关于超高层建筑幕墙工程玻璃的选用分析

关于超高层建筑幕墙工程玻璃的选用分析黄晓明摘要：近二十年来，随着经济实力的高速增长，城市化进程加快，超高层建筑如雨后春笋般在各城市拔地而起，中国已经成为世界上超高层建筑最多的国家。同时幕墙工程实践中，玻璃自爆脱落伤人事件频发，也带来了严重的安全问题，针对多次发生的幕墙玻璃坠落伤人的安全事故，主管部门多次发出关于加强安全管理方面的指令，甚至开始限制一定范围的幕墙工程的使用。将建筑功能、建筑节能、建筑美学融为一体的玻璃幕墙，其安全性问题完全可以靠新材料、新技术的发展和社会综合管理的研究去解决，玻璃幕墙材料和工程技术的发展引领超高层建筑的实现，建筑玻璃在超高层建筑越来越多的成功应用证明，不能因为安全事故而简单限制玻璃幕墙的应用，而是应该促进材料和工程技术的发展，解决工程的安全的技术问题和管理问题。玻璃作为建筑幕墙的主要材料，具有透明、高强度、轻质、耐久的特点，本文主要分析幕墙玻璃设计和使用的安全性问题。关键词：超高层建筑；安全性；超白玻璃；SGP胶片1钢化玻璃应用存在的问题依据JGJ113—2015《建筑玻璃应用技术规程》，安全玻璃是指符合国家现行标准的钢化玻璃、夹层玻璃及由钢化玻璃或夹层玻璃组合加工而成的其它玻璃制品。钢化玻璃(Tem⁃peredglass/Reinforcedglass)是一种预应力玻璃，同等厚度的钢化玻璃强度是普通玻璃的3~5倍。钢化玻璃具有良好的热稳定性，能承受的温差是普通玻璃的3倍，可承受200℃的温差变化。钢化玻璃破损时，碎片会成类似蜂窝状的碎小钝角颗粒，不易对人体造成伤害，正是因为钢化玻璃具备破碎后不伤人的特点，所以被相关规范列为安全玻璃。钢化玻璃中含有硫化镍（nis），在无直接机械外力作用下发生的自动性炸裂叫做钢化玻璃的自爆，普通钢化玻璃的自爆率在3‰以上，自爆是钢化玻璃固有的特性之一。钢化玻璃自爆后形成无数玻璃颗拼接的无强度网片状态，钢化玻璃自爆后从发现到更换受到条件限制需要时间，如玻璃采购及加工制作、恶略天气的影响等，而破损状态的玻璃在正负风压的交替作用下可能一夜之间就从高空坠落。如果超高层建筑幕墙钢化玻璃自爆脱落，颗粒从数百米的高空坠落，玻璃碎块在重力加速度作用下冲击很大，而且在坠落时会水平飘落几十米或更远的位置，意外性强，伤害性大。沈阳市府恒隆广场项目，建筑高度350.6m，塔楼68层，幕墙设计采光部位玻璃选用钢化中空玻璃Low-E（10+12A+10mm），层间位置采用15mm钢化单玻璃，该工程始建于2009年，设计选用钢化玻璃已经满足当时规范要求，但施工过程钢化玻璃的频繁自爆给工程的施工组织和安全管理造成了很大麻烦。根据统计，该工程幕墙板块共计近三万块，夏季日温差大时，每天都有玻璃自爆，自爆的玻璃不及时清除更换必然威胁公众安全，而在施工阶段更换条件又受限制，如擦窗机尚未安装使用，屋顶向上继续施工需要搭设脚手架和更换玻璃需要架设吊兰相冲突，一边是隐患频出，一边是工程继续施工受到严重影响，钢化玻璃的频繁自爆给工程施工组织和现场安全管理带来了很大的麻烦，设计的玻璃选用也给以后留下了自爆脱落伤人的安全隐患。消除钢化玻璃自爆可以采取降低钢化玻璃的应力值、使玻璃的应力均匀一致、热浸处理（HeatSoakTest）等钢化玻璃自爆解决方案，而且钢化玻璃均质处理等工艺和设备已经过不断地改进，确实可以有效降低钢化玻璃自爆的发生，但工程实践中，超高层幕墙需要大批量按进度要求供货，均质热浸能力是否满足工程进度要求？