玻璃幕墙的安全问题分析与建议（2）

  本文接上文《玻璃幕墙的安全问题分析与建议（1）》。

2、幕墙构造的设计缺陷

  玻璃幕墙由面板和金属框架组成，其变形能力比较小。在水平地震或风荷载作用下结构产生侧移时，由于幕墙构件玻璃幕墙由面板和金属框不能承受过大的位移，只能通过连接件的弹性来避免主体结构过大侧移带来的影响，由于幕墙玻璃和杆件之间变形能力的差异，必然会对玻璃局部产生一定的压应力。而玻璃幕墙对于玻璃槽的构造设计都有严格的规定，在玻璃的安装与横框之间要保证留有一定的间隙，才能保证在发生层间变位的时候玻璃不会因受到挤压而破碎。

  《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003中第4.3.12条规定“明框幕墙的玻璃边缘只边框槽底应符合下述公式：

(1)

  同时，玻璃边缘到边框、槽底的间隙海应该符合《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003第9.5.2条和第9.5.3条的有关规定。只有在符合上述要求的设计才能够保证玻璃的安全。

  根据规范第9.5.3的规定，通常的幕墙型材截面宽度至少应是65mm，若小于65mm则幕墙构造很难满足规范的要求。而在实际过程设计中，由于建筑师过于强调视觉效果，一味追求幕墙杆件外形纤细，使得幕墙设计师无法保证幕墙构造设计的要求，玻璃边缘和边框槽底的间隙过小，满足不了层间变位的需要，在地震作用下发生层间位移时，必然导致玻璃破碎。

  玻璃是典型的脆性材料之一，其破碎的原因大致有三种：弯曲变形、强力冲击和热炸裂。

  幕墙玻璃热炸裂是由于玻璃不同部位的温度不均匀，玻璃暴露在阳光直射的部分吸收红外线和可见光转化为热量，温度升高，这一部分玻璃受热膨胀(伸长)而处于镶嵌槽或阴影下的那一部分玻璃，因受不到阳光的辐射不能同步膨胀，内部热力应力形成，受热多的区域对受热少的区域产生张应力，这种张应力超过玻璃的抗拉强度就会导致玻璃破裂。

  玻璃由于没有屈服延伸阶段，特别是受到突然施加的冲击负荷时，玻璃瞬间就会破碎。但是在转变温度Tg以下，玻璃基本上是服从虎克定律的弹性体(一般玻璃的弹性模量为(441～882)×108Pa)。有一定的弯曲变形能力。我们这里主要讨论的玻璃在弯曲变形下的破碎。

  在玻璃幕墙设计中，幕墙玻璃的变形设计也是玻璃幕墙设计中的一个重要方面。在《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003中，是采用弹性小挠度公式来计算玻璃面板的应力和挠度。而按照弹性小变形薄板理论计算的应力和挠度值比实际值大很多，为此考虑了一个折减系数加以修正，即便如此，笔者认为也未必能够反映玻璃变形的真实情况。

  幕墙玻璃除了受风荷载的作用外，还同时受到玻璃安装的边界条件的影响。在风荷载作用下，幕墙玻璃和幕墙框架都会产生变形，但是变形的程度是不同的，两者变形的差异势必对玻璃造成挤压。

  在实际的门窗工程中发现，很多的门窗玻璃面与窗框槽口前后间隙都小于3mm，无法正常塞进胶条，在外侧采用密封胶施工。在遭遇极端风荷载作用的情况时，由于收到边界条件限制，玻璃边缘和中心区的变形并不一致。而边框的挠度和玻璃的挠度不同会使玻璃边缘受到窗框的挤压，从断裂力学的角度分析，在长时间或短时间多次强负荷作用下，玻璃会因“疲劳”导致破碎。

  2016年9月15日凌晨第14号台风“莫兰蒂”以强台风级别登陆厦门翔安，登陆时最大阵风17级以上，中心最大风力达15级，48米/秒。在强大风力的作用下，个别幕墙玻璃破损，建筑门窗的破损相对严重，具业内人士现场考察发现，门窗玻璃破损严重的原因与其构造设计和结构设计有直接的关系。

  后续文章请见《玻璃幕墙的安全问题分析与建议（3）》。

来源：中国幕墙网