建筑玻璃发展中存在的问题与对策

短短几十年中,建筑玻璃从仅仅满足采光和封闭的普通平板玻璃一个品种,发展成为十数种功能、百余个品种的一个材料门类,在建筑工程中的应用日益广泛。在建筑玻璃技术的发展中也存在一些不尽人意的问题,如镀膜玻璃划伤、台风吹破玻璃、热反射玻璃的光污染和热污染、结构胶与密封胶失效、玻璃热炸裂、玻璃破碎伤人、玻璃造成滤色光等等。以往对风压问题的热炸裂问题已进行较多的讨论,并提出技术上的保证措施和使用中的注意事项,这里仅讨论以下几个问题。
1.建筑玻璃的安全性
随着高层建筑的发展和建筑玻璃的大型化,建筑玻璃造成人身伤害和安全事故的几率迅速增大,在使用建筑玻璃的任何块合都有可能发生直接灾害或间接灾害。最迫北京某超市进行的店庆酬宾活动中,由于人多拥护造成玻璃大门破碎,有十余名顾客伤,最严重者被碎玻璃划伤肩膀造成肌腱割断,还有人的划伤达10cm长。类似的玻璃伤人事故时有所闻,如空中坠落、人体撞击等等,并且有人员伤亡。由于建筑玻璃破坏造成的灾害主要有以下几种:
(1)高空坠落-玻璃天棚或高层建筑的窗玻璃在台风、冰雹、地震或人为破坏时被碎坠落;其尖锐碎片造成人身伤害;(2)身体撞击-通道、隔墙、落地窗、大门等玻璃结构物容易受到人的碰撞,尤其对于儿单极具危险,玻璃被撞破坏后刺伤人体;(3)火灾蔓延-建筑物发生火灾时,一是切断火源,再是扑灭火头,而玻璃遇到火则爆裂,空气流通助长火势蔓延;(4)防盗的薄弱部位-贼盗入室的捷径是打破门窗玻璃,玻璃属脆性材料,抗冲击强度较低,是建筑物安全的重点防护部位;(5)防弹防爆的薄弱部位、银行、使馆等重要建筑最易受到外来攻击的部位是门窗,子弹容易穿透、炸弹容易爆破。
为提高建筑玻璃的安全性,防止上述灾害发生,玻璃行业的科技工作者作了大量研究开发工作,已经能够提供各种安全玻璃防止发生人身伤害。但是由于人们对小概率灾害的漠视、对建筑安全玻璃价格和性能比的错觉,在很多应该采用安全玻璃的场合还没有使用安全玻璃。
(1)《建筑玻璃应用技术规程》颁布实施,对一些至关重要的建筑部位使用安全玻璃作出强制性要求。规定钢化玻璃与夹层玻璃可用作安全玻璃,钢化玻璃强度高并且破碎后成为无锐角小碎片,夹层玻璃破坏后碎片仍然粘连在胶片上不会飞散,这两种玻璃都将对人身的伤害危险减至最小。
在有可能发生人体与玻璃碰撞的场合必须使用安全玻璃,如玻璃门、玻璃隔墙、玻璃栏板、落地窗、浴室用玻璃、幼儿园和医院用玻璃等。钢化玻璃和安全玻璃都可以使用,在设计时应根据玻璃板面大小、冲击破碎后有无次生灾害发生、是否有其他功能要求等因素选择,如有防火要求的玻璃隔墙应采用防火夹层玻璃。
对于有可能发生玻璃碎片坠落伤人的场合应使用安全玻璃。规程规定屋顶斜面窗、天窗、玻璃天棚等在距地面高度5米以上时应采用夹层玻璃,距地面高度5米以下时应采用夹层玻璃或钢化玻璃。主要考虑到钢化玻璃破坏坠落时的"玻璃雨"对人仍可能造成伤害,所以距地面较高的场合祗允许使用夹层玻璃。

建筑玻璃与工业玻璃
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在水下使用的玻璃应采用夹层玻璃,由于玻璃承受水的压力,要求有较高的安全系数,规程建议最好采用由钢化玻璃制造的夹层玻璃。以上3种建筑部位用的玻璃必须是安全玻璃,实际上应使用安全玻璃的建筑场合还有很多,但是从发生几率上远小于上述情况,兼顾安全与经济因素暂不作要求。
