建筑幕墙中空玻璃脱胶坠落事故分析【作 者】马启元【摘 要】建筑幕墙中空玻璃在非极限状态发生外片脱胶坠落原因多与粘接结构设计/选材/粘接施工/使用维护技术缺陷相关本文综合一些实例从技术上试做分析供业内参考。【关键词】幕墙 中空玻璃 粘接 坠落 分析一、前言早期有人将玻璃幕墙比喻为“城市空中的定时炸弹”, 表达对玻璃幕墙粘接结构安全性及结构胶质量的担忧1997年国家经贸委等五部委对结构胶生产、使用、销售和进口采取行政审批制度足见国家对建筑幕墙结构胶和玻璃粘接安全的重视。多年来粘接脱胶玻璃坠落事故并不多见多见的是钢化玻璃自爆“玻璃雨”。但近年来渐有玻璃脱胶坠落事故的发生且在新建幕墙中也有所闻尤以开启窗中空玻璃外层坠落事故较为突出表现的危险性远大于“玻璃雨” 。往往忌于社会影响坠落的玻璃多由业主更换处理未深究事故原因。为对建筑幕墙安全提供更多信息本文综合一些事例对中空玻璃脱胶坠落试做一些技术分析供业内参考。二、幕墙中空玻璃粘接尺寸不足以安全持久承载某建筑玻璃幕墙1997年竣工2009年2月一次大风中发生一例玻璃坠落事故坠落的玻璃是15层开启窗扇隐框安装中空玻璃的外片坠落在二层屋面平台上将钢制护栏砸裂变形未伤人。1现场勘察的发现◆开启窗中空玻璃的内片玻璃完好◆查看碎片可见外片没有中空玻璃二道胶残留属与内片玻璃脱粘坠落。表面残存无承载能力的丁基胶图1右◆测量残片玻璃表面的粘接痕迹测量二道胶的粘接宽度为5mm图1◆观察建筑物幕墙开启窗的中空玻璃可见结构粘接界面有局部脱胶迹象图1左。2查阅存档设计资料及维护记录◆开启扇中空玻璃规格665尺寸2m×1.5m隐框安装未设玻璃自重支撑装置图1、2图1 开启窗中空玻璃外观及脱胶坠落残片玻璃的粘接尺寸图2 中空玻璃开启窗施工图◆风荷载标准值w 2kpa◆中空玻璃二道胶选用进口硅酮结构密封胶厂家提供20年的保质期◆计算书中缺失中空玻璃结构粘接尺寸验算没有该结构胶变位能力δ值数据记录◆维修档案可见该建筑的中空玻璃已有渗水、结雾和被更换的记录。3玻璃脱胶坠落原因初步分析隐框幕墙中空玻璃粘接节点未按极限承载状态设计。自重无支撑条件下试按规范JGJ 1022003规定计算计算过程略下同内外片玻璃的粘接宽度Cs应大于9.4mm按风荷载计算粘接宽度Cs应取10.5mm而该建筑的中空玻璃结构粘接的宽度仅5mm取值不足安全值的一半。由此估计粘接节点承载力严重不足是玻璃坠落的重要原因◆按建筑幕墙所处地区中空玻璃内外片表面温度变化为15℃70℃为保证结构胶伸缩变形产生的变动应力不大于强度设计值0.14Mpa选用的结构胶必须具有适度的变位能力δ值0.14Mpa拉伸应力对应的伸长率。计算书未对内外片玻璃间的温差位移量进行验算对所用结构胶的δ值未提出要求也无有关结构胶δ值的记录。现试按粘接厚度6mm计算该结构胶应具有不低于4的变位能力。◆该建筑幕墙已有中空玻璃结露乃至渗水的记录粘接界面有可能长期受湿气侵蚀引起结构胶的粘附力下降导致玻璃脱胶坠落◆该建筑已使用年限12年幕墙开启窗中空玻璃外露的结构胶缝长期经受光照、雨淋及窗缝外部积水等环境侵蚀粘接性能及承载力也可能已渐变劣化。三、中空玻璃结构粘接材料及粘接尺寸未进行承载能力验算某九十年代的建筑隐框幕墙曾发生一块中空玻璃的外片坠落玻璃掠过路人头顶后砸坏汽车一辆。1初步检查发现◆中空玻璃结构粘接的二道密封粘接材料为聚硫橡胶型密封胶◆中空玻璃边部结构粘接宽度为6mm。2玻璃脱胶坠落原因分析◆按JGJ 102规范3.4.3规定“隐框、半隐框及点支撑玻璃幕墙用中空玻璃的二道密封胶应采用硅酮结构密封胶”该幕墙中空玻璃选材错误◆按JGJ102第5.6条 “硅酮结构密封胶应根据不同受力情况进行承载力状态验算”的规定幕墙施工方应对隐框安装中空玻璃用硅酮结构密封胶的粘接尺寸进行承载力状态验算应向供方提出硅酮结构密封胶选材及结构粘接尺寸的特殊订货要求。幕墙公司的订单未提出相应要求中空玻璃企业按GB/T119442002《中空玻璃》产品标准供货采用聚硫橡胶型密封胶及57mm粘接宽度可能导致结构粘接承载力不足。四、隐框幕墙密封胶龟裂粉化及结构胶老化某市八十年代标志性建筑隐框幕墙玻璃接缝密封胶开裂、渗水尚未闻有玻璃坠落。