采光頂鋼化玻璃破碎原因分析及預防措施探討

李光旭 常記莽

摘 要 本文通過對2個玻璃采光頂工程面板破碎情況的分析，總結出引起玻璃破碎的主要原因：鋼化玻璃“自爆”、“熱炸裂”、設計及安裝工藝不規范，以及其他一些外部因素的影響，并針對破碎原因提出了相應的整改措施。本文為玻璃采光頂的設計、安裝及檢測鑒定工作提供了參考。

關鍵詞 既有采光頂;鋼化玻璃破碎;自爆;熱炸裂

前言

既有建筑采光頂泛指已建成的采光頂。作為建筑外裝飾的一部分，鋼化玻璃采光頂具有遮風、擋雨、采光等優良性能，通常被用于建筑中庭頂部或大廈出入口處。近年來，玻璃采光頂的應用越來越廣泛，但同時隱患也接踵而至。如果既有采光頂出現鋼化玻璃破碎的情況，將給周圍人們的財產及生命安全帶來巨大威脅。事實表明，既有建筑工程的鋼化玻璃破碎現象時有發生且不可避免，成為困擾建筑行業的老大難。本文結合典型的工程案例，對玻璃破碎原因進行了深入分析與總結，并針對實際情況提出了防范整改措施，與大家共同探討。

1玻璃破碎案例原因分析

1.1 工程案例一

某大樓1位于福建省連江縣，該大樓中庭位置采用鋼結構支撐的水平隱框玻璃采光頂，標高約20m，面積約450m2。面板采用8+12A+8+1.52PVB+8中空夾層鋼化玻璃，夾層玻璃位于下側。該采光頂玻璃總片數約258片，自2018年12月竣工驗收至2019年2月已陸續破碎10片，其中中空夾層鋼化玻璃室外側的單片玻璃破碎4片、夾層上側玻璃破碎3片、夾層下側玻璃破碎3片，且破碎的玻璃主要為較大規格尺寸的玻璃面板。

從上述信息來看，該中空夾層玻璃上、中、下三片玻璃各自的破碎片數較為均勻。根據現場檢驗的實際情況，對造成該采光頂鋼化玻璃破碎的主要原因總結如下：

（1）鋼化玻璃自爆。現場對部分已破碎但仍處于原位置的鋼化玻璃進行檢驗，發現裂紋從破碎點處向外放射延伸，在放射中心附近存在兩塊較大的碎片，形成類似蝴蝶翅膀的圖案，業界將之稱為“蝴蝶斑”;并且在破碎起點的玻璃截面上存在深色結石點，即硫化鎳結石。此種現象為：因硫化鎳雜質膨脹引起鋼化玻璃“自爆”的典型特征。

（2）設計不滿足現行標準規范要求。對于部分既有玻璃采光頂工程，在設計、施工及驗收等整個階段，所采用的標準規范發生了更新，即所采用的設計或施工規范已不是驗收時的“現行規范”。而設計或者施工時，未能對新材料、技術及工藝等及時進行全面把握，可能成為引起玻璃破碎的重要原因之一。該項目大多數鋼化玻璃面板的外形尺寸為2480mm×2480mm，

最大面板的外形尺寸為2646mm×2690mm。規范JGJ255-2012對面板規格尺寸“玻璃面板面積不宜大于2.5m2”的規定中用詞為“宜”，而新規范JG/T 231-2018在“玻璃采光頂用玻璃面板面積應不大于2.5m2”的規定中用詞為“應”，對面板規格尺寸要求更加嚴格，而顯然工程所使用的面板規格尺寸嚴重超標。并且面積嚴重超標JGT 455-2014第4.2.1條的要求（詳見表1）。

①現場檢驗發現：由于采光頂鋼化玻璃面積過大，玻璃在自重作用下產生的彎曲變形達到8.0mm～15.0mm，在雨天時易造成“鍋底”積水，增加了附加集中荷載，進而加大了玻璃破碎的概率。②選用的鋼化玻璃面積超限，造成玻璃物理性能無法滿足外力沖擊、颶風沖擊、地震沖擊、玻璃自身承重等。經驗算，該采光頂鋼化玻璃面板計算的撓度值為23.0mm，不符合《建筑玻璃采光頂技術要求》JG/T 231-2018第8.1.2b“絕對撓度宜不大于20mm”的規定。

1.2 工程案例二

某大樓2位于福建省三明市寧化縣，該工程中庭位置采用鋼結構支撐的隱框玻璃采光頂，標高約20m，面積約800m2。面板采用8+12A+6（著色）+1.14PVB+6Low-E中空夾層鋼化玻璃，夾層玻璃位于下側。根據業主提供的數據，該采光頂玻璃總片數約258片，自2016年5月安裝完成至2018年4月20日已陸續破碎66片，且均為室內側6mm著色鋼化玻璃破碎。根據現場檢驗的實際情況，對引起該采光頂鋼化玻璃破碎的主要原因總結如下：①鋼化玻璃自爆：具體解釋詳見案例一。②鋼化玻璃熱炸裂。