钢化玻璃是否真的都进行了均质处理？如何检验钢化玻璃确实做了均质处理？依靠均质处理等工艺手段解决钢化玻璃自爆还是存在应用问题的。钢化玻璃随机性自爆的特点，导致其安全玻璃的特性针对超高层建筑来说已经发生了变化，玻璃自爆破损导致的碎块高坠伤人事件频发，说明钢化玻璃对超高层建筑来说不满足安全玻璃的实质要求。2超白玻璃的应用随着越来越多的工程实践，超高层建筑幕墙钢化玻璃坠落伤人问题，已经引起了业内人士的重视。早在2012年，江苏省住房和城乡建设厅发布了苏建函科（2012）386文件《关于加强我省建筑幕墙管理的通知》要求严禁采用全隐玻璃幕墙设计，明框和半隐框玻璃幕墙外片应采用夹层玻璃、均质钢化玻璃或超白玻璃。同时要求对在城市闹市区或者在人流密集区采用玻璃幕墙的，应进行环境影响评价，并应限制其幕墙面积。同时还应考虑有效遮挡措施或者设计建立绿化隔离带。住建部国家安全监督总局关于进一步加强玻璃幕墙安全防护工作的通知（建标［2015］38号）文件，要求信件住宅、党政机关办公楼、医院门诊急诊楼和病房楼、中小学校、托儿所、幼儿园、老年人建筑，不得在二层及以上采用玻璃幕墙。玻璃幕墙宜采用夹层玻璃、均质钢化玻璃或超白玻璃。超白玻璃（UltraClearGlass，SuperClearGlass,SuperWhiteGlass，lowironglass），是一种超透明低铁玻璃，具有幕墙设计师需要的高透明的优点，透光率可达91.5%以上，超白玻璃同时具备优质浮法玻璃所有的加工性能。对玻璃的安全使用来说，具有自爆率极低的优点。超白玻璃科技含量相对较高，生产控制难度大，成本差不多。由于国内生产能力问题，较高的品质和不菲的价格，以前只有北京的国家大剧院等国内知名建筑采用了超白玻璃。随着中国经济实力特别是玻璃加工业近十年的高速发展，中国南玻、台玻、信义集团和金晶玻璃等很多企业具备了超白玻璃的技术和生产能力，在国内，超白玻璃在建筑幕墙领域的应用正在迅速扩大，以上海中心大厦为代表的超高层建筑设计都采用了超白玻璃，工程实践证明基本解决了钢化玻璃自爆的问题。2019.12

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Doors&Windows

幕墙专栏参考文献：[1]JGJ113—2015.建筑玻璃应用技术规程[S].[2]JGJ102—96.玻璃幕墙工程技术规范[S].[3]陈丽.超高层建筑玻璃幕墙与主体结构穿插施工技术[J].科技创新导报,2019(10):166~167.[4]张裕星.超高层建筑外幕墙工程环形双轨道吊装施工技术[J].施工技术,2018(S4):1812~1814.[5]李明冬.超高层建筑玻璃幕墙施工研究[J].门窗,2018(1):20~21.[6]陈中文,张灿灿.浅谈超高层建筑单元式玻璃幕墙施工要点[J].门窗,2016(4):5~6.[7]张春勃,彭俊.浅谈超高层建筑单元式玻璃幕墙施工要点[J].门窗,2015(12):22~23.3超白夹胶玻璃的应用夹胶玻璃是两片玻璃中间夹一层胶片的组合玻璃，由于中间层的胶膜附着力强，受到冲击后不易被贯穿，碎片不会脱落，与胶膜紧紧地贴合在一起，不至于造成自爆脱落问题。按《玻璃幕墙工程技术规范》要求，幕墙采用夹胶玻璃时，应采用干法合成，其夹片宜采用聚乙烯缩丁醛（PVB）胶片。