对于高层建筑的外窗和玻璃幕墙,在风、地震和其他偶然因素作用下,也有可能发生高坠落。对这种小概率事件通常的做法是建筑物周边不设人行道,用绿地隔出安全带,也可以采用半钢化玻璃提高抗风压和耐地震能力。在我国部分城市颁布了地方性法规,对高层建筑使用的建筑玻璃提出比较严格的安全性要求。
(2)地方法规对建筑玻璃安全性先行一步
上海市先于《建筑玻璃应用技术规程》提出建筑玻璃安全性的强制性要求,1996年上海市人民政府第35号令作出《上海市建筑物使用安装安全玻璃规定》,以保障公民的人身安全。"规定"提出以玻璃作出建筑材料时必须使用安全玻璃的部位有:幕墙:各类天棚、吊顶;观光电梯:室内隔断、倾斜装配窗;楼梯、阳台、平台走廊的栏板和中庭内栏板;水族馆和游泳池的观察窗、观察孔;公共建筑物的出入口、门厅等部位和易受撞击造成人身伤害的其他部位。除玻璃幕墙外,其他规定使用安全玻璃的部位都在"规程"的范围内。
广州市建设委员会于1999年颁布《关于在建筑物、构筑物中使用建筑安全玻璃的通知》,该通知比上海市的"规定"更加细致和具体。"通知"提出必须使用安全玻璃的情况有:7层以上(含7层)建筑物的外向窗;单块大于1m2的窗玻璃和落地窗;玻璃幕墙;裙楼围蔽、内庭围蔽、朝向内庭的窗、内庭栏板、楼梯、阳台、平台走廊的栏板;采光棚、雨棚、出入口通道上盖、天花板;公共场合的室内玻璃隔断、玻璃门;人群稠密的街道两旁、车站、露天集市的各类构筑物,立交桥、天桥、隧道;建筑物和构筑物的玻璃制招牌;观光电梯及其电梯井。"通知"所涵盖的安全玻璃强制使用范围包含了"规程"的内容,而且对具体部位指向明确,不仅像上海一样对玻璃幕墙作出强制要求,而且对高层建筑的窗玻璃也提出强制使用安全玻璃的要求。
2、热反射玻璃的是是非非
热反射玻璃在我国已有20年的应用历史,产品日臻成熟,质量和品种与国外技术先进国家处于相同水平。目前热反射玻璃市占主导地位的产品主要有两种,其一是采用真空磁控溅射方法制造的镀膜玻璃,属于离线镀膜工艺,优点是反射率和颜色通过靶材成分和溅射工艺可调可控,因此具有众多的品种,缺点是成本相对较高,并且膜层的硬度较低,得一俗名"软镀膜";另一种是采用在线热喷涂工艺方法,在浮法玻璃生产线上进行粉未喷涂或液体喷涂,优点是膜层牢固、成本相对较低,不足之处是品种较少,俗称"硬镀膜"。其他工艺如电浮法、真空蒸发、浸渍法等方法生产的势反射玻璃由于存在问题较多,市场占有率极低。
对热反射玻璃在应用中暴露的一些问题,公众和媒体啧有烦言,比如光污染、热污染、影象畸变、遮挡采光等,甚至有限制或禁止热反射玻璃使用的呼吁,也有的地方政府出台了限用法规。对热反射玻璃也不乏叫好者,说其具有富丽堂皇的装饰效果,是现代建筑的代表趋势,造就了建筑界的"光亮"学派,更有节能环保人士推崇其降低空调负荷的积极作用,为推广应用而大声疾呼。如何看待热反射玻璃的这些是是非非,作者就此谈几点拙见。
热反射玻璃既反射可见光,又反射不可见的红外光。在使用热反射玻璃的建筑物周围的街道和建筑,每天的一定时间内,当太阳、玻璃与被反射光照射物成某一角度时,强烈的阳光会使行人、司机、住户感受刺眼眩目的反光,尤其是会造成住户的室内温度升高。由于热反射玻璃的光、热污染,北京市1999年经审查未获批准的热反射玻璃工程有近30项。上海市作得更坚决,市建委在1998年作出规定内环线以内的建筑工程除裙房外禁止设计玻璃莫墙,内外环线之间不得超过建筑物外墙面积的40%,不可谓不严厉。
