幕墻玻璃頻頻掉落的原因及防治措施

■ 陳興旺 Chen Xingwang

0 引言

曾經(jīng)，玻璃幕墻建筑以其自重輕、工期短及外觀時尚的特點，受到不少建筑商的青睞，在我國發(fā)展迅猛。2007年，中國生產(chǎn)玻璃幕墻總量高達2200萬m2，占據(jù)當年世界產(chǎn)量的86%。似乎玻璃幕墻的迅速發(fā)展，是我國城市化進程中的必然。但近年來頻發(fā)的玻璃幕墻爆裂事故，卻使其成為無數(shù)城市人的噩夢，引起了社會各界對其安全問題的高度關(guān)注。解決玻璃幕墻的安全問題迫在眉睫。

1 各地頻發(fā)“玻璃雨”，安全隱患不容忽視

如今，高懸頭頂?shù)哪粔σ殉蔀闊o數(shù)城市人的噩夢。且不論那令人煩躁的光污染，國內(nèi)多個城市均曾發(fā)生過玻璃幕墻因風力因素脫落的事故。而更危險的是，玻璃幕墻普遍采用的鋼化玻璃甚至有可能發(fā)生自爆事故，且很難事先察覺。鋼化玻璃自爆后產(chǎn)生細小碎粒，形成“玻璃雨”，威力大到可擊穿大樓底層的玻璃鋼天棚。2011年8月9日，上海市南京西路靜安協(xié)和城的2號樓落下30余塊玻璃，致使一名路過的騎車人受傷，這已經(jīng)是這個樓盤當年的第三場“玻璃雨”。僅2010 ～2011年的一年間，上海便已發(fā)生了8起玻璃幕墻爆裂事故，所幸均未造成致死事件。事實上，有關(guān)天降“玻璃雨”的事件各地時有發(fā)生，并且臺風多發(fā)區(qū)發(fā)生的概率更大。

在2003年底發(fā)布的《建筑安全玻璃管理規(guī)定》中，強制要求“在人員流動密度大的一些地區(qū)，建筑玻璃幕墻應(yīng)采用安全玻璃”。而安全玻璃是指符合國家標準的鋼化玻璃、夾層玻璃。顯然，當時對鋼化玻璃破碎后會飛散墜落的危害性認識不足。相較之下，夾層玻璃的安全性要強得多，不會產(chǎn)生自爆問題，即使破裂，也不會在跌落時變成碎碴。但由于其造價比鋼化玻璃高得多，使用者寥寥無幾，致使國內(nèi)絕大多數(shù)大樓的玻璃幕墻都采用鋼化玻璃。

另一個值得關(guān)注的問題是：一批于80～90年代建造的玻璃幕墻建筑，目前已面臨玻璃幕墻設(shè)計壽命將至的問題。玻璃幕墻設(shè)計壽命最高僅為25年，但檢測維修一直是玻璃幕墻建筑相關(guān)方推諉扯皮的環(huán)節(jié)。 根據(jù)2006年上海裝飾裝修行業(yè)協(xié)會給出的指導(dǎo)價，由“專業(yè)檢測評估機構(gòu)”實施的玻璃幕墻檢測和現(xiàn)場檢查以及整體評估需收費25元/m2。目前，一幢玻璃幕墻建筑的總檢測費用約在15萬元左右。檢測費用高昂，成為各方頭痛的問題。為降低費用，玻璃幕墻所有者傾向于讓物業(yè)公司而非專業(yè)機構(gòu)進行檢測，收費約為5～10元/m2。但物業(yè)公司是否有能力保障玻璃幕墻的質(zhì)量和安全，又是一個問號。

