高層玻璃幕墻中空玻璃性能分析

1 前言

玻璃幕墻作為建筑外立面的技術(shù)表現(xiàn)手法在現(xiàn)代建筑中有著廣泛的應(yīng)用。作為幕墻的材料載體玻璃也隨著幕墻工藝的不斷發(fā)展有了不斷的提高。我國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)于二零零三年十二月四日印發(fā)了《建筑安全玻璃管理規(guī)定》——發(fā)改運(yùn)行[2003]2116 號(hào)，其中規(guī)定建筑物的幕墻必須使用“安全玻璃”，“安全玻璃”是指“符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的鋼化玻璃、夾層玻璃及由鋼化玻璃或夾層玻璃組合加工而成的其他玻璃制品，如安全中空玻璃等”。

2 中空玻璃與夾膠中空玻璃技術(shù)性能比較

高層幕墻中常采用中空玻璃與夾膠中空玻璃兩種，此兩種玻璃皆符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于安全玻璃的規(guī)定。這兩種玻璃的不同之處僅在于外片玻璃的構(gòu)造不同。在中空玻璃的構(gòu)造中，外片使用的是單片鋼化玻璃;而夾膠中空玻璃的構(gòu)造中，外片使用的是夾膠玻璃(夾膠玻璃的基片可以采用鋼化玻璃或半鋼化玻璃)�，F(xiàn)以這兩種常見(jiàn)的玻璃組合進(jìn)行比較。

2.1 結(jié)構(gòu)組成

中空玻璃：由兩片單片鋼化玻璃組合而成。夾膠中空玻璃：外片為夾層而內(nèi)片為單片鋼化玻璃組合而成。

2.2 具體配置

中空玻璃：8mm(鋼化)+12mm (中空層)+8mm (鋼化) 構(gòu)造的中空玻璃單元，玻璃自重約41.0kg/m2。夾膠中空玻璃：8mm (半鋼化)+1.52mm (PVB 夾層)+6mm (半鋼化)+12mm(中空層)+6mm(鋼化) 構(gòu)造的夾膠中空玻璃單元，玻璃自重約51.2kg/m2。

2.3 優(yōu)點(diǎn)比較

(1)中空玻璃：

①在符合有關(guān)規(guī)范的情況下，此乃安全玻璃中最經(jīng)濟(jì)的方案。在中國(guó)各地這種構(gòu)造的玻璃被普遍采用，甚至還大量應(yīng)用在超高層建筑中。

②此種構(gòu)造的玻璃重量比較輕，較容易制作。

③與同等厚度的夾層玻璃比較，單片鋼化玻璃的強(qiáng)度較高。

(2)夾膠中空玻璃：

①破碎時(shí)，碎片會(huì)暫時(shí)粘在PVB 夾層上面，降低玻璃從建筑物上墜落的危險(xiǎn)，并避免外墻因玻璃脫落出現(xiàn)空洞而構(gòu)成的危險(xiǎn)。

②可增加玻璃選擇的種類(lèi)，并實(shí)現(xiàn)各種美學(xué)效果和功能，如：有顏色的PVB 夾層、由不同顏色的本體著色玻璃構(gòu)成的夾層玻璃。

③跟單片鋼化玻璃比較起來(lái)，夾膠玻璃具有更高的隔音性能，使用單層夾膠玻璃的中空玻璃較使用單片玻璃的中空玻璃隔音性能多降低3dB。

④使用夾膠玻璃時(shí)，玻璃表面看起來(lái)會(huì)更平整一些，因此不一定要采用鋼化玻璃(例如，可以使用半鋼化玻璃)。因此玻璃表面的波狀紋不會(huì)那么明顯。

2.4 缺點(diǎn)比較

(1)中空玻璃

①由于受到?jīng)_擊或其它因素而發(fā)生的玻璃碎裂時(shí)，整片鋼化玻璃會(huì)全部碎成類(lèi)似蜂窩狀的鈍角小顆粒。雖然如此，從外墻高處灑落的小顆粒對(duì)經(jīng)過(guò)的路人仍有致命的危險(xiǎn)，對(duì)周?chē)�的�?cái)物也會(huì)造成一定程度的破壞。

②眾所周知，鋼化玻璃具有自爆特性，主要原因是玻璃中存在鎳硫砂粒，而鎳硫砂粒在蛻變中對(duì)玻璃造成應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)極限時(shí)，鋼化玻璃就會(huì)自爆。根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，如果鋼化玻璃沒(méi)有進(jìn)行熱浸處理，則自爆的概率較大。而如果鋼化玻璃按照EN14179(非國(guó)標(biāo))進(jìn)行熱浸試驗(yàn)處理，那么出現(xiàn)鎳硫砂粒蛻變的幾率有可能降至每400噸一粒。以一幢外墻總面積約82,580m2的高層建筑為例，如外片采用8mm厚玻璃進(jìn)行比較，則外片總重量約為1690噸：按統(tǒng)計(jì)結(jié)果，在所有外片玻璃皆根據(jù)EN14179標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行熱浸試驗(yàn)的情況下，所有外片玻璃中的鎳硫砂粒可降至四粒。假設(shè)一片外片玻璃中只出現(xiàn)一粒鎳硫砂粒，則整座塔樓的外墻只可能有4片玻璃會(huì)因含有鎳硫砂粒而發(fā)生自爆。

