本文接上文《玻璃幕墻的安全問題分析與建議（1）》。

2、幕墻構(gòu)造的設(shè)計(jì)缺陷

  玻璃幕墻由面板和金屬框架組成，其變形能力比較小。在水平地震或風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)移時，由于幕墻構(gòu)件玻璃幕墻由面板和金屬框不能承受過大的位移，只能通過連接件的彈性來避免主體結(jié)構(gòu)過大側(cè)移帶來的影響，由于幕墻玻璃和桿件之間變形能力的差異，必然會對玻璃局部產(chǎn)生一定的壓應(yīng)力。而玻璃幕墻對于玻璃槽的構(gòu)造設(shè)計(jì)都有嚴(yán)格的規(guī)定，在玻璃的安裝與橫框之間要保證留有一定的間隙，才能保證在發(fā)生層間變位的時候玻璃不會因受到擠壓而破碎。

  《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003中第4.3.12條規(guī)定“明框幕墻的玻璃邊緣只邊框槽底應(yīng)符合下述公式：

(1)

  同時，玻璃邊緣到邊框、槽底的間隙海應(yīng)該符合《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003第9.5.2條和第9.5.3條的有關(guān)規(guī)定。只有在符合上述要求的設(shè)計(jì)才能夠保證玻璃的安全。

  根據(jù)規(guī)范第9.5.3的規(guī)定，通常的幕墻型材截面寬度至少應(yīng)是65mm，若小于65mm則幕墻構(gòu)造很難滿足規(guī)范的要求。而在實(shí)際過程設(shè)計(jì)中，由于建筑師過于強(qiáng)調(diào)視覺效果，一味追求幕墻桿件外形纖細(xì)，使得幕墻設(shè)計(jì)師無法保證幕墻構(gòu)造設(shè)計(jì)的要求，玻璃邊緣和邊框槽底的間隙過小，滿足不了層間變位的需要，在地震作用下發(fā)生層間位移時，必然導(dǎo)致玻璃破碎。

  玻璃是典型的脆性材料之一，其破碎的原因大致有三種：彎曲變形、強(qiáng)力沖擊和熱炸裂。

  幕墻玻璃熱炸裂是由于玻璃不同部位的溫度不均勻，玻璃暴露在陽光直射的部分吸收紅外線和可見光轉(zhuǎn)化為熱量，溫度升高，這一部分玻璃受熱膨脹(伸長)而處于鑲嵌槽或陰影下的那一部分玻璃，因受不到陽光的輻射不能同步膨脹，內(nèi)部熱力應(yīng)力形成，受熱多的區(qū)域?qū)κ軣嵘俚膮^(qū)域產(chǎn)生張應(yīng)力，這種張應(yīng)力超過玻璃的抗拉強(qiáng)度就會導(dǎo)致玻璃破裂。

  玻璃由于沒有屈服延伸階段，特別是受到突然施加的沖擊負(fù)荷時，玻璃瞬間就會破碎。但是在轉(zhuǎn)變溫度Tg以下，玻璃基本上是服從虎克定律的彈性體(一般玻璃的彈性模量為(441～882)×108Pa)。有一定的彎曲變形能力。我們這里主要討論的玻璃在彎曲變形下的破碎。

  在玻璃幕墻設(shè)計(jì)中，幕墻玻璃的變形設(shè)計(jì)也是玻璃幕墻設(shè)計(jì)中的一個重要方面。在《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ102-2003中，是采用彈性小撓度公式來計(jì)算玻璃面板的應(yīng)力和撓度。而按照彈性小變形薄板理論計(jì)算的應(yīng)力和撓度值比實(shí)際值大很多，為此考慮了一個折減系數(shù)加以修正，即便如此，筆者認(rèn)為也未必能夠反映玻璃變形的真實(shí)情況。

  幕墻玻璃除了受風(fēng)荷載的作用外，還同時受到玻璃安裝的邊界條件的影響。在風(fēng)荷載作用下，幕墻玻璃和幕墻框架都會產(chǎn)生變形，但是變形的程度是不同的，兩者變形的差異勢必對玻璃造成擠壓。

  在實(shí)際的門窗工程中發(fā)現(xiàn)，很多的門窗玻璃面與窗框槽口前后間隙都小于3mm，無法正常塞進(jìn)膠條，在外側(cè)采用密封膠施工。在遭遇極端風(fēng)荷載作用的情況時，由于收到邊界條件限制，玻璃邊緣和中心區(qū)的變形并不一致。而邊框的撓度和玻璃的撓度不同會使玻璃邊緣受到窗框的擠壓，從斷裂力學(xué)的角度分析，在長時間或短時間多次強(qiáng)負(fù)荷作用下，玻璃會因“疲勞”導(dǎo)致破碎。

  2016年9月15日凌晨第14號臺風(fēng)“莫蘭蒂”以強(qiáng)臺風(fēng)級別登陸廈門翔安，登陸時最大陣風(fēng)17級以上，中心最大風(fēng)力達(dá)15級，48米/秒。在強(qiáng)大風(fēng)力的作用下，個別幕墻玻璃破損，建筑門窗的破損相對嚴(yán)重，具業(yè)內(nèi)人士現(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn)，門窗玻璃破損嚴(yán)重的原因與其構(gòu)造設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有直接的關(guān)系。

  后續(xù)文章請見《玻璃幕墻的安全問題分析與建議（3）》。

來源：中國幕墻網(wǎng)