采光顶钢化玻璃破碎原因分析及预防措施探讨

李光旭 常记莽

摘 要 本文通过对2个玻璃采光顶工程面板破碎情况的分析，总结出引起玻璃破碎的主要原因：钢化玻璃“自爆”、“热炸裂”、设计及安装工艺不规范，以及其他一些外部因素的影响，并针对破碎原因提出了相应的整改措施。本文为玻璃采光顶的设计、安装及检测鉴定工作提供了参考。

关键词 既有采光顶;钢化玻璃破碎;自爆;热炸裂

前言

既有建筑采光顶泛指已建成的采光顶。作为建筑外装饰的一部分，钢化玻璃采光顶具有遮风、挡雨、采光等优良性能，通常被用于建筑中庭顶部或大厦出入口处。近年来，玻璃采光顶的应用越来越广泛，但同时隐患也接踵而至。如果既有采光顶出现钢化玻璃破碎的情况，将给周围人们的财产及生命安全带来巨大威胁。事实表明，既有建筑工程的钢化玻璃破碎现象时有发生且不可避免，成为困扰建筑行业的老大难。本文结合典型的工程案例，对玻璃破碎原因进行了深入分析与总结，并针对实际情况提出了防范整改措施，与大家共同探讨。

1玻璃破碎案例原因分析

1.1 工程案例一

某大楼1位于福建省连江县，该大楼中庭位置采用钢结构支撑的水平隐框玻璃采光顶，标高约20m，面积约450m2。面板采用8+12A+8+1.52PVB+8中空夹层钢化玻璃，夹层玻璃位于下侧。该采光顶玻璃总片数约258片，自2018年12月竣工验收至2019年2月已陆续破碎10片，其中中空夹层钢化玻璃室外侧的单片玻璃破碎4片、夹层上侧玻璃破碎3片、夹层下侧玻璃破碎3片，且破碎的玻璃主要為较大规格尺寸的玻璃面板。

从上述信息来看，该中空夹层玻璃上、中、下三片玻璃各自的破碎片数较为均匀。根据现场检验的实际情况，对造成该采光顶钢化玻璃破碎的主要原因总结如下：

（1）钢化玻璃自爆。现场对部分已破碎但仍处于原位置的钢化玻璃进行检验，发现裂纹从破碎点处向外放射延伸，在放射中心附近存在两块较大的碎片，形成类似蝴蝶翅膀的图案，业界将之称为“蝴蝶斑”;并且在破碎起点的玻璃截面上存在深色结石点，即硫化镍结石。此种现象为：因硫化镍杂质膨胀引起钢化玻璃“自爆”的典型特征。

（2）设计不满足现行标准规范要求。对于部分既有玻璃采光顶工程，在设计、施工及验收等整个阶段，所采用的标准规范发生了更新，即所采用的设计或施工规范已不是验收时的“现行规范”。而设计或者施工时，未能对新材料、技术及工艺等及时进行全面把握，可能成为引起玻璃破碎的重要原因之一。该项目大多数钢化玻璃面板的外形尺寸为2480mm×2480mm，

最大面板的外形尺寸为2646mm×2690mm。规范JGJ255-2012对面板规格尺寸“玻璃面板面积不宜大于2.5m2”的规定中用词为“宜”，而新规范JG/T 231-2018在“玻璃采光顶用玻璃面板面积应不大于2.5m2”的规定中用词为“应”，对面板规格尺寸要求更加严格，而显然工程所使用的面板规格尺寸严重超标。并且面积严重超标JGT 455-2014第4.2.1条的要求（详见表1）。

①现场检验发现：由于采光顶钢化玻璃面积过大，玻璃在自重作用下产生的弯曲变形达到8.0mm～15.0mm，在雨天时易造成“锅底”积水，增加了附加集中荷载，进而加大了玻璃破碎的概率。②选用的钢化玻璃面积超限，造成玻璃物理性能无法满足外力冲击、飓风冲击、地震冲击、玻璃自身承重等。经验算，该采光顶钢化玻璃面板计算的挠度值为23.0mm，不符合《建筑玻璃采光顶技术要求》JG/T 231-2018第8.1.2b“绝对挠度宜不大于20mm”的规定。

1.2 工程案例二

某大楼2位于福建省三明市宁化县，该工程中庭位置采用钢结构支撑的隐框玻璃采光顶，标高约20m，面积约800m2。面板采用8+12A+6（着色）+1.14PVB+6Low-E中空夹层钢化玻璃，夹层玻璃位于下侧。根据业主提供的数据，该采光顶玻璃总片数约258片，自2016年5月安装完成至2018年4月20日已陆续破碎66片，且均为室内侧6mm着色钢化玻璃破碎。根据现场检验的实际情况，对引起该采光顶钢化玻璃破碎的主要原因总结如下：①钢化玻璃自爆：具体解释详见案例一。②钢化玻璃热炸裂。

