文 /楊 健 余小寅

既有建筑玻璃幕墻安全問(wèn)題及在線檢測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀分析

文 /楊 健 余小寅

自20世紀(jì)80 年代開(kāi)始使用以來(lái)，玻璃幕墻在我國(guó)經(jīng)過(guò)30多年地飛速發(fā)展，已經(jīng)成為使用最廣泛的建筑立面形式之一。然而，隨著建成的玻璃幕墻逐漸達(dá)到其設(shè)計(jì)使用年限，以及建造質(zhì)量參差不齊，玻璃幕墻失效引起的相關(guān)事故頻頻發(fā)生。

2011年5月18日12時(shí)50分，上海陸家嘴時(shí)代金融中心大廈外墻玻璃突然墜落，造成樓下停車(chē)場(chǎng)內(nèi)50多輛車(chē)不同程度損傷；當(dāng)天13時(shí)許，上海延安西路昭化東路口一幢高層居民樓的12樓玻璃砸落；同日17時(shí)許，上?？贫鲊?guó)際中心大樓也發(fā)生了外墻玻璃墜落事件，兩輛途經(jīng)的機(jī)動(dòng)車(chē)被砸中。

我國(guó)規(guī)范要求玻璃幕墻正常設(shè)計(jì)使用期為25年，目前已有相當(dāng)一部分達(dá)到了該期限。同時(shí)，由于經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展與監(jiān)管的脫節(jié)，一些未達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限的玻璃幕墻由于質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，也存在一定的安全隱患。因此，建立完善的玻璃幕墻安全管理體系，研發(fā)可靠的玻璃幕墻隱患檢測(cè)方法勢(shì)在必行。

常見(jiàn)玻璃幕墻安全隱患及檢測(cè)手段

幕墻鋼化玻璃自爆是玻璃幕墻安全性的一大威脅，也是既有玻璃幕墻檢測(cè)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。對(duì)于鋼化玻璃的自爆原因，一般認(rèn)為是在玻璃中產(chǎn)生了局部應(yīng)力集中，當(dāng)應(yīng)力水平超過(guò)鋼化玻璃的承載能力時(shí)便發(fā)生開(kāi)裂，而由于鋼化玻璃自身存在殘余應(yīng)力，裂紋迅速開(kāi)展，使得整塊玻璃破碎。

局部應(yīng)力集中主要是由玻璃中的雜質(zhì)造成的，如硫化鎳（NiS）、單質(zhì)硅（Si）或其他異質(zhì)相顆粒。導(dǎo)致這種局部應(yīng)力集中的原因可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是異質(zhì)相顆粒（如硫化鎳）在相變膨脹過(guò)程中所產(chǎn)生的應(yīng)力；另一類(lèi)是由于異質(zhì)顆粒（如單質(zhì)硅等）與玻璃基體的熱膨脹系數(shù)不匹配而產(chǎn)生的熱殘余應(yīng)力。

同時(shí)，發(fā)生應(yīng)力集中的位置也對(duì)鋼化玻璃是否自爆有重要影響。位于受壓區(qū)的NiS膨脹會(huì)受到周?chē)鷫簯?yīng)力的抑制，不會(huì)導(dǎo)致自爆；而位于受拉區(qū)的NiS的膨脹會(huì)加劇玻璃拉應(yīng)力集中，引起微裂紋發(fā)展，最終導(dǎo)致玻璃自爆。自爆后，玻璃幕墻面板會(huì)暫時(shí)保持整體狀態(tài)，但如果有突然的荷載作用如大風(fēng)、人為碰撞等，則會(huì)導(dǎo)致其墜落。在工廠內(nèi)采用熱浸的方式可以篩選出有自爆風(fēng)險(xiǎn)的玻璃，但該方法成本較高，企業(yè)較少采用。通過(guò)夾膠玻璃的形式可以一定程度上保證鋼化玻璃在自爆后的整體性，目前應(yīng)用廣泛但需及時(shí)更換。

對(duì)于鋼化玻璃自爆的檢測(cè)手段現(xiàn)已出現(xiàn)不少，包括光彈法和反射法，也有大量的可用于實(shí)際工程的在線檢測(cè)儀器出現(xiàn)。但總體而言，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查的方法成本仍然較高，施工難度大，且鋼化玻璃自爆多發(fā)生在玻璃幕墻建成后的2—3年。相較于自爆源的檢查，玻璃集中應(yīng)力狀態(tài)的檢查更具有直接性。

玻璃幕墻體系的有效使用年限通常認(rèn)為是25年左右，而結(jié)構(gòu)膠的有效使用年限為10年左右。結(jié)構(gòu)膠的失效會(huì)導(dǎo)致幕墻玻璃的整體脫落，其破壞性遠(yuǎn)超過(guò)玻璃面板自爆。

