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基于幕墻玻璃墜落的既有幕墻檢查鑒定關(guān)鍵技術(shù)研究

文檔作者：吳永昌文檔來源：廣州建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測(cè)中心有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)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(yīng)分為兩類：一類是恒載
失效，即板塊構(gòu)件老化失效，包括玻璃的自爆、玻璃
在溫度應(yīng)力或安裝應(yīng)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(diǎn)是損壞不易發(fā)
現(xiàn)，時(shí)間長(zhǎng)，觸發(fā)點(diǎn)無可預(yù)測(cè)，破壞概率大，對(duì)地面人
員物品無預(yù)警，傷亡概率大；另一類是活載失效，指
幕墻在臺(tái)風(fēng)及地震、外力巨大沖擊、火災(zāi)炙烤后的整
體構(gòu)造失效，幕墻整體的一項(xiàng)或多項(xiàng)材料達(dá)到極限
使用狀態(tài)而失穩(wěn)或斷裂，其特點(diǎn)是作用時(shí)間短，破壞
面極大。由于臺(tái)風(fēng)可預(yù)報(bào)，故后者在不考慮構(gòu)件老
化的情況下是可以通過設(shè)計(jì)復(fù)核、施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理、試
驗(yàn)測(cè)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(yīng)重點(diǎn)
解決，二類破壞的概率則可通過各大實(shí)驗(yàn)室
的不合格率得到，按照通過驗(yàn)收才交付的管
理原則，理論上25 年的正常使用期內(nèi)脆性破
壞構(gòu)件失效概率Pf
應(yīng)為1.1×10-4 （可靠指標(biāo)
b =3.7）［1］，二類破壞結(jié)構(gòu)功能函數(shù)服從正態(tài)分
布。結(jié)構(gòu)的可靠度前提是正常設(shè)計(jì)、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(shù)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(bào)道是屬于一類破壞的情
況， 行業(yè)內(nèi)甚至有觀點(diǎn)認(rèn)為是幕墻玻璃而非玻璃幕
墻出問題導(dǎo)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(jié)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(fēng)
地震等惡劣天氣下發(fā)生。
玻璃失效前必然會(huì)產(chǎn)生大量的裂縫， 通過對(duì)不
基于幕墻玻璃墜落的既有幕墻檢查鑒定關(guān)鍵技術(shù)研究
吳永昌
（廣州建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測(cè)中心有限公司廣州510440）
摘要：根據(jù)大量的既有幕墻檢查鑒定實(shí)踐和國(guó)內(nèi)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(yīng)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(duì)策，經(jīng)實(shí)踐證明是切實(shí)可行的。
關(guān)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(yīng)力、安裝應(yīng)力和內(nèi)部雜質(zhì)應(yīng)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(guān)鍵技術(shù)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(yīng)力引起的，玻璃邊緣的裂痕
是垂直的，裂縫2 是非溫度應(yīng)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(duì)玻璃的外觀檢查顯得尤為重要，早
期裂縫的發(fā)現(xiàn)可以大大降低玻璃墜落的概率，可通
過吊籃、插窗機(jī)等進(jìn)行近距離的普查；通過望遠(yuǎn)鏡進(jìn)
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(xiàn)其錯(cuò)位；一旦發(fā)現(xiàn)裂縫就
應(yīng)及時(shí)處理，以免其發(fā)展成為二類破壞。
加強(qiáng)玻璃的防護(hù)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(qiáng)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(yīng)力、自爆、安裝應(yīng)力等引起的
玻璃失效，對(duì)于既有玻璃片則可對(duì)其進(jìn)行貼膜防護(hù)。
選擇貼膜產(chǎn)品時(shí)應(yīng)考慮膜材的韌性即拉伸強(qiáng)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(qiáng)度。貼膜玻璃可以與玻璃協(xié)同工作，一旦
玻璃受到風(fēng)荷載、溫度、安裝應(yīng)力或外物沖擊作用而
發(fā)生破碎時(shí)，它能牢牢地形成一個(gè)整體等待修復(fù)［4］。
由于是臨時(shí)構(gòu)造，外部活荷載作用時(shí)間短，玻璃的裂
縫會(huì)提醒人們?nèi)ジ鼡Q， 玻璃貼膜同樣需要經(jīng)過設(shè)計(jì)，
故可按照最基本組合參數(shù)取值和10 年一遇風(fēng)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(fù)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(fēng)荷載和平面內(nèi)縱橫向力都
從附框上轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變成“玻
璃被子”，其破壞力更強(qiáng)，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(gòu)造（如圖2），任何能使薄膜與主體有效連接的
構(gòu)造都是被允許的。
貼膜修復(fù)的最大好處是可以全數(shù)排除玻璃自爆
的危害性，在實(shí)踐中也被證明是切實(shí)可行的，如圖3。
