璃鋼化后結(jié)石周圍裂紋區(qū)域的應(yīng)力集中成倍地增加。當(dāng)結(jié)石膨脹系數(shù)小于玻璃，結(jié)石周圍的
5、切向應(yīng)力處于受拉狀態(tài)。伴隨結(jié)石而存在的裂紋擴展極易發(fā)生。其次，玻璃中含有硫化鎳結(jié)晶物。硫化鎳夾雜物一般以結(jié)晶的小球體存在，直徑在。外表呈金屬狀，這些雜夾物是、。最后，玻璃表面因加工過程或操作不當(dāng)造成有劃痕、炸口、深爆邊等缺陷，易造成應(yīng)力集中或?qū)е落摶Ａё员?。鋼化玻璃中?yīng)力分布不均勻、偏移。玻璃在加熱或冷卻時沿玻璃厚度方向產(chǎn)生的溫度梯度不均勻、不對稱。使鋼化制品有自爆的趨向，有的在激冷時就產(chǎn)生“風(fēng)爆”。如果張應(yīng)力區(qū)偏移到制品的某一邊或者偏移到表面則鋼化玻璃形成自爆。鋼化程度的影響，實驗證明，當(dāng)鋼化程度提高到級cm時自爆數(shù)達。由此可見應(yīng)力越大鋼化程度越高，自爆量也越大。破碎特性。鋼化玻璃的自爆沒
6、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，殘余強度較低，所以路人較難有時間躲閃。有些玻璃碎片散落在地面的距離達寬。鋼化玻璃的表面應(yīng)力為時，玻璃破碎后碎片相對較大，與普通浮法玻璃的破碎狀態(tài)類似，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，殘余強度較大，路人通常有時間避讓，工程人員也有時間維修。經(jīng)濟性。鋼化玻璃若自爆后需要成本進行維修，更讓人頭疼的是玻璃自爆后灑落地面時可能帶來的意外傷害，以及維修前室外風(fēng)雨給房間內(nèi)可能帶來的損壞。為了降低鋼化玻璃的自爆率，可以采用如下方案：降低鋼化玻璃的應(yīng)力值。鋼化玻璃中應(yīng)力的分布是鋼化玻璃的兩個表
7、面為壓應(yīng)力，板芯層處于張應(yīng)力，在玻璃厚度上應(yīng)力分布類似拋物線。玻璃厚度的中央是拋物線的頂點，即張應(yīng)力最大處；兩側(cè)接近玻璃兩表面處是壓應(yīng)力；零應(yīng)力面大約位于厚度的處。通過分析鋼化急冷的物理過程，可知鋼化玻璃表面張力和內(nèi)部的最大張應(yīng)力在數(shù)值上有粗略的比例關(guān)系，即張應(yīng)力是壓應(yīng)力的。國內(nèi)廠家一般將鋼化玻璃表面壓應(yīng)力設(shè)定在左右，實際情況可能更高一些。鋼化玻璃自身的張應(yīng)力約為，玻璃的抗張強度是，只要硫化鎳膨脹產(chǎn)生的張應(yīng)力在，則足以引發(fā)自爆。若降低其表面應(yīng)力，相應(yīng)地會降低鋼化玻璃本身自有的張應(yīng)力，從而有助于減少自爆的發(fā)生。美國標準中規(guī)定鋼化玻璃的表面應(yīng)力范圍為大于；半鋼化（熱增強）玻璃為。幕墻玻璃標準則規(guī)定
8、為半鋼化應(yīng)力范圍為。新國家標準建筑用安全玻璃第部分：鋼化玻璃要求其表面應(yīng)力不應(yīng)小于，這比此前老標準中規(guī)定的降低了，有利于減少自爆。 使玻璃的應(yīng)力均勻一致。鋼化玻璃的應(yīng)力不均，會明顯增大自爆率，已經(jīng)到了不容忽視的程度。應(yīng)力不均引發(fā)的自爆有時表現(xiàn)得非常集中，特別是彎鋼化玻璃的某具體批次的自爆率會達到令人震驚的嚴重程度，且可能連續(xù)發(fā)生自爆。其原因主要是局部應(yīng)力不均和張力層在厚度方向的偏移，玻璃原片自身質(zhì)量也有一定的影響。應(yīng)力不均會大幅降低玻璃的強度，在一定程度上相當(dāng)于提高了內(nèi)部的張應(yīng)力，從而自爆率提高了。如果能使鋼化玻璃的應(yīng)力均勻分布，則可有效降低自爆率。熱浸處理。熱浸處理又稱均質(zhì)處理，俗稱“引爆”
