探讨建筑幕墙玻璃的安全选用

王志强 王继红 冯 勇 王延立

1河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002） 2河南省建筑科学研究院有限公司（450000）

0 概述

众所周知，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，它的安全是相对而言的，不可能有绝对安全的玻璃。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。

目前超高层玻璃幕墙比比皆是，玻璃破损坠落伤人时而出现。相关部门亦十分重视，并制定了《建筑安全玻璃管理规定》，规定∶“建筑物需要以玻璃作为建筑材料的下列部位必须使用安全玻璃∶7层及7层以上建筑物外开窗、幕墙（全玻幕墙除外）”，同时规定“本规定所称安全玻璃，是指符合现行国家标准的钢化玻璃、夹层玻璃及由钢化玻璃或夹层玻璃组合加工而成的其他玻璃制品，如安全中空玻璃等”，自2004年1月1日起施行，旨在规范建筑玻璃的使用。

下面，笔者对高层建筑上超过使用部位一定高度的建筑幕墙玻璃的安全选用进行探讨。

1 安全玻璃简述

1.1 钢化玻璃

钢化玻璃是平板玻璃的二次加工产品，将浮法玻璃在钢化炉中均匀加温至620℃，使之轻度软化膨胀，再在其表面吹冷空气使之迅速冷却，使其表面产生拉应力,强度设计值和耐冲击性能大幅提高，并且玻璃破碎后成小颗粒状。这些小的碎片没有尖锐棱角，不易伤人。

钢化玻璃强度高，比普通玻璃大4～5倍；抗冲击强度也很高；热稳定性好，在受急冷急热时，不易发生炸裂，能承受204℃的温差变化；弹性比普通玻璃大得多，一块1 200 mm×350 mm×6 mm的钢化玻璃，受力后可发生达100 mm的弯曲挠度，当外力撤除后，仍能恢复原状，而普通玻璃弯曲变形只能有几毫米。

当然，自爆也是钢化玻璃的特性，无可避免。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。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。

1.2 半钢化玻璃

半钢化玻璃制作的热处理过程与钢化玻璃类似，只是冷却方法不同，吹风强度降低，冷却时间长。其机械性能也有较大提高，破碎时会有大的碎片和放射状的裂纹,与普通玻璃的破碎状态类似，但碎片一般没有锋利的尖角。

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，放射性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。

1.3 夹层玻璃

夹层玻璃是在两片或多片玻璃原片之间，用PVB（聚乙烯醇丁醛）或EVA膜树脂胶片，经过加热、加压粘合而成的平面或曲面的复合玻璃制品。

夹层玻璃的层数有2、3、5、7层，最多可达9层，对两层的夹层玻璃，原片的厚度常用的有：2＋3（mm）、3＋3（mm）、3＋5（mm）等。

夹层玻璃的透明性好，抗冲击性能要比一般平板玻璃高好几倍，用多层普通玻璃或钢化玻璃复合起来，可制成防弹玻璃。由于PVB胶片的粘合作用，玻璃即使破碎时，碎片也不会飞扬伤人。通过采用不同的原片玻璃，夹层玻璃还可具有耐久、耐热、耐湿等性能。

1.4 中空玻璃

中空玻璃是由两片或多片玻璃以有效支撑均匀隔开并周边粘结密封，使玻璃层间形成有干燥气体空间的制品。

1.5 夹丝玻璃

夹丝玻璃也称防碎玻璃或钢丝玻璃。它是由压延法生产的，即在玻璃熔融状态下将经预热处理的钢丝或钢丝网压入玻璃中间，经退火、切割而成。夹丝玻璃表面可以是压花的或磨光的，颜色可以制成无色透明或彩色的。

夹丝玻璃的特点是安全性和防火性好。夹丝玻璃由于钢丝网的骨架作用,不仅提高了玻璃的强度，而且当受到冲击或温度骤变而破坏时，碎片也不会飞散，避免了碎片对人的伤害。在出现火情时，当火焰延夹丝玻璃受热炸裂,但由于金属丝网的作用，玻璃仍能保持固定，隔绝火焰，故又称为防火玻璃。

夹丝玻璃厚度分为∶6 mm、7 mm、10 mm， 规格尺寸一般不小于600 mm×400 mm,不大于2 000 mm×1 200 mm。

1.6 钛化玻璃

钛化玻璃也称永不碎铁甲箔膜玻璃。是将钛金箔膜紧贴在任意一种玻璃基材之上，使之结合成一体的新型玻璃。钛化玻璃具有高抗碎能力，高防热及防紫外线等功能。不同的基材玻璃与不同的钛金箔膜，可组合成不同色泽、不同性能、不同规格的钛化玻璃。

2 公共建筑要慎用钢化玻璃

事实表明∶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。

3 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90 N/mm，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90 N/mm，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。

4 大型幕墙纷纷采用半钢化玻璃

广州电视塔总高度620 m，幕墙高度430 m，幕墙总面积3.2万m2，由超过5 000块的三角形板块组成，采用双夹层中空∶（8 ra m+1.52 S GP+8 mm-Low-E）+12 A+（8 mm+1.52 S GP+8 mm）。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。

广州珠江新城西塔为高度432 m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（8 mm+1.52 PVB+8 mm）+12 A+10 mm夹层中空玻璃，三片玻璃均为半钢化。

钢化玻璃和半钢化玻璃在国内外很多建筑幕墙都使用过，但香港和国外工程在高层建筑幕墙上更趋向于采用半钢化玻璃和其制成的中空玻璃，如上海金茂大厦、香港金融中心二期和美国西尔斯大厦。而且现在更多地采用半钢化玻璃制成的夹层中空玻璃，玻璃破碎后有更大的残余强度，一般情况不会坠落。香港廉政公署新办公大楼，大面幕墙采用半钢化夹胶中空玻璃，并特意在局部采用钢化玻璃，并设置明显标志，以便在发生紧急情况时室内外的人员可以敲碎此处玻璃进行逃生和营救。因此建议在建筑上的一般部位采用半钢化玻璃及其组合的夹层中空玻璃；在易遭受撞击、冲击而造成人体伤害的部位,选用应力大于95 MPa的钢化玻璃及其组合玻璃。玻璃幕墙下应设置绿化带或雨蓬，防止路人靠近。总之，设计以人为本，应该根据实际情况采用更安全的材料。

5 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。

5.1 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。

5.2 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10 mm，而且随时检查，一旦自爆，要及时修理更换。

6 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，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。

7 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。

1）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。

2）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，安装处应力太大，造成玻璃大量自爆或破裂；

③安装玻璃的金属槽太窄，混凝士、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2 mm，玻璃一膨胀就顶死槽底；

⑤填缝胶不合格，硬化无弹性。

3）玻璃受热不均匀，玻璃在热胀冷缩下破裂。

4）玻璃幕墙所依附的主体结构在风荷载等作用下产生的层间变化使玻璃破裂。

8 小结

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