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基于幕墻玻璃墜落的既有幕墻檢查鑒定關鍵技術研究

文檔作者：吳永昌文檔來源：廣州建設工程質量安全檢測中心有限公司		點擊數：	更新時間： 2021年05月16日
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廣東土木與建筑
2013 年3 月GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING
第3 期
MAR 2013
No．3
既有幕墻的失效破壞應分為兩類：一類是恒載
失效，即板塊構件老化失效，包括玻璃的自爆、玻璃
在溫度應力或安裝應力下的破壞，膠的老化脫落，五
金配件、支座連接件的銹蝕等，其特點是損壞不易發(fā)
現，時間長，觸發(fā)點無可預測，破壞概率大，對地面人
員物品無預警，傷亡概率大；另一類是活載失效，指
幕墻在臺風及地震、外力巨大沖擊、火災炙烤后的整
體構造失效，幕墻整體的一項或多項材料達到極限
使用狀態(tài)而失穩(wěn)或斷裂，其特點是作用時間短，破壞
面極大。由于臺風可預報，故后者在不考慮構件老
化的情況下是可以通過設計復核、施工現場監(jiān)理、試
驗測試等來保證其安全性的，但這種外荷載作用往
往是不可抗力和罕遇事件。
一類破壞必然帶來二類破壞，故應重點
解決，二類破壞的概率則可通過各大實驗室
的不合格率得到，按照通過驗收才交付的管
理原則，理論上25 年的正常使用期內脆性破
壞構件失效概率Pf
應為1.1×10-4 （可靠指標
b =3.7）［1］，二類破壞結構功能函數服從正態(tài)分
布。結構的可靠度前提是正常設計、正常施工
和正常使用的情況，如果發(fā)生一類破壞則是管
理層面的缺失，而非幕墻本身的技術問題。
1 基于面板材料分類的既有幕墻的問題
玻璃幕墻大量事故報道是屬于一類破壞的情
況， 行業(yè)內甚至有觀點認為是幕墻玻璃而非玻璃幕
墻出問題導致既有幕墻事故發(fā)生。玻璃表面存在大
量的微裂紋，其發(fā)生的是脆性破壞，使得無論自爆［2］
或是SSG 系統(tǒng)失效，最終的結果都是玻璃墜落傷到
了人，故而是幕墻玻璃的問題，且大部分并非在狂風
地震等惡劣天氣下發(fā)生。
玻璃失效前必然會產生大量的裂縫， 通過對不
基于幕墻玻璃墜落的既有幕墻檢查鑒定關鍵技術研究
吳永昌
（廣州建設工程質量安全檢測中心有限公司廣州510440）
摘要：根據大量的既有幕墻檢查鑒定實踐和國內外的研究成果，探討了既有幕墻最大的安全隱患在于幕墻玻璃的墜落而
非玻璃幕墻本身，提出了既有幕墻事故分類方法，應用最大玻璃安全使用法則提出了一種快速鑒定各樓層玻璃安全性方法，通
過玻璃貼膜加固策略提出了幕墻玻璃加固對策，經實踐證明是切實可行的。
關鍵詞：幕墻玻璃； 失效分類； 最大安全面積； 玻璃裂縫； SSG 失效； 自爆； 貼膜加固
The Key Technical Research of Existing Glass Curtain Wall Inspection
and Identification Base on the Glass Falling
Wu Yongchang
（Guangzhou Testing Centre of Construction Quality &amp;amp; Safety Co.，Ltd. Guangzhou 510440，China）
Abstract：According to the large number of existing curtain wall inspection appraisal practice and domestic and foreign research results，
this paper discusses the falling glass is the biggest security risks rather than glass curtain wall itself for existing curtain wall. Put forward
the existing curtain wall accident classification method ,proposes a rapid identification of glass security appraisal method in each floor by
application largest glass safe using rule，puts forward glass film reinforcement strategy for the curtain wall glass repair measures. The result
proves that it is feasible.