當(dāng)然，這僅僅只是理論上的統(tǒng)計(jì)值。玻璃原材料的雜質(zhì)含量會(huì)影響這個(gè)值的大小，另外玻璃生產(chǎn)的批次不同，這個(gè)值的大小也會(huì)不同。雖然熱浸有助于降低鋼化玻璃自爆的概率，但自爆的可能性并未完全消除，故仍應(yīng)當(dāng)看到玻璃碎裂及其造成的破壞對(duì)大樓商業(yè)價(jià)值產(chǎn)生的不利消極影響。

③比半鋼化夾膠玻璃有較嚴(yán)重的滾油斑及彎拱。

(2)夾膠中空玻璃：

①成本較高。

②夾膠玻璃的強(qiáng)度取決于溫度、長(zhǎng)寬比、尺寸、厚度及荷載作用時(shí)間，強(qiáng)度和剛度會(huì)比同一厚度單片鋼化玻璃降低較多，換句話說(shuō)，如以相同強(qiáng)度夾膠中空玻璃代替8mm(鋼化)+12mm (中空層)+8mm (鋼化)厚的中空玻璃，則厚度將為8 mm(半鋼化)+1.52mm (PVB 夾層)+6mm (半鋼化)+12mm (中空層)+6mm(鋼化)，相比之下夾膠中空玻璃單元自重約增加25%，擦窗機(jī)(供更換玻璃時(shí)使用)的荷載容量等級(jí)也需要相應(yīng)的提高。

③夾膠玻璃有脫膠的風(fēng)險(xiǎn)。合片是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過(guò)程及需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)钠焚|(zhì)監(jiān)控程序。當(dāng)玻璃單元邊緣長(zhǎng)期接觸到硅酮膠時(shí)，夾膠邊緣仍有脫膠的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)硅酮膠與夾層玻璃邊緣出現(xiàn)小泡開(kāi)始，繼而擴(kuò)散至有限的脫膠(一般不超過(guò)12mm)，這種形式的脫膠不在玻璃生產(chǎn)商的質(zhì)量保證范圍之內(nèi)。不過(guò)這種變異脫膠僅是外觀問(wèn)題，并不會(huì)影響夾膠玻璃的強(qiáng)度。

④與兩層中空鋼化玻璃相比，應(yīng)力斑可能較明顯。

綜合考慮造價(jià)、強(qiáng)度、安全性以及可行性，這兩種不同構(gòu)造的玻璃存在不同的優(yōu)缺點(diǎn)。在選擇合適規(guī)格的玻璃之前，需要考慮和評(píng)估每一種規(guī)格的玻璃的長(zhǎng)處和短處。然而，在考慮全部因素之后，影響玻璃選擇的最重要因素就是公眾安全。盡管單片鋼化玻璃的使用很普遍，并且符合有關(guān)規(guī)范，但是我們不能輕視單片鋼化玻璃破碎后碎片從高處灑落的危險(xiǎn)�？偠�言之，即使業(yè)主遵循中國(guó)規(guī)范，在建筑上使用安全玻璃，仍然有需要考慮的安全問(wèn)題。安全玻璃單元板塊失效的原因有很多，當(dāng)外片為鋼化單元玻璃時(shí)，玻璃破碎后極有可能從大樓墜下，從而對(duì)大樓的使用者和普通公眾的安全造成更多潛在的威脅。

目前上海標(biāo)志性建筑中外玻璃幕墻采用夾膠中空玻璃的項(xiàng)目有：環(huán)球金融中心、花旗銀行大廈、世紀(jì)商貿(mào)大廈、淮海國(guó)際廣場(chǎng)等。

3 幕墻體系選擇

單元式玻璃幕墻和框架式玻璃幕墻是主要的兩種幕墻體系。

3.1 單元式玻璃幕墻的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

①幕墻質(zhì)量容易控制。

②現(xiàn)場(chǎng)施工簡(jiǎn)單、快捷、較好管理。

③可容納較大結(jié)構(gòu)位移。

④防水性能較好。

⑤比較容易實(shí)現(xiàn)高性能幕墻的要求。

⑥通常能夠適應(yīng)現(xiàn)代建筑發(fā)展水平的需要。

缺點(diǎn)：

①如果安裝好的單元板塊需要修理或更換，可能比較困難。

②構(gòu)造形式?jīng)Q定了單元式幕墻的鋁型材用量較高，成本一般比采用相同材料的框架式幕墻高。

3.2 框架式玻璃幕墻的優(yōu)缺點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：

①比較容易設(shè)計(jì)，安裝方式靈活。

②材料在現(xiàn)場(chǎng)較易存放。

③容易進(jìn)行維修。

④成本一般比單元式幕墻低。

缺點(diǎn)：

①幕墻安裝質(zhì)量和性能難以得到保證。

②需要大量的現(xiàn)場(chǎng)管理和質(zhì)量控制工作。

③比較容易滲水。

④可以容納的結(jié)構(gòu)位移是非常有限的。

⑤現(xiàn)場(chǎng)的施工周期較長(zhǎng)。

⑥大量的裝配組件存放在樓層中比較容易遺失和損壞。

⑦幕墻安裝質(zhì)量和性能難以得到保證。