该项目现场安装的采光顶玻璃面板从上至下的配置顺序为8mm透明钢化玻璃、12mm气体层、6mm着色钢化玻璃、1.14PVB、6mm Low-E钢化玻璃，其中Low-E层位于第五面，紧贴加胶;这样的玻璃配置，一方面造成了阳光的部分热量被着色玻璃直接吸收，经过透射后的阳光又被Low-E膜再次反射给着色玻璃，使得着色玻璃再一次被加热;另一方面着色玻璃位于中间层，其本身吸收的热量不宜散发，从而产生较大的热应力，诱发并加速了钢化玻璃自爆;实际检查时发现，室内侧玻璃温度明显高于室外侧8mm透明钢化玻璃及周边金属龙骨的温度，手触室内侧玻璃极为烫手，此现象与理论分析相吻合。

查看已破碎的6mm着色钢化玻璃，发现破碎点起始于玻璃边缘，并向其他区域放射，裂纹与边部仅存在一个交叉点，其破碎形状明显不同于“蝴蝶斑”，且破碎点位于该边长约1/3处，此现象为钢化玻璃热炸裂的典型特征之一。

安装不规范。该项目的钢化玻璃面板与钢龙骨之间直接采用双面胶条黏结，未设置附框且未设置硬质橡胶垫片进行有效隔离，这种情况显然不符合规范要求，且有悖于设计者的初衷。更严重的是，现场检验发现部分双面胶条已被压碎，造成了玻璃与钢龙骨之间趋近于刚性接触的情况，极易引发钢化玻璃破碎。

1.4 既有采光顶玻璃破碎原因汇总

钢化玻璃破碎的原因复杂多样，本文结合工程案例及钢化玻璃自身的机理，将影响既有采光顶钢化玻璃破碎的主要原因总结如下：

（1）钢化玻璃自爆。钢化玻璃自爆究其原因主要有两种：一种是工艺缺陷（其内部所含有的气泡、杂质等;玻璃是否存在磨边、倒棱、倒角等）;另一种是玻璃内部含有硫化镍（NiS）结石及其他异相颗粒。通常玻璃中的硫化镍（NiS）结石不能完全去除，其成因由玻璃主料石英砂或砂岩、燃料及辅料在1400～1500℃高温下的熔窑内燃烧熔化所成。研究表明：引起玻璃自爆的硫化镍颗粒平均直径约0.2mm，且硫化镍颗粒位于约1/4～3/4的玻璃厚度方向[1]。

（2）钢化玻璃热炸裂。玻璃“热炸裂”是由于玻璃受热不均匀，热胀冷缩时，形成了应力差，且当形成的热应力和张应力超过边缘抗拉强度时，就会造成玻璃破裂。研究表明，导致玻璃热炸裂的原因可分为玻璃自身性能（玻璃制作因素、缺陷、力学性能及热物理性能）和外部条件影响（装配因素、设计因素、外加荷载和太阳能）两大类。上述两大原因中影响玻璃热炸裂的最关键因素有玻璃太阳能吸收率、玻璃边部损伤及玻璃的面积[2]。

（3）设计及安装工艺不规范。在设计方面，必须将玻璃面积、长边尺寸、玻璃种类、胶片种类及其厚度等严格控制在标准规范要求的范围内，所采用的玻璃必须能夠承受所在区域的风荷载、积水荷载、雪荷载、冰荷载、活荷载及其他荷载的组合作用;在安装工艺方面，一方面应使玻璃与槽口的装配尺寸符合标准规范要求，并应避免玻璃与金属龙骨直接刚性接触（在外力或者热胀冷缩的影响下，容易造成玻璃破碎）;另一方面应使同一个金属龙骨网格的每条边处于同一平面内，否则，在固定玻璃面板时，会造成玻璃面板翘曲变形，产生弯曲应力，进而引发玻璃破碎。

（4）外部因素。采光顶在服役期间可能会遭遇不可抗力（如地震、台风、洪水、火灾）及不可预知的人为因素的破坏作用。

2预防及整改措施

针对既有玻璃采光顶面板破碎情况提出的整改措施，应充分考虑到大楼日常使用情况及整改期间对周边环境造成的影响。

（1）对于因硫化镍（NiS）结石及其他异相颗粒引起玻璃“自爆”的工程以及对存在玻璃“热炸裂”的工程，均可采取玻璃贴膜处理，以防止玻璃破碎时坠落伤人。

（2）对于因设计不当造成玻璃破碎的情况，前期应认真复核设计资料，对有违反标准规范或其他不合理处进行整改。

（3）对于因安装工艺不规范造成玻璃破碎的工程，安装时应选择有资质的公司、配以有经验的施工队，严格按照设计及标准规范进行施工，应保证玻璃具有足够的装配尺寸，避免与金属型材刚性接触。

3结束语

既有建筑中钢化玻璃破碎现象已屡见不鲜，直接影响了人们的生命及财产安全。为降低建筑中破碎玻璃伤人及损坏财产事件的发生率，应对大楼进行定期体检，查找潜在的造成钢化玻璃破碎的隐患，并进行及时整改。希望政府部门尽早给予“大楼体检”政策上的支持。

参考文献

[1] 孙文迁，黄楠，齐雅欣.钢化应力对钢化玻璃自爆的影响[J].中国建筑金属结构，2013，（1）：88-89.

[2] 马眷荣，陈永定，陈汝谐.建筑玻璃的热炸裂机理探讨[J].中国建筑材料科学研究院学报，1999，（6）：76-82.