Keywords：curtain wall； failure classification； maximum security area； glass cracks； SSG fail； blew； film reinforcement
圖1 玻璃受到溫度應力、安裝應力和內部雜質應力后的不同裂縫形狀
裂縫1
裂縫2
90°
90°
非90°
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2013 年3 月第3 期吳永昌： 基于幕墻玻璃墜落的既有幕墻檢查鑒定關鍵技術研究MAR 2013 No．3
同裂縫形狀的判斷可得出其破壞的原因［3］，如圖2。
圖中裂縫1 是由溫度應力引起的，玻璃邊緣的裂痕
是垂直的，裂縫2 是非溫度應力引起，而典型的“蝴
蝶斑”是鋼化玻璃自爆的典型裂縫形狀。
由此可見，對玻璃的外觀檢查顯得尤為重要，早
期裂縫的發(fā)現可以大大降低玻璃墜落的概率，可通
過吊籃、插窗機等進行近距離的普查；通過望遠鏡進
行面板全覆蓋的檢查；通過全站儀檢查玻璃整體垂
直度和水平度以早期發(fā)現其錯位；一旦發(fā)現裂縫就
應及時處理，以免其發(fā)展成為二類破壞。
加強玻璃的防護可以大大減低既有幕墻的失效
概率，基于玻璃脆性斷裂的天性，采用強韌性的加固
物品，如夾膠玻璃可在不削弱原玻璃采光功能的情
況下，抵抗由于溫度應力、自爆、安裝應力等引起的
玻璃失效，對于既有玻璃片則可對其進行貼膜防護。
選擇貼膜產品時應考慮膜材的韌性即拉伸強度
是否符合加固要求，而防飛濺能力取決于其與玻璃
的粘接強度。貼膜玻璃可以與玻璃協同工作，一旦
玻璃受到風荷載、溫度、安裝應力或外物沖擊作用而
發(fā)生破碎時，它能牢牢地形成一個整體等待修復［4］。
由于是臨時構造，外部活荷載作用時間短，玻璃的裂
縫會提醒人們去更換， 玻璃貼膜同樣需要經過設計，
故可按照最基本組合參數取值和10 年一遇風荷載，
也就是說貼膜玻璃組合只需滿足將玻璃粘合一起且
不發(fā)生高空墜落的承載要求。
在等待修復的過程中，已失去穩(wěn)定的弱剛度體
系已無法抵抗二類破壞，由于玻璃的自身重量，破碎
后的玻璃受到的面法線風荷載和平面內縱橫向力都
從附框上轉移到加固薄膜上，如果薄膜與主體未能
有效連接，則同樣的破壞可能由“玻璃雨”轉變成“玻
璃被子”，其破壞力更強，這就要求發(fā)生破壞后薄膜
與主體通過附框能有效連接。筆者給出了參考的加
固構造（如圖2），任何能使薄膜與主體有效連接的
構造都是被允許的。
貼膜修復的最大好處是可以全數排除玻璃自爆
的危害性，在實踐中也被證明是切實可行的，如圖3。
單項工程的貼膜后效果可通過實驗室的模擬實驗進
行判斷，采用同厚度同尺寸的鋼化玻璃塊（可以不同
廠家）在實驗室采用同樣的約束條件（四邊約束、四
邊點式約束等），采用故意破壞玻璃片后加反復風荷
載， 以驗證聚酯膜加固系統(tǒng)足夠粘接住玻璃碎片以
及防飛濺，聚酯膜系統(tǒng)足夠的韌性不發(fā)生自身的斷裂
及撕裂，與主框足夠連接牢固不發(fā)生整體脫落，還驗
證加固玻璃破壞后是否有足夠時間用于玻璃的更換。
既有玻璃幕墻對玻璃的復核往往設定矩形薄板
模型，在風壓作用下的應力狀態(tài)精確計算十分復雜，
通常建立有限元模型進行計算， 對檢查人員的要求
較高， 筆者給出了一個快速判斷各樓層玻璃是否符
合設計要求的方法［5］，見式⑴，只需知道該樓層的標
高， 就可以通過規(guī)范算出該層位置的玻璃板所承受
的風壓P，通過測量玻璃的厚度和尺寸，可以判斷該
玻璃是否被允許使用。
P =30a ［A（t+t2 4）］ ⑴
式中：P 為玻璃承受的風壓或均布荷載；A 為玻璃的
面積；t 為玻璃的實測厚度；a 為與玻璃品有關的設
計系數，6mm 以下浮法平板玻璃取1.0， 超過6mm
的浮法玻璃取0.8，鋼化玻璃取3.0，夾膠玻璃取1.6，
中空玻璃取1.5。
石材幕墻一類破壞的可能性也相當大，主要是面
板材料是否適用于外立面裝飾，有工程為了追求外立
面特定的質感或顏色，采用了并不適合作為外掛幕墻
使用的紅砂巖，結果是不到5 年就發(fā)生了一定數量的
