1、建筑幕墻玻璃脫膠墜落事故分析及建議馬啟元 中國建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會門窗幕墻委員會專家組成員、中國膠粘劑工業(yè)協(xié)會顧問摘 要: 按照極限承載狀態(tài)設(shè)計的幕墻玻璃粘接結(jié)構(gòu)，在非極限條件發(fā)生脫膠墜落，表明結(jié)構(gòu)設(shè)計或粘接施工環(huán)節(jié)出了問題。本文結(jié)合實例分析了玻璃脫膠的原因，對玻璃幕墻可靠性的監(jiān)測提出一些建議。 關(guān)鍵詞: 幕墻 玻璃 粘接 墜落 分析1. 前言 早期不少人對建筑玻璃粘接的安全性質(zhì)疑，甚至將玻璃幕墻比喻成城市空中的定時炸彈，從而引起對幕墻結(jié)構(gòu)粘接材料及施工管理的重視。多年來幕墻玻璃墜落罕見歸因于脫膠，多見于鋼化玻璃自爆的“玻璃雨”。近年來開始耳聞有玻璃脫膠墜落事故，有幸參與個別事故及潛在事故的勘察，

2、感受到整片玻璃墜落飄逸產(chǎn)生的遠(yuǎn)大于“玻璃雨”的破壞力，觀察到粘接設(shè)計及制造缺陷對玻璃幕墻安全性的危害，目前這些問題在既有建筑上較為突出，而新建幕墻也所見，其中問題尤為突出的是隱框中空玻璃幕墻。幕墻玻璃粘接結(jié)構(gòu)選材及粘接節(jié)點承載面積尺寸的設(shè)定是依據(jù)極限承載狀態(tài)設(shè)計，在非極限承載狀態(tài)玻璃脫膠，原因多與幕墻設(shè)計、施工和維護(hù)不當(dāng)有關(guān)聯(lián)。由于憂慮幕墻玻璃墜落事故曝光可能產(chǎn)生的社會影響，一般業(yè)主會迅速更換玻璃，然而遺留的憂慮是同結(jié)構(gòu)上是否還會有第二塊玻璃墜落？負(fù)責(zé)任的業(yè)主會尋求專業(yè)人員的技術(shù)支持，查找原因，制定對策，但一些顧慮過重的業(yè)主大多忌于信息擴(kuò)散而未予深究，類似的事例在幕墻工程評標(biāo)及技術(shù)交流活動中多

3、有所聞，但具體可接觸到的脫膠事例不多。本文僅結(jié)合接觸到的實例分析玻璃脫膠的原因，對玻璃幕墻可靠性監(jiān)測提出一些建議，供主管部門和業(yè)內(nèi)參考。2. 幕墻中空玻璃粘接尺寸過小難以安全持久承載l 建筑某2006年竣工，中空玻璃幕墻開啟扇外片玻璃脫膠墜落，查閱存檔的設(shè)計資料及維護(hù)記錄發(fā)現(xiàn)（參見圖1、2）：³ 開啟扇采用（665）中空玻璃，尺寸1.5m×2m隱框安裝, 玻璃無支撐； ³ 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值w =2kpa；³ 中空玻璃采用進(jìn)口硅酮結(jié)構(gòu)膠粘接密封，質(zhì)量保證期20年；³ 計算書缺失結(jié)構(gòu)粘接尺寸的驗算，缺結(jié)構(gòu)膠位移能力（值）數(shù)據(jù)；³ 維修檔案見該

4、建筑中空玻璃因密封失效嚴(yán)重結(jié)霧已有被更換的記錄。l 詢問及現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)：³ 玻璃是在2月的一次大風(fēng)中墜落，開啟窗上中空玻璃的內(nèi)片玻璃尚存；³ 整片玻璃由15層墜落在二層平臺上，未傷人，僅二層外窗鋼制護(hù)欄被砸變形；³ 觀測玻璃碎片，可見硅酮結(jié)構(gòu)密封膠沿原始粘接寬度5mm全部脫粘，僅存無承載能力的丁基密封膠殘層（圖3）； ³ 觀察建筑物幕墻的其他中空玻璃，可見粘接尺寸相同并發(fā)現(xiàn)有局部脫膠跡象（圖3）。 圖1 類似的建筑幕墻圖2 開啟窗中空玻璃粘接設(shè)計圖圖3 開啟窗中空玻璃外觀及墜落的外片玻璃碎片粘接尺寸測量結(jié)果l 開啟窗中空玻璃的外片玻璃墜落原因分析： &#