單項(xiàng)工程的貼膜后效果可通過實(shí)驗(yàn)室的模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)
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(shí)驗(yàn)室采用同樣的約束條件（四邊約束、四
邊點(diǎn)式約束等），采用故意破壞玻璃片后加反復(fù)風(fēng)荷
載， 以驗(yàn)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(yàn)
證加固玻璃破壞后是否有足夠時(shí)間用于玻璃的更換。
既有玻璃幕墻對(duì)玻璃的復(fù)核往往設(shè)定矩形薄板
模型，在風(fēng)壓作用下的應(yīng)力狀態(tài)精確計(jì)算十分復(fù)雜，
通常建立有限元模型進(jìn)行計(jì)算， 對(duì)檢查人員的要求
較高， 筆者給出了一個(gè)快速判斷各樓層玻璃是否符
合設(shè)計(jì)要求的方法［5］，見式⑴，只需知道該樓層的標(biāo)
高， 就可以通過規(guī)范算出該層位置的玻璃板所承受
的風(fēng)壓P，通過測(cè)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(fēng)壓或均布荷載；A 為玻璃的
面積；t 為玻璃的實(shí)測(cè)厚度；a 為與玻璃品有關(guān)的設(shè)
計(jì)系數(shù)，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(dāng)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(zhì)感或顏色，采用了并不適合作為外掛幕墻
使用的紅砂巖，結(jié)果是不到5 年就發(fā)生了一定數(shù)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(jīng)培訓(xùn)的內(nèi)裝飾工人， 對(duì)石材幕墻的認(rèn)識(shí)等同于
瓷片，因而產(chǎn)生了大量的施工隱患，現(xiàn)場(chǎng)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(yán)重性低于玻璃幕墻，但發(fā)
生二類破壞的嚴(yán)重性極大。常見報(bào)端的是鋁板幕墻
被風(fēng)吹開，金屬屋面被風(fēng)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(shí)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(diǎn)索式幕墻拉鏈?zhǔn)狡茐?
2013 年3 月第3 期廣東土木與建筑MAR 2013 No．3
2 基于構(gòu)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(diǎn)也是頻頻出問題的是
隱框玻璃幕墻，SSG 構(gòu)造一直被認(rèn)為是成熟的構(gòu)造
體系，大量的實(shí)驗(yàn)證明它可保證幕墻整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)
定性，也得到大量的應(yīng)用（如廣州西塔項(xiàng)目）。不過
SSG 構(gòu)造的耐久性是個(gè)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(shí)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(shù)是3.2［6］，大
量失效往往膠本身并未達(dá)到許用應(yīng)力水平，而是超
級(jí)劣質(zhì)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(huì)
老化失去強(qiáng)度，而由于設(shè)計(jì)上通常將中空玻璃單作
一個(gè)整體進(jìn)行SSG 校核，最外層玻璃未經(jīng)過設(shè)計(jì)復(fù)
核，這是一個(gè)設(shè)計(jì)的誤區(qū)。
點(diǎn)支承、拉索幕墻、全玻璃幕墻由于實(shí)驗(yàn)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(yàn)不達(dá)標(biāo)，而是試驗(yàn)狀態(tài)不能完全模擬現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際
情況，或者邊界條件未能很好模擬，在實(shí)際的應(yīng)用中
暴露出缺陷來，比如點(diǎn)索幕墻的“拉鏈?zhǔn)健逼茐模?］，如
圖4 （圖中A 為玻璃整體完好時(shí)各玻璃的力的傳導(dǎo)
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(shè)計(jì)的未能預(yù)知，在玻璃整體中由
于一塊玻璃的損壞導(dǎo)致了其他玻璃失效的連鎖反
應(yīng)。對(duì)于此類既有幕墻應(yīng)該認(rèn)真仔細(xì)地進(jìn)行設(shè)計(jì)復(fù)
算，甚至重新建立模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
單元式幕墻同樣會(huì)出現(xiàn)二類破壞，這類幕墻大
量應(yīng)用在高層和超高層建筑中，雖然高層建筑驗(yàn)收
前通常都做了不止一個(gè)的的不同體型、不同位置的
靜風(fēng)壓足尺模型測(cè)試， 但由于我國(guó)現(xiàn)行的幕墻標(biāo)準(zhǔn)
有些是針對(duì)150m 以下的幕墻，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行平面內(nèi)變形檢測(cè)， 而忽略了高層建筑由
于高度方向大而產(chǎn)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(fēng)搖周期擺幅的錯(cuò)動(dòng)。上海中
心幕墻工程在日本進(jìn)行了抗震試驗(yàn)，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(xiàn)二
類破壞的幕墻中有類似情況， 都應(yīng)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(yàn)，高層建筑低層部分的水膜試驗(yàn)等。雖然有些高層
都進(jìn)行了外標(biāo)檢測(cè)， 但仍然不能完全符合我國(guó)的實(shí)
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(jià)較低，多采用
比較常見的框支式幕墻，采用的材料相對(duì)較低劣，設(shè)