破裂而墜落。再者是由于石材幕墻施工人員很多是
未經培訓的內裝飾工人， 對石材幕墻的認識等同于
瓷片，因而產生了大量的施工隱患，現場檢查中我們
要特別注意。鋁板等金屬幕墻由于面板材料可以發(fā)
生塑形變形，一類破壞的嚴重性低于玻璃幕墻，但發(fā)
生二類破壞的嚴重性極大。常見報端的是鋁板幕墻
被風吹開，金屬屋面被風掀開等工程事故。
圖2 既有幕墻玻璃貼膜加固策略
訳開啟部分貼膜訴固定部分貼膜
圖3 既有幕墻玻璃貼膜實例
聚酯膜玻璃
鋁合金主梁
鋁合金窗框收邊壓敏膠條
鋁合金窗扇
可上自攻螺釘
收邊壓敏膠條
收邊開模鋁棍收邊開模鋁棍聚酯膜玻璃
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圖4 點索式幕墻拉鏈式破壞
2013 年3 月第3 期廣東土木與建筑MAR 2013 No．3
2 基于構造形式分類的既有幕墻問題
框支式幕墻主要也是玻璃幕墻，發(fā)生問題的情
況前面已作了討論，其中重點也是頻頻出問題的是
隱框玻璃幕墻，SSG 構造一直被認為是成熟的構造
體系，大量的實驗證明它可保證幕墻整體的結構穩(wěn)
定性，也得到大量的應用（如廣州西塔項目）。不過
SSG 構造的耐久性是個值得討論的問題，由于膠的老
化問題， 使得框支式玻璃幕墻時常發(fā)生脫膠使得整
體玻璃墜落傷人。但膠本身的安全系數是3.2［6］，大
量失效往往膠本身并未達到許用應力水平，而是超
級劣質膠或者膠與附著材料不相容。另外一種情況
是雙層玻璃用在開啟部分的外片脫膠，由于雙層玻
璃采用的是聚硫膠，這種膠在太陽紫外光作用下會
老化失去強度，而由于設計上通常將中空玻璃單作
一個整體進行SSG 校核，最外層玻璃未經過設計復
核，這是一個設計的誤區(qū)。
點支承、拉索幕墻、全玻璃幕墻由于實驗資料較
少，容易發(fā)生二類破壞。此類幕墻破壞往往不是試
驗不達標，而是試驗狀態(tài)不能完全模擬現場的實際
情況，或者邊界條件未能很好模擬，在實際的應用中
暴露出缺陷來，比如點索幕墻的“拉鏈式”破壞［3］，如
圖4 （圖中A 為玻璃整體完好時各玻璃的力的傳導
途徑；B 為第4 層第2 列玻璃破壞后玻璃力的重新
分配情況），由于設計的未能預知，在玻璃整體中由
于一塊玻璃的損壞導致了其他玻璃失效的連鎖反
應。對于此類既有幕墻應該認真仔細地進行設計復
算，甚至重新建立模型進行實驗。
單元式幕墻同樣會出現二類破壞，這類幕墻大
量應用在高層和超高層建筑中，雖然高層建筑驗收
前通常都做了不止一個的的不同體型、不同位置的
靜風壓足尺模型測試， 但由于我國現行的幕墻標準
有些是針對150m 以下的幕墻，試驗標準和方法并不
能完全滿足高層和超高層建筑幕墻性能要求。比如
抗震只進行平面內變形檢測， 而忽略了高層建筑由
于高度方向大而產生自重壓縮、溫度變化、甚至地震
縱向力的作用、拐角X、Y 方向的水平層間位移，高
層位置板塊由于主體風搖周期擺幅的錯動。上海中
心幕墻工程在日本進行了抗震試驗，顯示單元板塊在
不利工況下整體被甩出的情況。故而在超高層出現二
類破壞的幕墻中有類似情況， 都應該加上防脫鎖扣，
另外還有大面積整體幕墻的冷熱循環(huán)和日光暴曬試
驗，高層建筑低層部分的水膜試驗等。雖然有些高層
都進行了外標檢測， 但仍然不能完全符合我國的實
際情況。
3 基于幕墻工程量大小分類的既有幕墻問題
小型幕墻易發(fā)生一類破壞，大型幕墻易發(fā)生二類
破壞。由于小型幕墻的層層分包和單價較低，多采用
比較常見的框支式幕墻，采用的材料相對較低劣，設
計水平和施工管理水平相對較低， 因此在長期的使
用過程中，易發(fā)生材料本身不合格引起的失效，比如
玻璃面板厚度太薄、未鋼化；采用劣質膠老化、與附
框粘結失效整體脫落，甚至漏膠，不打膠；石材幕墻
施工人員未經上崗培訓，開槽深度不夠，用普通膠水
替代石材膠，未設計輕鋼龍骨框架，采用瓷磚的施工
方法對待石材幕墻。鋁板幕墻未做折邊設計，采用自
攻螺釘，加勁肋不到邊；全玻璃幕墻直接坐落在混凝
土底座，夾膠玻璃夾層采用現場注膠等。通常此類幕
墻經過了若干年的老化， 幕墻玻璃或石材等面板材
料大部分在無外力作用情況下由于本身重量而發(fā)生