2 玻璃幕墻自身存在的問題及解決辦法

玻璃幕墻存在的問題很多，如玻璃破碎、結(jié)構(gòu)膠失效、玻璃幕墻防火性能差、玻璃幕墻支撐結(jié)構(gòu)失效以及玻璃幕墻固定裝置失效等等。

2.1 玻璃破碎問題

引起玻璃破碎的原因有很多，最主要的是雜質(zhì)硫化鎳和熱應(yīng)力造成的玻璃破碎。

2.1.1 由雜質(zhì)硫化鎳引起的玻璃炸裂

硫化鎳是玻璃生產(chǎn)過程中不可避免的有害雜質(zhì)，它是在原片玻璃生產(chǎn)過程中由硫元素與鎳元素在高溫作用下形成的一種化合物，硫化鎳本身對玻璃并無任何損害，只是在玻璃進行鋼化處理后，原來的硫化鎳化合物就會改變其狀態(tài)，隨著時間和溫度的改變體積增大或發(fā)生轉(zhuǎn)化，當含有硫化鎳的玻璃被安裝在幕墻時，由于外界溫度升高，導(dǎo)致硫化鎳體積產(chǎn)生微小的變化，使玻璃內(nèi)部產(chǎn)生微小的裂縫，這些裂縫透過鋼化玻璃的張力層后將內(nèi)部的能量釋放出來，造成玻璃破碎。

解決辦法：①從源頭著手，玻璃制造廠家應(yīng)對玻璃制造過程進行全程監(jiān)控，盡量減少含鎳材料與玻璃原材料接觸；②對于幕墻玻璃安裝后進行監(jiān)測，國外已有以照相方式檢測硫化鎳雜質(zhì)是否存在，如果含有，及時進行必要的更換，防止玻璃破碎傷人；③可以將單片鋼化玻璃、鋼化中空玻璃換成夾層玻璃，這時如果硫化鎳雜質(zhì)因變形而導(dǎo)致玻璃破碎，碎片仍舊黏附在膠片上，不至于形成玻璃雨而對地面人員造成傷害。

2.1.2 由熱應(yīng)力造成的玻璃破碎

熱應(yīng)力是造成玻璃幕墻破碎的另一個重要原因。玻璃幕墻受熱的原因很多，但最主要的熱源是太陽光，當太陽光照射在玻璃幕墻表面時，玻璃會受熱膨脹，如果玻璃受熱均勻則玻璃邊部和玻璃中央部分同時均勻膨脹，但如果邊部和玻璃內(nèi)部受熱不均勻，比如明框玻璃幕墻，玻璃中部受熱膨脹而邊部由于鑲嵌在金屬框架里面，邊部的溫度低于玻璃中間部位，此部分玻璃仍然保持原來狀態(tài)并阻止受熱部分膨脹，于是在玻璃內(nèi)部會產(chǎn)生拉應(yīng)力，當玻璃邊部有破痕或微小裂紋時，這些瑕疵很容易受到熱應(yīng)力的影響，隨著溫差的增大，熱應(yīng)力導(dǎo)致裂痕逐步加大最后導(dǎo)致玻璃破碎。

解決辦法：①對玻璃邊部進行精加工處理，采用細磨邊或者拋光邊等以減少微小裂紋的存在；②將玻璃進行鋼化處理以增強玻璃抵抗溫度變化的能力；③在玻璃加工、搬運、安裝過程中，對玻璃必須進行適當?shù)谋Ｗo，注意不要將玻璃邊緣與其他堅硬物體碰撞、摩擦，嚴格遵守操作規(guī)程，特別是在安裝過程中，如果框架不合適(太小或扭曲變形)，一定要記住不要用鉗子夾掉玻璃邊角，而是要矯正框架，使之適應(yīng)玻璃的大小。

2.2 玻璃幕墻防火能力差

玻璃幕墻是不可燃燒的材料，但是在烈火面前，它是可以軟化甚至融化的，因此在建筑設(shè)計中，一定要充分考慮建筑的防火要求，一是要保持玻璃的完整使之不破碎，以免造成空氣流動，導(dǎo)致火勢蔓延，同時在保持玻璃自身完整的前提下，要保證玻璃背面的可燃物不會在熱輻射下發(fā)生燃燒或爆炸。一般的玻璃幕墻防火效果很差，其耐火完整性、耐火隔熱性都很低，在烈火中可以在很短的時間內(nèi)發(fā)生玻璃破碎。

因此在實際施工過程中，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)建筑不同的防火要求進行不同的設(shè)計。對于有一般防火要求的建筑，可采用玻璃磚、鋼化玻璃、小塊平板玻璃等；對于防火要求比較高的建筑，幕墻玻璃應(yīng)采用夾絲玻璃、單片防火玻璃、復(fù)合防火玻璃、防火中空玻璃等。復(fù)合防火玻璃是目前應(yīng)用最廣泛的防火幕墻玻璃，當火災(zāi)發(fā)生時，在一定時間內(nèi)臨火面玻璃受熱炸裂，但由于防火膠片的存在玻璃被黏附在膠片上不墜落，保持了玻璃的完整性，同時由于膠片本身具有防火作用，不但對火勢蔓延起到阻擋作用，又保證了背火面溫度不迅速上升，控制了火勢蔓延。