SGP胶片是近年来新开发的新型材料，与PVB胶片比，强度更大，更加透明，是超白玻璃的较佳配置。SGP夹层玻璃中间膜的撕裂强度是普通PVB的5倍，硬度可达到PVB的一百倍。天津周大福工程，建筑高度530米。塔楼共100层，幕墙单元板块共计14390块，采光部位玻璃选用HS8+1.52PVB+HS8+12A+FT10mm双银LOW-E中空夹胶超白玻璃（PVB边缘保护），层间部位玻璃采用HS8+1.52PVB+HS8mm夹胶超白玻璃（PVB边缘保护）。除施工过程运输及成品保护问题造成个别玻璃破损，施工过程及完工后至今基本无玻璃自爆“上海第一高楼”上海中心大厦，125层，高度为632m，外幕墙采用超白半钢化SGP夹胶玻璃12mm超白+1.52mmSGP+12mm超白。内幕墙为防火幕墙，采用（8mm超白+0.89mmS⁃GP+8mm超白）+12A+8mm铯钾防火玻璃。2016年5月，发生过幕墙安装工人更换76层一块施工过程损坏的玻璃的时，操作不当发生部分滑落，坠地后向多个方向炸裂致人轻伤事件，但不属于玻璃设计安全问题，超白玻璃基本没有出现自爆情况。采用夹层玻璃的设计充分考虑了玻璃自爆可能造成的建筑安全隐患，但是夹层玻璃的使用也存在如下缺点。（1）自重加大。因为两层夹片玻璃的公称厚度远大于其等效厚度，增加主体结构荷载和施工难度。（2）玻璃更换难度增加，超高层玻璃更换过程要求短平快，夹层玻璃更换相对难度大。（3）造价增加，夹层玻璃相对等强度的同类单片玻璃价格明显增加。根据工程实践，幕墙超白玻璃基本解决了钢化玻璃自爆的安全性问题，对幕墙系统受力不是复杂的高层和超高层建筑可以采用超白中空玻璃但不采用夹胶玻璃。针对上海中心这样特殊超高层建筑，经过综合力学分析，考虑风荷载作用下建筑主体的震摆和地震作用宜优先采用超白夹胶玻璃。4幕墙玻璃安全性的综合问题幕墙玻璃伤人的安全问题涉及建筑规划、建筑整体设计、幕墙玻璃节点构造、使用安全管理等多方面，除了设计合理选用玻璃，建筑规划设计及工程管理要注意以下方面的问题。（1）幕墙设计要考虑玻璃破损后更换的工艺安全性及更换以后的使用安全。超高层建筑玻璃幕墙工程实践中，破损玻璃更换是个重要问题，如冬天严寒温度不适宜现场结构胶施工、大风天气的影响、吊篮或擦窗机使用不便等。应该考虑玻璃更换安全、方便的要求，如构造上采用可以在室内侧打胶的形式、玻璃带附框形式等。（2）建筑规划应充分进行环境评价，超高层建筑更应远离危险源，避免类似天津爆炸案对建筑玻璃幕墙的伤害引起巨大灾难。（3）建筑整体设计尽量设置绿化带，进出入口足够宽度的防护蓬等。5结束语超高层建筑无论施工过程、运营期还是拆除都对社会有重大影响，在当今社会生产力高速发展，甚至需要淘汰落后产能的时代，超高层建筑设计考虑经济适用性的同时必须考虑安全性，耐久性，优先采用超白玻璃及离子型胶片SGP等新材料。国家应该针对玻璃行业提高技术标准，针对社会影响大的超高层建筑幕墙应该不断提高规范性要求，把工程应建设成社会经济技术发展的标志，而不是仅考虑经济性和使用性的建筑垃圾。作者简介：黄晓明（1969—）性别：男，籍贯：辽宁海城人，学历：本科，毕业于昆明理工大学；现有职称：中级工程师；研究方向：幕墙技术。4

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