該項目現場安裝的采光頂玻璃面板從上至下的配置順序為8mm透明鋼化玻璃、12mm氣體層、6mm著色鋼化玻璃、1.14PVB、6mm Low-E鋼化玻璃，其中Low-E層位于第五面，緊貼加膠;這樣的玻璃配置，一方面造成了陽光的部分熱量被著色玻璃直接吸收，經過透射后的陽光又被Low-E膜再次反射給著色玻璃，使得著色玻璃再一次被加熱;另一方面著色玻璃位于中間層，其本身吸收的熱量不宜散發，從而產生較大的熱應力，誘發并加速了鋼化玻璃自爆;實際檢查時發現，室內側玻璃溫度明顯高于室外側8mm透明鋼化玻璃及周邊金屬龍骨的溫度，手觸室內側玻璃極為燙手，此現象與理論分析相吻合。

查看已破碎的6mm著色鋼化玻璃，發現破碎點起始于玻璃邊緣，并向其他區域放射，裂紋與邊部僅存在一個交叉點，其破碎形狀明顯不同于“蝴蝶斑”，且破碎點位于該邊長約1/3處，此現象為鋼化玻璃熱炸裂的典型特征之一。

安裝不規范。該項目的鋼化玻璃面板與鋼龍骨之間直接采用雙面膠條黏結，未設置附框且未設置硬質橡膠墊片進行有效隔離，這種情況顯然不符合規范要求，且有悖于設計者的初衷。更嚴重的是，現場檢驗發現部分雙面膠條已被壓碎，造成了玻璃與鋼龍骨之間趨近于剛性接觸的情況，極易引發鋼化玻璃破碎。

1.4 既有采光頂玻璃破碎原因匯總

鋼化玻璃破碎的原因復雜多樣，本文結合工程案例及鋼化玻璃自身的機理，將影響既有采光頂鋼化玻璃破碎的主要原因總結如下：

（1）鋼化玻璃自爆。鋼化玻璃自爆究其原因主要有兩種：一種是工藝缺陷（其內部所含有的氣泡、雜質等;玻璃是否存在磨邊、倒棱、倒角等）;另一種是玻璃內部含有硫化鎳（NiS）結石及其他異相顆粒。通常玻璃中的硫化鎳（NiS）結石不能完全去除，其成因由玻璃主料石英砂或砂巖、燃料及輔料在1400～1500℃高溫下的熔窯內燃燒熔化所成。研究表明：引起玻璃自爆的硫化鎳顆粒平均直徑約0.2mm，且硫化鎳顆粒位于約1/4～3/4的玻璃厚度方向[1]。

（2）鋼化玻璃熱炸裂。玻璃“熱炸裂”是由于玻璃受熱不均勻，熱脹冷縮時，形成了應力差，且當形成的熱應力和張應力超過邊緣抗拉強度時，就會造成玻璃破裂。研究表明，導致玻璃熱炸裂的原因可分為玻璃自身性能（玻璃制作因素、缺陷、力學性能及熱物理性能）和外部條件影響（裝配因素、設計因素、外加荷載和太陽能）兩大類。上述兩大原因中影響玻璃熱炸裂的最關鍵因素有玻璃太陽能吸收率、玻璃邊部損傷及玻璃的面積[2]。

（3）設計及安裝工藝不規范。在設計方面，必須將玻璃面積、長邊尺寸、玻璃種類、膠片種類及其厚度等嚴格控制在標準規范要求的范圍內，所采用的玻璃必須能夠承受所在區域的風荷載、積水荷載、雪荷載、冰荷載、活荷載及其他荷載的組合作用;在安裝工藝方面，一方面應使玻璃與槽口的裝配尺寸符合標準規范要求，并應避免玻璃與金屬龍骨直接剛性接觸（在外力或者熱脹冷縮的影響下，容易造成玻璃破碎）;另一方面應使同一個金屬龍骨網格的每條邊處于同一平面內，否則，在固定玻璃面板時，會造成玻璃面板翹曲變形，產生彎曲應力，進而引發玻璃破碎。

（4）外部因素。采光頂在服役期間可能會遭遇不可抗力（如地震、臺風、洪水、火災）及不可預知的人為因素的破壞作用。

2預防及整改措施

針對既有玻璃采光頂面板破碎情況提出的整改措施，應充分考慮到大樓日常使用情況及整改期間對周邊環境造成的影響。

（1）對于因硫化鎳（NiS）結石及其他異相顆粒引起玻璃“自爆”的工程以及對存在玻璃“熱炸裂”的工程，均可采取玻璃貼膜處理，以防止玻璃破碎時墜落傷人。

（2）對于因設計不當造成玻璃破碎的情況，前期應認真復核設計資料，對有違反標準規范或其他不合理處進行整改。

（3）對于因安裝工藝不規范造成玻璃破碎的工程，安裝時應選擇有資質的公司、配以有經驗的施工隊，嚴格按照設計及標準規范進行施工，應保證玻璃具有足夠的裝配尺寸，避免與金屬型材剛性接觸。

3結束語

既有建筑中鋼化玻璃破碎現象已屢見不鮮，直接影響了人們的生命及財產安全。為降低建筑中破碎玻璃傷人及損壞財產事件的發生率，應對大樓進行定期體檢，查找潛在的造成鋼化玻璃破碎的隱患，并進行及時整改。希望政府部門盡早給予“大樓體檢”政策上的支持。

參考文獻

[1] 孫文遷，黃楠，齊雅欣.鋼化應力對鋼化玻璃自爆的影響[J].中國建筑金屬結構，2013，（1）：88-89.

[2] 馬眷榮，陳永定，陳汝諧.建筑玻璃的熱炸裂機理探討[J].中國建筑材料科學研究院學報，1999，（6）：76-82.