2.3 幕墻玻璃結(jié)構(gòu)膠失效

玻璃幕墻因為長期受到自然環(huán)境的不利因素，如風吹、日曬、雨淋、紫外線照射、地震等的影響，因此要求其必須具有耐候性、耐久性、耐腐蝕性，作為黏接材料的結(jié)構(gòu)膠成了人們關(guān)注的焦點。眾所周知，目前市場上質(zhì)量最好、應(yīng)用最廣的結(jié)構(gòu)膠保質(zhì)期只有10年，質(zhì)量保證期一過，硅酮結(jié)構(gòu)膠有機化合物隨著時間的推移熱老化、紫外線老化問題目益嚴重，造成結(jié)構(gòu)膠喪失強度和黏接力而失效。雖然玻璃幕墻表面上沒有任何質(zhì)量問題，但其潛在的危險卻時時刻刻存在，嚴重影響建筑物周圍過往行人和車輛的安全。在北京、上海、廣州等最早使用玻璃幕墻的城市，幕墻玻璃墜落事件時有發(fā)生，如何測定某一塊玻璃結(jié)構(gòu)膠失效與否非常困難，但要想保證人員和車輛的安全，若大面積的更換玻璃幕墻又是一筆龐大的支出，面對這種情況，業(yè)主進退兩難。

解決辦法：①限制隱框玻璃幕墻的使用，必須對已過質(zhì)量保證期的玻璃幕墻進行防護，例如在玻璃幕墻周圍設(shè)立圍欄、綠化帶、吊掛幕布以防墜落的玻璃傷及過往行人和車輛；②盡量采用明框、半隱框玻璃幕墻，因為即使是結(jié)構(gòu)膠失效，由于有框架的支撐和約束，玻璃墜落的幾率也會大大降低。

2.4 玻璃幕墻支撐結(jié)構(gòu)失效

并非所有的玻璃幕墻所出現(xiàn)的問題均由玻璃本身引起，有時支撐玻璃的框架結(jié)構(gòu)失效也會引起玻璃幕墻問題。用來支撐玻璃的框架結(jié)構(gòu)往往是玻璃幕墻的薄弱環(huán)節(jié)，如果最初框架系統(tǒng)設(shè)計不合理，框架結(jié)構(gòu)無法承受建筑物內(nèi)力，進而出現(xiàn)變形，最終會導(dǎo)致玻璃破碎。

我們可以在設(shè)計過程中，對框架結(jié)構(gòu)進行抗疲勞實驗，根據(jù)其抗疲勞能力再設(shè)計相應(yīng)的幕墻玻璃，防止框架長期超負荷運轉(zhuǎn)。

2.5 玻璃幕墻扣件固定裝置失效

所有的玻璃幕墻都依賴扣件固定裝置將幕墻組合在一起并固定在建筑物上的。但是扣件固定裝置無法預(yù)見的瑕疵可能導(dǎo)致嚴重的結(jié)構(gòu)問題，如：氫脆變是金屬生產(chǎn)過程中吸收了氫后造成金屬的延展性降低，高強螺栓等在接觸氫后可能在所受如風、地震等外力作用下，未達到其屈服強度就已經(jīng)失效了，導(dǎo)致幕墻玻璃墜落。固定裝置失效的另一個原因是長期受到風荷載作用造成螺栓松動。建筑物每天都受到不規(guī)則的風荷載作用，不規(guī)則風荷載帶來玻璃幕墻持續(xù)振動，并傳給固定裝置，振動會導(dǎo)致連接固定裝置與建筑本身的高強螺栓松動，一旦螺栓失去作用，固定裝置就失效，幕墻玻璃受風等作用墜落就成了不可避免的問題。

因此在安裝玻璃幕墻前，應(yīng)對扣件固定進行必要的檢驗，檢驗合格后才能在現(xiàn)場安裝使用。另外，針對固定螺栓松動造成的幕墻玻璃墜落，在實際施工過程中，可采用特殊鎖扣的螺母將螺栓鎖住，防止螺栓滑落失效，或者是使用特定的墊圈保證螺栓緊固后不再脫落。