計(jì)水平和施工管理水平相對(duì)較低， 因此在長(zhǎng)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(zhì)膠老化、與附
框粘結(jié)失效整體脫落，甚至漏膠，不打膠；石材幕墻
施工人員未經(jīng)上崗培訓(xùn)，開槽深度不夠，用普通膠水
替代石材膠，未設(shè)計(jì)輕鋼龍骨框架，采用瓷磚的施工
方法對(duì)待石材幕墻。鋁板幕墻未做折邊設(shè)計(jì)，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(xiàn)場(chǎng)注膠等。通常此類幕
墻經(jīng)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(duì)嚴(yán)格， 多為知名大幕墻
公司施工， 材料相對(duì)都是采用主流的大企業(yè)的合格
產(chǎn)品， 施工過程又有內(nèi)部管理體系及現(xiàn)場(chǎng)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(duì)復(fù)雜體型或超高幕墻認(rèn)識(shí)能力不足而產(chǎn)生的客觀
失效， 通過正確合理的試驗(yàn)手段是可以在安裝前被
發(fā)現(xiàn)的。筆者在實(shí)際檢查中發(fā)現(xiàn)，很多既有大型幕墻
使用了十幾年需要維護(hù)檢查， 往往當(dāng)時(shí)無標(biāo)準(zhǔn)可執(zhí)
行或者采用的舊標(biāo)準(zhǔn)方法的設(shè)計(jì)取值，但是材料仍然
保持著相當(dāng)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(chǎn)物，可以算做二類破壞。
經(jīng)過嚴(yán)密設(shè)計(jì)、正確施工、規(guī)范監(jiān)理、準(zhǔn)確測(cè)試
驗(yàn)收合格后的幕墻符合我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)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(guān)鍵技術(shù)研究MAR 2013 No．3
一次的幕墻失效玻璃破裂并不能反映其質(zhì)量出現(xiàn)了
嚴(yán)重問題，而未經(jīng)設(shè)計(jì)、野蠻施工、未測(cè)試過的幕墻
嚴(yán)重?fù)p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(yán)重的幕墻事故的預(yù)警。
4 既有幕墻研究方向的問題
了解了以上分類，我們就應(yīng)該針對(duì)性地對(duì)材料
本身的耐久性進(jìn)行研究，國(guó)內(nèi)針對(duì)幕墻膠的耐久性
研究和檢測(cè)方法的研究進(jìn)行了大量的工作，對(duì)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(jìn)行了專項(xiàng)［9］研究，甚至國(guó)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(guó)內(nèi)有通
過應(yīng)力紋理的變化發(fā)現(xiàn)玻璃表面應(yīng)力的變化［10］。
如果屬于一類破壞通常是使用了劣質(zhì)膠，我們
就應(yīng)該對(duì)市場(chǎng)加以監(jiān)管，而研究通常是對(duì)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(shí)際情況。同樣，如果放任使用含
大量雜質(zhì)的離線鋼化的劣質(zhì)玻璃，我們通常的研究
是針對(duì)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(dǎo)致公眾對(duì)建筑幕墻整體總體的不信
任，逼迫行業(yè)對(duì)二類破壞進(jìn)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(guó)的既有幕墻保有量達(dá)到約9 億m2，需
要制定一個(gè)既有建筑幕墻檢查鑒定標(biāo)準(zhǔn)，但更需要
關(guān)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(chǎn)品存在已脫離整個(gè)行業(yè)體系失效概率可
控范圍，采用制定的鑒定標(biāo)準(zhǔn)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(quán)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(jīng)驗(yàn)判斷能力，及時(shí)地將此類有危害的幕墻產(chǎn)
品排除。
5 既有幕墻失效對(duì)策
在幕墻設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)，對(duì)待一類破壞，有足夠數(shù)
據(jù)證明其膠已經(jīng)發(fā)生了老化（邵氏硬度變大、拉伸斷
裂力變小），玻璃大量出現(xiàn)了破壞，應(yīng)建議拆除重建
并符合達(dá)到現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，一類破壞既有幕墻重建
更新其實(shí)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(shè)計(jì)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(gòu)造。如此累加的
失效概率同樣通過時(shí)間一樣被放大， 并不是幕墻本
身不耐用需要經(jīng)常拆換，國(guó)外有屹立50 年不壞的幕
墻，而單單新建而不復(fù)檢并不能替代安全，重建后的
同樣年限后會(huì)發(fā)生同樣的問題。
對(duì)待二類破壞， 適度的老化在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)是
可以接受的，通過構(gòu)造的補(bǔ)救（玻璃貼膜，石材織網(wǎng)
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(xiàn)五金件銹蝕就拆掉重建。幕墻行業(yè)只有
通過不斷提高對(duì)各種工況下的幕墻材料和構(gòu)造的性
能研究，制定更嚴(yán)格的設(shè)計(jì)、施工、檢測(cè)、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，
才能從根本上杜絕二類破壞。
參考文獻(xiàn)
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