9、。熱浸處理是將鋼化玻璃加熱到，并保溫一定時間，促使硫化鎳在鋼化玻璃中快速完成晶相轉(zhuǎn)變，讓原本使用后才可能自爆的鋼化玻璃人為地提前破碎在工廠的熱浸爐中，從而減少安裝后使用中的鋼化玻璃自爆。該方法一般用熱風(fēng)作為加熱的介質(zhì)。熱浸難點。從原理上看，熱浸處理既不復(fù)雜，也無難度。但實際上達到這一工藝指標非常不易。研究顯示，玻璃中硫化鎳的具體化學(xué)結(jié)構(gòu)式有多種，如、等，不但各種成分的比例不等，而且可能摻雜其他元素。其相變快慢高度依賴于溫度的高低。研究表明，時的相變速率是時的倍，因此必須確保爐內(nèi)的各塊玻璃經(jīng)歷同樣的溫度制度。否則一方面溫度低的玻璃因保溫時間不夠，硫化鎳不能完全相變，減弱了熱浸的功效。另一方面，當(dāng)
10、玻璃溫度太高時，甚至?xí)鹆蚧嚹嫦蛳嘧?，造成更大的隱患。這兩種情況都會導(dǎo)致熱浸處理勞而無功甚至適得其反。熱浸爐工作時溫度的均勻性是如此的重要，而三年前多數(shù)國產(chǎn)熱浸爐熱浸保溫時爐內(nèi)的溫差甚至達到，國外引進爐存在左右的溫差也不少見。所以有的鋼化玻璃雖經(jīng)熱浸處理，自爆率依然居高不下。盡管熱浸處理不能保證絕對不發(fā)生自爆，但確實降低了自爆的發(fā)生，實實在在地解決了困擾工程各方的自爆問題。所以熱浸是世界上一致認可的徹底解決自爆問題的最有效方法。半鋼化玻璃由于通常不自爆而一般不存在上述問題。由于玻璃鋼化和半鋼化的價格基本一樣，有人可能希望通過提高玻璃的強度值來降低玻璃的厚度，但實際上，在很多工程中，幕墻的分
11、格尺寸都比較大，使得玻璃的厚度是由撓度而不是強度來控制，此時玻璃的高強度值并不會減少玻璃的厚度，節(jié)省材料。3.4美觀性。雖然幕墻用鋼化與半鋼化玻璃（GB17841-1999）中規(guī)定鋼化和半鋼化玻璃的彎曲度相同，但由于兩種玻璃熱處理后的冷卻方法不一樣，實際得到的彎曲度也不一樣。鋼化玻璃的冷卻方法是在其表面吹冷空氣使之迅速冷卻，而半鋼化玻璃冷卻時的吹風(fēng)強度大為降低，冷卻時間較長，因此弓形和波形都比鋼化玻璃好，鍍上金屬膜形成熱反射玻璃或低輻射玻璃后平整度更好，外觀效果更理想。4實際應(yīng)用鋼化玻璃和半鋼化玻璃在國內(nèi)外很多建筑幕墻都使用過，但香港和國外工程在高層建筑幕墻上更趨向于采用半鋼化玻璃和其制成的中
12、空玻璃，如上海金茂大廈、香港金融中心二期和美國西爾斯大廈。而且現(xiàn)在更多地采用半鋼化玻璃制成的夾層中空玻璃，玻璃破碎后有更大的殘余強度，一般情況不會墜落。香港廉政公署新辦公大樓，大面幕墻采用半鋼化夾膠中空玻璃，并特意在局部采用鋼化玻璃，并設(shè)置明顯標志，以便在發(fā)生緊急情況時室內(nèi)外的人員可以敲碎此處玻璃進行逃生和營救。因此建議在建筑上的一般部位采用半鋼化玻璃及其組合的夾層中空玻璃；在易遭受撞擊、沖擊而造成人體傷害的部位，如門和標高在5m以下的玻璃攔板，選用應(yīng)力大于90Mpa的鋼化玻璃及其組合玻璃。玻璃幕墻下應(yīng)設(shè)置綠化帶或雨蓬，防止路人靠近。總之，設(shè)計以人為本，應(yīng)該根據(jù)實際情況采用更安全的材料。參考文獻1建筑安全玻璃管理規(guī)定.發(fā)改運行20032116號2玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范.JGJ1022003.中國建筑工業(yè)出版社，20033建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)程.JGJ 11320094建筑用安全玻璃(第2部分)：鋼化玻璃.GB15763.2-2005
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