针对我国近年出现的滥用热反射玻璃,单纯追求其色彩和光亮的装饰效果,确有必要作出的约束和限制。但是应有疏有导,不能因噎废食,如上海市笼统地禁用玻璃幕墙即有失偏颇,玻璃幕墙不仅击热反射玻璃制造,也可以使用其他玻璃品种,可以限制热反射玻璃的某些技术指标,同样能够达到控制光污染的目的,这样作更为科学。
控制热反射玻璃的可见光反射率是最科学有效的办法,因为热反射玻璃的第一优点是节能,在提高红外反射率的同时把可见光的反射率降下来,这在生产工艺技术上不难作到。国际上的共识是控制可见光反射率在20%以内,在此指标下不会产生眩目的反光,可见光的透过率也能提高,使采光效果得到改善。热反射玻璃对室内空调负荷有明显的节能效果,对建筑和街景还有很好的装饰作用,用热反射玻璃的节能、装饰之长,避光污染之短,可以通过调整反射率指标来达到。
第二个对策是进行光反射计算和地形地貌设计。当太阳们于不同方位时反射光可能照到的位置,该位置有否人群活动,调整建筑立面或街景及绿化设计能不能减轻反射光影响。香港中环大楼林立,且多数采用热反射玻璃,却较少有人投诉光污染问题,据建筑规划专家讲在设计时要考虑光反射问题,利用地形和地物避开光反射的不利角度。德国的宝马汽车公司总总采用了热反射玻璃,为防止光发散采取玻璃外倾7度的安装办法,使阳光反射角内倾从而避免了光污染。当然在城市主要街道县光污染无法回避时,应严格控制高反射率的热反射玻璃使用。
热反射玻璃的影象畸变,确实是大杀风景。利用热反射玻璃的反射效果形成街景的映像,本是美化城市的好事,但很多映像歪歪扭扭,玻璃变成了哈哈镜。造成这一现象的原因有两个,一是玻璃平整度差,二是多块玻璃不在一个平面内。单片玻璃不平一般不可能是制造原因,因为现在的热反射玻璃都是由浮法玻璃加工制成,平整度差多是由于安装和使用中受到外力所致,仅对钢化热反射玻璃的平整度要作材料检查。多块玻璃不在一个平面内纯属安装问题。在日本东京和大孤等城市中,热反射玻璃的影象畸变现象少于其他城市。解决影象畸变的办法其实很简单,日本人的作法是通过步话机在安装玻璃时于远处观察指挥,将玻璃调节到一个平面内。设计玻璃厚度时要进行钢度验算,适当提高钢度指标,使玻璃在风压作用下的变形不要过大。安装玻璃时要调整好框架的间隙,避免挤嵌入槽,使玻璃处于无外力状态。做到以上几点可以消除或减轻热反射玻璃的影象畸变。
3.建筑玻璃要用其所长
(1)镀膜玻璃的划伤
经常听到用户反映镀膜玻璃的膜层不结实,使用时间不长即出现划伤和不泽度下降的现象。这一问题的关键原因是设计者和用户不了解镀膜玻璃的特点,单纯追求装饰效果,不知道或忽略了其他功能和膜层的弱点。镀膜玻璃的主要品种是热反射玻璃,节能是热反射玻璃的第一功能,要达到节能效果,最好制成中空玻璃使用。如果一定要使用单片热反射玻璃,则应选择"硬"镀膜玻璃,即在线喷涂镀膜玻璃或浸渍法镀膜玻璃,其膜层的强度相对高一些,并且膜层应在室内侧。"软"镀膜玻璃的膜层强度较差,风沙打磨和擦拭就能造成划伤,不应单片使用。
(2)有色玻璃造成的滤色光环境
建筑玻璃中的有色玻璃包括热反射玻璃、吸热玻璃、贴膜玻璃、颜色都是失真的,长久工作、生活在这样的环境中会使人的视觉分辨力下降,严重者会造成精神异变和性格扭曲。尤其是青少年正处于生长发育时期,长时间在滤色环境中对眼睛的健康和身心发育不利。