玻璃幕墻結(jié)構(gòu)膠失效主要表現(xiàn)為：結(jié)構(gòu)膠脫膠、斷膠、開(kāi)裂、粉化、硬化等。造成這些失效現(xiàn)象的主要原因包括材料性能不合格、施工工序不規(guī)范、施工質(zhì)量不合格、材料的自然老化等。當(dāng)局部區(qū)域的密封膠失效后，由于應(yīng)力集中，會(huì)使得失效范圍逐漸擴(kuò)散，最終造成玻璃面板的脫落。如果在發(fā)生整體脫落前發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)膠的失效部分并進(jìn)行修復(fù)，便能夠有效地避免整體脫落的發(fā)生。幕墻結(jié)構(gòu)膠的檢測(cè)仍然處于起步階段，主要檢測(cè)手段是依靠經(jīng)驗(yàn)的表觀檢查和觸碰檢查。

鋼索廣泛應(yīng)用于玻璃幕墻領(lǐng)域，其具體形式有單索、索網(wǎng)、自平衡索桁架、全張拉體系等。通常，需要在施工中對(duì)索施加一定的預(yù)應(yīng)力以保證結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性。但隨著時(shí)間的推移，由于索自身的應(yīng)力松弛和錨頭滑移等因素，導(dǎo)致索力損失，輕則導(dǎo)致幕墻位移過(guò)大，重則使幕墻結(jié)構(gòu)體系整體失效。

索力檢測(cè)已有較為成熟的檢測(cè)設(shè)備體系。其中，以分力測(cè)力法的索力儀最為常見(jiàn)。不同公司的產(chǎn)品在外觀尺寸、量程、精度等參數(shù)上略有差別，滿(mǎn)足一般玻璃幕墻索桁架的測(cè)量需要。對(duì)于直徑較大的索，電磁感應(yīng)電流法能夠滿(mǎn)足懸索橋等大型索結(jié)構(gòu)的索力測(cè)量要求。

除索以外，拉桿桁架等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全檢測(cè)也十分必要。這類(lèi)構(gòu)件的檢測(cè)原理與鋼結(jié)構(gòu)基本相同，特別要考慮鋼材的銹蝕問(wèn)題。

玻璃幕墻安全調(diào)研

為調(diào)查既有建筑玻璃幕墻的安全狀況，筆者調(diào)研走訪了某幕墻維保公司的6個(gè)較大項(xiàng)目，發(fā)現(xiàn)比較常見(jiàn)的玻璃幕墻問(wèn)題有：鋼化玻璃自爆、中空玻璃霧化、幕墻密封膠失效、門(mén)窗五金件老化等。其中以中空玻璃霧化和門(mén)窗五金件老化問(wèn)題最為嚴(yán)重。

經(jīng)與公司技術(shù)人員交流，對(duì)于既有建筑玻璃幕墻，目前最常用的檢測(cè)手段仍然是表觀的目測(cè)、手指觸碰等經(jīng)驗(yàn)方法。對(duì)于鋼化玻璃自爆源檢測(cè)儀、幕墻模態(tài)分析儀、內(nèi)窺鏡、硬度計(jì)等檢測(cè)儀器的使用，仍然停留在宣傳層面。除安全風(fēng)險(xiǎn)外，玻璃幕墻還存在著使用功能的失效問(wèn)題，如漏水、中空玻璃霧化等，漏水問(wèn)題主要通過(guò)雨天的檢查。

關(guān)于既有幕墻檢測(cè)與維保行業(yè)狀況，有以下認(rèn)識(shí)：

?市場(chǎng)需求巨大，特別是隨著幕墻設(shè)計(jì)使用期限的臨近，既有幕墻的問(wèn)題日益凸顯；

?重在日常維護(hù)，檢查以經(jīng)驗(yàn)為主；

?業(yè)主不愿選擇全年維保服務(wù)，但特別希望突發(fā)事故的急救服務(wù)；

?維保公司良莠不齊，維修質(zhì)量難以讓業(yè)主滿(mǎn)意；

?相較于儀器的先進(jìn)性來(lái)說(shuō)，業(yè)主更重視維保服務(wù)過(guò)程中的體驗(yàn)，特別是服務(wù)商對(duì)于應(yīng)急事件的反應(yīng)速度。