1观察发现幕墙玻璃接缝密封胶表面龟裂局部有贯通裂纹图3。图3 玻璃接缝密封胶老化龟裂2采样◆玻璃接缝密封胶材质为聚硫橡胶型密封胶室外暴晒表面密布龟裂纹密封体有塑化倾向呈现深度老化◆隐框玻璃结构粘接体采样材质为硅酮型密封胶粘接体邵氏硬度65拉伸10时应力近0.6Mpa刚硬老化明显稍加弯曲即行开裂甚至折断图4。图4 稍加弯曲硅酮结构胶开裂3分析◆按现行规范JGJ 102-2003规定幕墙玻璃接缝应采用硅酮密封胶该建筑采用聚硫橡胶型密封胶耐老化性能不足难以保证幕墙接缝耐久密封◆按玻璃结构粘接体的硬度及拉伸性估计粘接节点在非极限承载状态下的应力有可能超过结构胶强度设计值0.14Mpa估计极限状态的承载安全难以保证◆由于未见原始设计资料未能具体分析设计荷载下结构胶的承载能力及结构变位时粘接节点的应力但硅酮结构胶历时仅20年时就丧失弹性表明其材质较差耐老化性能低下。应关注和深入分析该建筑结构粘接材料对荷载及结构变位的响应性质关切玻璃脱胶坠落的潜在风险。五、中空玻璃内部流油污染及玻璃结构粘接失效失效某高层建筑隐框玻璃幕墙2007年施工2008年中空玻璃内部渗油、流油致使该工程无法验收。安装过程中曾更换一例外片坠落的中空玻璃。1初步勘察发现◆幕墙开启扇安装的中空玻璃未见渗油流油现象图5◆隐框幕墙中空玻璃内部多现油迹污染和丁基胶溃烂形成的黑色污迹图5、◆幕墙玻璃接缝密封施工粗糙胶层厚薄不均泡沫条凸起。现场触摸胶层手感刚硬如同石灰膏稍加外力即脆性断裂、脱落。表面皱折、收缩、开裂、图6◆测量中空玻璃结构粘接宽度为6mm。2查阅施工资料◆中空玻璃结构粘接采用硅酮结构密封胶◆开启窗中空玻璃周边为活动缝没有玻璃接缝密封胶图7◆幕墙中空玻璃的周边涂有玻璃接缝密封胶图7。采购清单表明采用了多个厂家的硅酮密封胶供货单价均低于8元/支◆中空玻璃结构粘接尺寸未经验算产品订货未提出结构粘接尺寸要求。3分析a)JGJ 102规范条文说明指出为防止耐候密封胶对结构胶的影响幕墙设计宜采用同一厂家的胶种。该工程采购较为随意采用了多个不同厂家的胶种。b)采购的低价位硅酮密封胶掺加有白油液体石蜡油经向供方了解为大幅降低成本这些产品的掺加量高达30%。白油是石油高馏分产物在基胶中可以混溶但在交联固化的硅酮密封胶中无法留存。c)白油在密封胶中的效应,◆混溶的白油可降低密封胶供应状态的粘度提高挤出性提高密封胶的光泽◆白油价廉掺加后量可增大廉价石粉的加入量从而大幅降低密封胶成本提高产品在市场的竞价地位◆密封胶固化时白油将逐渐被挤压渗出并散发流失接缝密封体必将产生不可逆的体积收缩、开裂、硬化和脆化最终将成为以石粉为主的填充体◆外表面渗出白油会导致接缝表面积尘油泥◆白油是低分子烃类化合物接缝密封胶渗出白油在渗透压作用下可透过硅橡胶分子间交联网络形成中空玻璃内表面的渗流产物。油溶性的丁基胶接触白油时可被石油烃类溶胀、溃溶在油流中形成黑色胶块◆白油渗入结构胶后可劣化材料力学性能可能导致结构粘接失效。d)开启窗中空玻璃不接触掺白油的密封胶故未发生渗油现象e)幕墙中空玻璃周边为掺白油的密封胶图5、图7这些密封胶中的白油是流油污染和劣化内外片玻璃粘接的根源。图5 室内、外观察幕墙中空玻璃内部渗油状态图6 耐候密封胶缝收缩、开裂及脆性硬化图7 开启窗及幕墙中空玻璃粘接安装状态六、结语本文综合了部分建筑幕墙玻璃脱胶事例对非极限状态下出现的安全问题进行技术分析可见事故的发生多与结构粘接选材、粘接尺寸设计及施工缺陷相关联其中幕墙隐框中空玻璃的结构粘接设计错误及误用掺白油耐候密封胶尤为突出。为更好的预防和杜绝类似事故的发生现提出以下建议●尽快建立建筑幕墙玻璃粘接结构极限承载力符合性的复查核定程序。主要内容包括复审结构胶粘接节点设计图、计算书核查幕墙结构粘接现状、维修记录对更换和加固的玻璃粘接结构进行追踪分析以采取正确的纠正措施消除隐患●建议以幕墙中空玻璃及开启窗粘接结构为重点进行承载力可靠性普查以业主和施工企业自查为主必要时由行政部门组织专业技术支持●建立幕墙玻璃坠落事故报告制度制定信息控制和保密制度掌控玻璃坠落事故“疫情”的发生和发展致谢在有限事故的勘察和分析过程中得到相关业主、幕墙公司及企业的信任和帮助特致感谢