了墜落。
大型幕墻由于監(jiān)管相對嚴格， 多為知名大幕墻
公司施工， 材料相對都是采用主流的大企業(yè)的合格
產品， 施工過程又有內部管理體系及現場的監(jiān)理體
制保證，發(fā)生的失效往往不是材料本身的失效，而是
對復雜體型或超高幕墻認識能力不足而產生的客觀
失效， 通過正確合理的試驗手段是可以在安裝前被
發(fā)現的。筆者在實際檢查中發(fā)現，很多既有大型幕墻
使用了十幾年需要維護檢查， 往往當時無標準可執(zhí)
行或者采用的舊標準方法的設計取值，但是材料仍然
保持著相當好的工作狀態(tài)（膠仍然有彈性，玻璃膜片
完好，型材膜面未刮花），這些都是伴隨著幕墻行業(yè)
的快速發(fā)展的隔代產物，可以算做二類破壞。
經過嚴密設計、正確施工、規(guī)范監(jiān)理、準確測試
驗收合格后的幕墻符合我國建筑結構可靠度范疇，
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2013 年3 月第3 期吳永昌： 基于幕墻玻璃墜落的既有幕墻檢查鑒定關鍵技術研究MAR 2013 No．3
一次的幕墻失效玻璃破裂并不能反映其質量出現了
嚴重問題，而未經設計、野蠻施工、未測試過的幕墻
嚴重損害了幕墻行業(yè)的整體體系，危害了公眾安全，
一次的幕墻失效往往是更嚴重的幕墻事故的預警。
4 既有幕墻研究方向的問題
了解了以上分類，我們就應該針對性地對材料
本身的耐久性進行研究，國內針對幕墻膠的耐久性
研究和檢測方法的研究進行了大量的工作，對幕墻
玻璃自振頻率的變化反映出的玻璃可能失效的情況
也進行了專項［9］研究，甚至國外通過顯微鏡直接在既
有幕墻鋼化玻璃上找硫化鎳晶體和微裂紋，國內有通
過應力紋理的變化發(fā)現玻璃表面應力的變化［10］。
如果屬于一類破壞通常是使用了劣質膠，我們
就應該對市場加以監(jiān)管，而研究通常是對于二類破
壞的主流品牌膠的耐老化性，得出的規(guī)律往往不能
代表一類破壞的實際情況。同樣，如果放任使用含
大量雜質的離線鋼化的劣質玻璃，我們通常的研究
是針對主流的合格鋼化玻璃廠的自爆率，得出的方
法同樣不能防止玻璃自爆的發(fā)生。而一類破壞的惡
劣后果通常導致公眾對建筑幕墻整體總體的不信
任，逼迫行業(yè)對二類破壞進行大量研究。但在幕墻損
壞檢查鑒定中我們必須分清是屬于一類或二類破
壞，不能因此否定建筑幕墻行業(yè)本身。
目前我國的既有幕墻保有量達到約9 億m2，需
要制定一個既有建筑幕墻檢查鑒定標準，但更需要
關注的是這些年幕墻行業(yè)發(fā)展良莠不齊、大上快上，
很多幕墻產品存在已脫離整個行業(yè)體系失效概率可
控范圍，采用制定的鑒定標準往往可鑒定的是二類
破壞的幕墻，有些一類破壞的幕墻連膠樣無法取到。
按面積法、層次法、權重法的整體可靠度判斷，往往
都不能直接判它完全失效，需要檢查鑒定人員有足
夠的經驗判斷能力，及時地將此類有危害的幕墻產
品排除。
5 既有幕墻失效對策
在幕墻設計基準期內，對待一類破壞，有足夠數
據證明其膠已經發(fā)生了老化（邵氏硬度變大、拉伸斷
裂力變?。?，玻璃大量出現了破壞，應建議拆除重建
并符合達到現行國家標準，一類破壞既有幕墻重建
更新其實只是失效概率的再延伸，同樣的業(yè)主傾向
于找回原來的設計和施工單位， 同樣的施工單位傾
向于使用同樣品牌的材料和施工構造。如此累加的
失效概率同樣通過時間一樣被放大， 并不是幕墻本
身不耐用需要經常拆換，國外有屹立50 年不壞的幕
墻，而單單新建而不復檢并不能替代安全，重建后的
同樣年限后會發(fā)生同樣的問題。
對待二類破壞， 適度的老化在設計基準期內是
可以接受的，通過構造的補救（玻璃貼膜，石材織網
加固、鋁板重新加勁等）可以避免整體拆除和更換，
而不是發(fā)現五金件銹蝕就拆掉重建。幕墻行業(yè)只有
通過不斷提高對各種工況下的幕墻材料和構造的性
能研究，制定更嚴格的設計、施工、檢測、驗收標準，
才能從根本上杜絕二類破壞。
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