3 引起事故頻發(fā)的其他因素

3.1 監(jiān)管方難落實

按照相關(guān)規(guī)定，玻璃幕墻并非安裝完后就完事了，它有一定的使用年限，還需要定期進行檢測維護，但由于規(guī)定不具強制性，再加上對玻璃幕墻行業(yè)缺乏必要的監(jiān)管，因此埋下禍根。玻璃幕墻墜落事件再次給城市安全管理敲響警鐘。

3.2 超年限使用引發(fā)安全隱患

玻璃幕墻建筑的設(shè)計年限標準是25年，目前上海至少有兩成大樓的玻璃幕墻已超過該年限。而據(jù)專家透露，上海玻璃幕墻建筑總量的1/5是1997年前建造的，早于上海出臺玻璃幕墻相關(guān)標準的時間，設(shè)計、驗收等都不夠規(guī)范，更容易出現(xiàn)安全隱患。隨著這些玻璃幕墻建筑逐漸步入“老年期”，它們成為“高空炸彈”的可能性也越來越大。

3.3 安檢缺乏關(guān)注

據(jù)了解，大多數(shù)人并不知道這些玻璃幕墻是否進行過安全檢查，也不知其安全性能究竟如何。

3.4 物業(yè)不主動

一般來說，幕墻要定期進行檢修和維護。在維護上，相關(guān)檢測部門首先要進行查勘，出具報告。如果發(fā)現(xiàn)問題，修理和維護是一筆不小的費用，特別是一些高空部位，涉及高空操作、人力、材料費用等，每平方米會達到數(shù)百元，如果要更換玻璃可能高達上千元。一幢大型玻璃幕墻商務(wù)樓一次大規(guī)模檢修費用至少需幾十萬元，因此物業(yè)缺乏主動性。

4 防治措施

4.1 安全排查

雖然經(jīng)過特殊處理的玻璃幕墻在自爆后不會大塊脫落而是形成顆粒，但從高空掉落的“玻璃雨”的危害依然非常大。如果某高層建筑已經(jīng)發(fā)生多次類似事件，必須盡快對其所有玻璃幕墻進行全面排查。

4.2 建立玻璃幕墻數(shù)據(jù)庫

建立玻璃幕墻建筑安全管理的長效機制，包括建立“玻璃幕墻數(shù)據(jù)庫”，為每一幢玻璃幕墻建筑建立“身份證”。有關(guān)部門只要通過信息庫中的信息，就能提醒業(yè)主何時進行檢測維修，并對檢測和改造情況進行監(jiān)督檢查。同時從源頭上嚴格控制玻璃幕墻建筑的審批流程，將它納入日常管理，從建造階段的質(zhì)量監(jiān)控向合理使用年限階段的質(zhì)量管理延伸。此外，還應(yīng)實行質(zhì)量保修保險制度，落實維護專項基金，讓玻璃幕墻的安全有長期的保障。

4.3 定期檢修

玻璃幕墻大樓啟用后每5年需進行一次全面檢查，使用滿8年的，建筑物所有者或管理者應(yīng)當委托由市建委核準的有資質(zhì)的技術(shù)鑒定機構(gòu)進行查勘，并嚴格執(zhí)行查勘意見；以后應(yīng)當每年進行1次幕墻安全玻璃使用情況的查勘。

4.4 技術(shù)革新

“一旦玻璃自爆，進行更換和維修的成本非常昂貴，尤其是在超高層和異形玻璃幕墻中。”隨著超白玻璃的出現(xiàn)，玻璃幕墻防自爆有了新的進展。超白玻璃又稱低鐵玻璃，即在優(yōu)質(zhì)的超白砂礦生產(chǎn)過程中進行除鐵工藝，而鐵和鎳屬于伴生礦，即鐵和鎳共生，所以除鐵過程鎳也可被除去，從源頭上防止了隱患發(fā)生。

5 結(jié)語

除了上述安全性能問題，由玻璃幕墻大面積使用而引起的光污染、色污染、熱污染等問題也不容忽視。盡管玻璃幕墻存在的問題多多，但是作為設(shè)計者、生產(chǎn)者和使用者，只要充分了解、研究其性能，揚長避短，進行合理的設(shè)計安裝，并做好后期維護工作，玻璃幕墻仍不失為現(xiàn)代建筑的一個亮點。