極端天氣下的玻璃幕墻安全

經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的沿海地區(qū)頻繁遭受極端天氣襲擾，這類(lèi)區(qū)域的大量高層建筑玻璃幕墻在臺(tái)風(fēng)中往往受損嚴(yán)重，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在臺(tái)風(fēng)等災(zāi)害氣候下的損失，常常是由于建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞，風(fēng)雨進(jìn)入室內(nèi)，造成大量室內(nèi)財(cái)產(chǎn)和裝修的破壞所造成。玻璃幕墻在臺(tái)風(fēng)作用下的破壞常常是由風(fēng)致飛射物造成的。幕墻建筑多集中于人口密集區(qū)，而幕墻玻璃脆斷失效特征會(huì)導(dǎo)致其破壞具有突發(fā)性和快速性，因此臺(tái)風(fēng)風(fēng)致飛射物沖擊下的幕墻玻璃破壞將帶來(lái)巨大的人員安全隱患。玻璃破碎后產(chǎn)生的次生碎片增加了風(fēng)致飛射物的產(chǎn)生源，對(duì)臨近建筑幕墻產(chǎn)生連續(xù)性沖擊進(jìn)而導(dǎo)致其破壞，這樣就形成一種連鎖性的破壞情境，其破壞機(jī)理跟單次沖擊造成的破壞有著很大的差異，有必要特別對(duì)其帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。

臺(tái)風(fēng)約克（Severe Tropical Storm York，國(guó)際編號(hào):9915，中國(guó)大陸編號(hào):9910）于1999年9月12日，形成于馬尼拉東北430km。隨后，約克向西移動(dòng)，途徑呂宋島北部，一天后進(jìn)入中國(guó)南海海域，加強(qiáng)成為熱帶風(fēng)暴。在其不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)期內(nèi)，約克先北上于9月14日成為強(qiáng)熱帶風(fēng)暴，接著向西北移動(dòng)，于當(dāng)天晚上達(dá)到臺(tái)風(fēng)強(qiáng)度。隨后，以20km/h的速度向香港移動(dòng)，進(jìn)入珠江口并在珠海附近登陸。

據(jù)氣象臺(tái)估計(jì)，臺(tái)風(fēng)約克對(duì)香港造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)幾十億美元。1人死于廣告牌墜落，500余人受傷?？傆?jì)800塊廣告牌被吹倒，4000棵樹(shù)被連根拔起。部分中心商業(yè)區(qū)遍布玻璃碎片。風(fēng)速記錄如下：橫瀾島峰值風(fēng)速65m/s，平均風(fēng)速42m/s；中環(huán)峰值風(fēng)速45m/s，平均風(fēng)速21m/s。中環(huán)1—2分鐘平均風(fēng)速達(dá)到28m/s-30m/s。圖1、圖2為香港氣象臺(tái)發(fā)布的臺(tái)風(fēng)約克的移動(dòng)軌跡。

圖1 臺(tái)風(fēng)約克運(yùn)動(dòng)軌跡（1）

圖2臺(tái)風(fēng)約克運(yùn)動(dòng)軌跡（2）

香港稅務(wù)大樓（Hong Kong Revenue Tower, HKRT）高177米、49層，鄰近維多利亞港及香港會(huì)議展覽中心，是港島區(qū)的一座政府辦公大樓。臺(tái)風(fēng)約克導(dǎo)致灣仔數(shù)幢商業(yè)大廈的玻璃幕墻不同程度受損，該樓和入境事務(wù)大樓及灣仔政府大樓共有400多塊玻璃破碎，間接導(dǎo)致室內(nèi)設(shè)施損失嚴(yán)重。

臺(tái)風(fēng)約克產(chǎn)生了大量的風(fēng)致飛射物，這些飛射物來(lái)源包括廣告牌、樹(shù)枝、玻璃碎片、竹質(zhì)腳手架等。破損的建筑幕墻也產(chǎn)生了大量碎片，經(jīng)過(guò)臺(tái)風(fēng)加速后成為次生風(fēng)致飛射物，圖3為中環(huán)廣場(chǎng)及入境事務(wù)大樓破壞情況，圖4為香港稅務(wù)大廈東立面破壞情況。

造成臺(tái)風(fēng)中建筑玻璃幕墻大面積破壞的因素有很多，包括玻璃幕墻設(shè)計(jì)欠考慮、材料質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、玻璃幕墻性能退化、建筑附屬結(jié)構(gòu)不牢靠，等等。

圖3 中環(huán)廣場(chǎng)及入境事務(wù)大樓玻璃幕墻破壞情況

圖4 香港稅務(wù)大廈東立面破壞情況

玻璃幕墻所產(chǎn)生的城市安全問(wèn)題已經(jīng)不能忽視，為保證城市的安全有序，不但需要專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員研究有效可靠的檢測(cè)監(jiān)測(cè)手段，提供相關(guān)的安全保障服務(wù)，還需要廣大的業(yè)主和用戶(hù)重視建筑玻璃幕墻的安全管理，這樣才能讓我們的城市既美觀又安全。

（作者楊健就職于上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院、海洋工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，作者余小寅就職于上海建材（集團(tuán)）有限公司產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院節(jié)能環(huán)保分院、上海建材集團(tuán)節(jié)能環(huán)?？萍加邢薰?。）