5、179; JGJ 102規(guī)定隱框幕墻中空玻璃粘接應(yīng)采用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠，粘接尺寸按極限承載狀態(tài)設(shè)計，粘接寬度Cs應(yīng)按給定條件的計算結(jié)果取值。經(jīng)核算（計算過程略，下同），該建筑幕墻在無支撐狀態(tài)玻璃自重荷載作用下結(jié)構(gòu)膠粘接寬度Cs按應(yīng)大于9.4mm；在風(fēng)荷載作用下粘接寬度Cs至少應(yīng)取10.5mm。而該幕墻玻璃粘接寬度僅5mm，比計算的安全取值少了一半，所以粘接節(jié)點承載能力嚴(yán)重不足是玻璃墜落的主因；³ 該幕墻中空玻璃粘接厚度為6mm，當(dāng)玻璃溫差位移時為保證結(jié)構(gòu)膠伸縮變形不產(chǎn)生大于強度設(shè)計值的應(yīng)力，選用的結(jié)構(gòu)膠的變位能力（值）必須適度。該建筑幕墻缺失結(jié)構(gòu)膠選材的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。經(jīng)驗算，北京地區(qū)玻

6、璃表面1570溫差變化條件下，該幕墻必須選用變位能力大于4的結(jié)構(gòu)膠；³ 該建筑幕墻已有密封失效水蒸氣進(jìn)入中空玻璃內(nèi)部的記錄，濕氣對粘接界面的侵蝕可直接誘發(fā)玻璃脫膠墜落； ³ 該開啟窗密封粘接中空玻璃的結(jié)構(gòu)膠外露，使用年限已12年，長期經(jīng)受外部雨淋、光照等環(huán)境的侵蝕，結(jié)構(gòu)膠的性能及承載能力劣化。3. 隱框玻璃幕墻設(shè)計執(zhí)行中空玻璃產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)不當(dāng)某建筑隱框幕墻中空玻璃外片墜落，一片玻璃墜落掠過行人頭頂后砸壞一輛汽車。檢查凡發(fā)現(xiàn)： ³ 火焰檢測粘接材料為聚硫密封膠； ³ 中空玻璃邊部粘接寬度為6mm。 原因分析： ³ 隱框玻璃幕墻設(shè)計未執(zhí)行JGJ 102

7、規(guī)范對中空玻璃的技術(shù)規(guī)定，片面采用中空玻璃產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的粘接尺寸，按極限承載狀態(tài)計算設(shè)定結(jié)構(gòu)粘接的安全承載面積。³ 未執(zhí)行JGJ 102規(guī)范對隱框幕墻中空玻璃應(yīng)采用硅酮結(jié)構(gòu)膠粘接的規(guī)定，錯誤采用聚硫密封膠。必須強調(diào)：普通門窗或明框安裝中空玻璃由框架支撐，作用在外片玻璃上的水平荷載直接由玻璃傳遞到框架上，二道密封膠粘接寬度應(yīng)按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)GB11944規(guī)定為57mm，對變位能力也不要求（圖4），但隱框幕墻粘接安裝的中空玻璃完全依靠結(jié)構(gòu)粘接固定，二道密封膠要保證密封，作用在外片玻璃上的外加荷載要通過膠層向結(jié)構(gòu)框架傳遞（圖5），忽視結(jié)構(gòu)膠必需的粘接面積，就要承擔(dān)承載能力不足導(dǎo)致脫膠的風(fēng)險。此外