为减轻有色玻璃的负面作用,应限制使用范围。比如在医院、实验室、图书馆、学校、博物馆、幼儿园等建筑中庆限制有色玻璃的使用。同时推广高可见光透过率、低红外光透过率的有色玻璃,色挥有色玻璃的第一优势--节能,控制并减轻其副作用。
(3)低辐射玻璃
由于低辐射玻璃具有双向反射远红外热能的作用,而对于太阳能的直接反射效果并不明显,要充分发挥其功效应注意使用方法。为阻挡太阳能进入室内,应将低辐射玻璃置于中空玻璃的室内侧,室外侧配以吸热玻璃,吸热玻璃吸收太阳能减少进入室内的热能,但其自身温度升高成为热辐射源,低辐射玻璃将吸热玻璃的热辐射反射回去,正好相得益彰地提高了节能效果。其他配片方式都达不到最佳效果。
低辐射玻璃在冬季能够将室内的热能反射回来,减少建筑物内通过辐射流失的热能。根据低辐射玻璃的双向热辐射特点,在四季分明的地区使用可采用上述的配片方式。如果在寒带地区使用或建筑物不见阳光的一面(北半球建筑物的北立面)使用,中空玻璃的室外侧则不应采用吸热玻璃,而应采用普通玻璃,因为没有太阳能要阻挡,仅需要减少室内热能的辐射流失。
(4)加强标准工作
在功能化建筑玻璃的推广应用中,还有一个亟待解决的问题-产品规格的标准化。有相当一些品种的建筑玻璃在安装现场是不能切裁的,如中空玻璃、钢化玻璃、夹层玻璃等,只有建立尺寸系列标准后才能出现零售市场。上述玻璃品种的用户在更换一块玻璃时,在玻璃商店里根本买不到,唯一的办法是去玻璃工厂订购,试想加工单件产品需要付多少钱。目前建筑工地的窗户分块很随意,尽管一个工程的玻璃尺寸很容易取得一致,但不同的工程就各行其是了。缺乏统一标准的后果就是不能方便地心头到所需尺寸的玻璃,并且相当多的用户是在装修房子时更换窗户无法形成批量,对中空玻璃等品种的推广十分不利。

4.玻璃幕墙发展中的问题
目前最好的结构胶和密封胶仅有10年的质量保证期,10年以后怎么办?要不要更换?如何判断其残留寿命?由于使用环境千差万别,实在无法一言以蔽之。由于密封胶的失效与否仅关系到玻璃边部的密封效果,对于玻璃及玻璃幕墙的安全性设有影响,所以主要讨论结构胶的问题。砖混建筑的一般寿命为50年,钢筋混凝土结构的寿命为50-100年,玻璃用胶的寿命只有10年,这意味在建筑物的使用期内要对建筑玻璃进行若干次全面维修。从一般概念而言,玻璃是非承重材料,没有结构安全性的要求,不必与建筑物等寿。但是建筑物越盖越高,因为结构胶失效造成玻璃坠落,其后果也是不堪设想的。
1996年颁布的《上海市建筑物使用安装安全玻璃规定》中,对幕墙玻璃的使用管理作出如下要求:"幕墙安全玻璃使用满8年的,建筑物所有者或者管理者应当委托由市建委核标准的有资格的技术鉴定机构进行查勘,并严格执行查勘意见;以后应当每年进行一次使用情况的查勘。"影响幕墙玻璃安全性的主要顾虑在于结构胶的质量,常用的硅酮胶一类有机化全物存在老化现象,在暴露于大气的环境条件下,随时间的推移热老化和紫外光老化会造成胶体脆化丧失强度和黏结力。上海市规定的8年寿命期是有其科学性的,但是查勘结果如何判断仍然是相当困难的,老化程度怎样确定门槛值?结构胶已失效的话是否必须拆除重新再次打胶?对判断幕墙结构胶是否失效的问题既无经验又无标准,可操作性很差,并且业主出于经济的考虑会抵制大规模的修缮计划。
实际上由于结构胶失效造成幕墙安全问题的可能性很大程度在隐框幕墙,下文将与隐框幕墙结合起来讨论。
(2)隐框玻璃幕墙
玻璃幕墙可分为明框幕墙、隐框玻璃、半隐框幕墙和无框幕墙几种,其中只有隐框幕墙的玻璃完全靠结构胶与框架连接。隐框玻璃幕墙从外观上具有整体性,看不到细碎的分格,而代价是玻璃的安危系于结构胶。建筑玻璃自空中坠落已成为新闻热点,近几年北京、上海、广州、南京等地都发生过此类事故,据调查大多是隐框玻璃幕墙造成。
隐框玻璃幕墙的铝型材框隐藏在玻璃背后,建筑玻璃靠结构胶与型材连接,一般幕墙玻璃的单片重量在十几公斤到几十公斤,玻璃周边用结构胶与框架黏结,玻璃自重和风压等外荷载靠结构胶的抗剪强度、抗拉强度和黏结力来承担。结构胶老化造成的强度下降通常是无法测量的,可心说在结构胶达到质量保证期以后玻璃坠落的几率极大地提高,在未发生事故以前,业主热必心怀侥幸,不情愿花钱更换维修,再者技术人员也无法断言残余强度还有多少。对结构胶到寿的玻璃幕墙如何处理实在困难,强行更换会造成经济损失,超期使用又存在很大的安全隐患,查勘定寿缺少科学手段,确有左右为难尴尬。
怎么办?第一限制隐框玻璃幕墙的使用,必须要用或已经采用的场合应进行积极防护,作好玻璃坠落的准备,禁止人和车进入隐框玻璃幕墙之下的地面,采取绿地或围栏隔离的办法。第二建议玻璃幕墙采用半隐框、有框或无框结构。半隐框应采用竖隐横不隐的设计,即使结构胶失效,由于玻璃有上下框加析约束,其坠落的几率是极低的。无框结构的外观效果比隐框玻璃幕墙更好,在追求立面整体效果时可以采用。
(3)点接式玻璃幕墙
点接式玻璃幕墙是无框玻璃幕墙的一种,玻璃的自重及荷载通过玻璃角部的销钉和铰结构传递到承重结构。从外观看,点接式玻璃幕墙通透性非常好,适用于具有大室内空间的建筑,如会议中心、博物馆、候机楼等公共建筑,北京植物园的热带植物馆是典型的点接式玻璃幕墙。
所谓"点接式"即指玻璃靠四个点支撑,以"点"喻其小。四个小圆孔传递整块玻璃的荷载,圆孔周边存在众所周知的应力集中现象。用户反映在圆孔周围经常发生裂缝,并且裂缝会逐步延伸,最后贯穿玻璃板面,只得更换玻璃。这一问题主要是在加工过程和安装过程埋有隐患。玻璃钻孔所选空心钻头的磨料宜细不宜粗,钻孔速度宜慢不宜快,这样可以减少孔洞周边的炸口和裂纹,避免进一步加大应力集中程度。安装时要保证精确配合,销钉与孔边要保持等距,销钉与玻璃之间的橡胶垫吃力要均匀,切忌强力配合。设计点接式玻璃幕墙的玻璃厚度和圆孔直径时,应有足够的安全系数,对夹层玻璃、中空玻璃等品种的安全储备更要大一点。
(4)吊挂式玻璃幕墙
这是无框玻璃幕墙的又一品种,自重完全由玻璃上方的夹具承担,为提高承受横向荷载的能力可在玻璃纵向接缝处设置肋板。吊挂工玻璃幕墙从外观看不见任何框架和销钉的接口,并且不间断高度可达十几米。此种玻璃幕墙多用于门厅、群房、宴会厅等建筑部位。鉴于超长玻璃深加工的困难,一般采用普通平板玻璃,由于强度不高所以玻璃厚度较大,多在15mm以上。
吊挂式玻璃幕墙常见的问题主要是玻璃底部开裂,一般在安装时造成玻璃底槽嵌挤所致。玻璃是典型的脆性材料,吊挂玻璃的强度又比较低,安装时如与混凝土槽口或金属槽口有硬笥接触,在局部应力集中将造成玻璃开裂破坏。解决的办法是安装过程中要严格保证玻璃所有的接触部位都是柔性的,支撑、衬垫、密封都要用柔软高弹材料。下槽口要清理干净,确保玻璃处于悬空状态,安装时防止杂物掉进槽口,安装后及时用密封材料封严。
综合上所述,建筑玻璃在发展中出现的种种问题有认识上的误区、有管理方面的不足、有产品待改进等几方面的原因,这些都必于发展中的问题,只要认真对待就不难解决。通过玻璃制造业、建筑业和用哀悼的共同努力,推动建筑玻璃向节能、安全、高性能、多功能的方向发展。