8、不能，誤將JGJ102規(guī)定“隱框幕墻中空玻璃應(yīng)用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠粘接”僅理解為要求采用結(jié)構(gòu)膠，如果不進(jìn)一步按規(guī)范驗算結(jié)構(gòu)膠粘接寬度，驗算結(jié)構(gòu)膠的變位能力（值），同樣要承擔(dān)承載能力不足的風(fēng)險。目前隱框幕墻中空玻璃粘接潛在的這類設(shè)計風(fēng)險較為多見。圖4中空玻璃GB11944標(biāo)準(zhǔn)的粘接尺寸圖5 隱框幕墻中空玻璃的荷載及變位4. 中空玻璃內(nèi)滲油污染并誘發(fā)粘接失效n 某高層建筑寫字樓2007年施工，隱框玻璃幕墻中空玻璃于2008年秋開始內(nèi)部滲油流油并逐漸擴(kuò)大（圖6），導(dǎo)致工程無法交付驗收。初步勘察：a) 中空玻璃內(nèi)出現(xiàn)油跡，向陽面油跡擴(kuò)展面積大并可見一道密封的丁基膠溶解、潰爛形成的黑色污跡（圖7）； 圖6

9、隱框幕墻中空玻璃內(nèi)部滲油 圖7 室內(nèi)可見中空玻璃內(nèi)丁基膠溶解污跡圖8 開啟窗中空玻璃膠縫油污沉積b) 開啟窗中空玻璃膠縫積灰呈油泥沉積（圖8）；c) 施工現(xiàn)場見幕墻玻璃接縫密封用硅酮密封膠的包裝標(biāo)識為多個廠家產(chǎn)品，這些品牌密封膠均為低檔產(chǎn)品；d) 密封膠與硅酮結(jié)構(gòu)密封膠產(chǎn)地不屬同廠家。原因分析： ² 誤用了摻有白油的結(jié)構(gòu)膠；² 玻璃接縫密封膠為低檔產(chǎn)品，膠內(nèi)摻加的白油能夠透過結(jié)構(gòu)膠、溶解丁基膠并在中空玻璃內(nèi)表面滲流擴(kuò)散。 n 某高層商住樓2006年完成建筑幕墻，由于隱框幕墻中空玻璃內(nèi)腔出油，有一外片玻璃脫膠墜落，甲方拒付工程款并提出索賠。現(xiàn)場訪察： ³ 外片玻璃墜

10、落的中空玻璃已更換； ³ 玻璃接縫襯墊的泡沫條凸起，局部密封膠層厚薄不均勻，密封施工外觀粗糙； ³ 白油滲出，玻璃接縫密封膠表面呈現(xiàn)皺裂，膠層剛硬，易剝落； ³ 訪問供方，該膠摻石蠟油適用于衛(wèi)生潔具，低廉價格（7元/只）是幕墻用膠的1/3； ³ 中空玻璃結(jié)構(gòu)膠粘接寬度6mm, 過于狹窄； ³ 耐候膠與結(jié)構(gòu)膠供方非同一廠家；n 必須強調(diào)說明石蠟油及其對硅酮結(jié)構(gòu)膠的危害： ³ 白油又稱液體石蠟，微量添加可改善橡膠制品工藝性及表面光澤。硅酮密封膠基礎(chǔ)聚合物能同白油物理混溶，聚合物交聯(lián)固化后將離析白油； ³ 石蠟油能滲透膠層，引起溶

11、脹、軟化、粘接能力下降，可誘發(fā)粘接玻璃脫膠； ³ 硅酮密封膠中摻入白油可減少聚合物有效成分用量并提高礦物粉劑填充量，成倍降低產(chǎn)品成本。這類產(chǎn)品可從外包裝上識別不按標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識產(chǎn)品級別代號； ³ 實驗室研究證明白油對硅酮密封膠的物理力學(xué)性能及耐久性損害極大，門窗、幕墻及墻體工程應(yīng)禁止采購該類密封膠。 5. 玻璃幕墻耐候膠開裂、結(jié)構(gòu)膠老化變硬某八十年代建成的標(biāo)志性高層建筑玻璃幕墻，近年發(fā)現(xiàn)玻璃接縫硅酮耐候開裂、滲水（圖9），采樣中發(fā)現(xiàn)硅酮結(jié)構(gòu)膠硬度高達(dá)60，稍加彎曲力即行開裂，呈現(xiàn)為嚴(yán)重硬化狀態(tài)（圖10），拉伸10的應(yīng)力超過0.4Mpa, 為結(jié)構(gòu)膠強度設(shè)計值的2倍，粘接結(jié)構(gòu)在設(shè)計位

12、移下已不適于繼續(xù)承載，應(yīng)高度關(guān)切該幕墻玻璃粘接結(jié)構(gòu)潛在的脫膠墜落風(fēng)險。具體原因有待深入勘察和分析。初步估計選用的硅酮結(jié)構(gòu)膠耐老化性能低下，不應(yīng)歷時20年就喪失彈性。圖10 老化變硬的硅酮結(jié)構(gòu)密封膠 圖9 幕墻玻璃耐候膠開裂6. 玻璃脫膠墜落預(yù)警檢查的困惑n 幕墻玻璃脫膠墜落事故勘察的顧忌 ² 事故一旦發(fā)生，業(yè)內(nèi)知情甚少；業(yè)主、幕墻承包方及相關(guān)供方多忌諱媒體；² 業(yè)主對玻璃墜落事故是否再發(fā)生，期望專業(yè)人員勘察提供技術(shù)支持，但僅限內(nèi)部交流，難以系統(tǒng)檢驗和科學(xué)分析。；n 玻璃結(jié)構(gòu)粘接安全性檢測缺失技術(shù)手段分析某省建設(shè)廳頒發(fā)的“既有建筑幕墻安全維護(hù)管理實施細(xì)則”（下表）可見，目前的

13、方法停留在感官定性檢查上，結(jié)果難以對結(jié)構(gòu)可靠度做出量化判定和科學(xué)評估。技 術(shù) 要 求 檢 查 方 法 抽樣數(shù) 1、膠體不應(yīng)起泡、開裂； 觀察 手試 尺量 必要時應(yīng)用專用儀器測定結(jié)構(gòu)膠的邵氏硬度 屬于隱蔽的項目，必要時應(yīng)打開檢查結(jié)構(gòu)膠承載能力應(yīng)采用專用加載裝置進(jìn)行檢測（作者注：缺失具體方法）5% 2、結(jié)構(gòu)膠應(yīng)與相接觸材料相容，不與基材分離； 3、膠體應(yīng)有彈性，無明顯老化（干硬、龜裂、粉化）現(xiàn)象； 4、結(jié)構(gòu)膠的寬厚尺寸應(yīng)符合設(shè)計要求； 5、結(jié)構(gòu)膠的承載能力不應(yīng)有明顯的下降。 7. 結(jié)語建筑玻璃幕墻已經(jīng)歷強烈地震（汶川）和強臺風(fēng)（云娜）極限荷載狀態(tài)考驗，證明隱框玻璃幕墻的安全可靠性優(yōu)于明框玻璃幕墻，更優(yōu)于普通建筑外窗填充墻。目前發(fā)生在非極限承載狀態(tài)的玻璃脫膠，暴露出潛在于粘接設(shè)計及施工環(huán)節(jié)的問題，特別是隱框幕墻中空玻璃更為突出。隨既有幕墻使用年限的增長，潛在因素導(dǎo)致玻璃脫膠墜落的事故頻度可能會增長，必須引起業(yè)內(nèi)關(guān)注。為了早期預(yù)警以保證玻璃幕墻耐久安全，有以下建議供業(yè)內(nèi)參考： p 建立包括復(fù)審設(shè)計圖紙、計算書、核查幕墻粘接結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀、維修記錄、事故玻璃更換或加固的追蹤及結(jié)構(gòu)極限承載狀態(tài)符合性核定等內(nèi)容的檢