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一、 玻璃幕墻安全性不確定
近年來，各地玻璃幕墻不斷出現(xiàn)安全問題，已經(jīng)引起全社會的普遍關(guān)注。玻璃幕墻的安全問題主要表現(xiàn)在鋼化玻璃自爆和開啟扇脫落（詞條“脫落”由行業(yè)大百科提供）。本文主要論述鋼化玻璃自爆問題。
鋼化玻璃自爆原本應(yīng)為罕見現(xiàn)象，現(xiàn)如今在我國已經(jīng)發(fā)展成為普遍現(xiàn)象，幾乎沒有不發(fā)生鋼化玻璃自爆的玻璃幕墻。這主要有兩方面原因，其一是鋼化玻璃自身品質(zhì)較差;其二是玻璃幕墻多為高層、超高層建筑（詞條“超高層建筑”由行業(yè)大百科提供），荷載較大，有些甚至為異形，這也加劇了鋼化玻璃自爆。
鋼化玻璃自爆具有突然性，且不可預(yù)測，因此也就無法事先采取預(yù)防措施。現(xiàn)如今鋼化玻璃面積較大，因此厚度也較大，原本作為鋼化玻璃自爆后變成分散細(xì)小顆粒的特性也不會完全實(shí)現(xiàn)，即鋼化玻璃自爆后往往出現(xiàn)裂而不碎的大碎片，俗稱“鋼化玻璃被”，這種“鋼化玻璃被”發(fā)生高空墜落危害性非常大。鋼化玻璃自爆的不可避免和不可預(yù)測使得玻璃幕墻的應(yīng)用沒有安全邊界，即鋼化玻璃符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，玻璃幕墻設(shè)計(jì)、安裝符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鋼化玻璃還會自爆，甚至發(fā)生安全事故。人們不知道如何做才能保證玻璃幕墻的安全，而這一切都源于鋼化玻璃自爆。因此與其說玻璃幕墻的安全性莫不如說是幕墻玻璃的安全性更為確切。
二、 鋼化玻璃自爆的工程表象
嚴(yán)格意義上說，鋼化玻璃只有在無荷載作用下發(fā)生的自發(fā)性炸裂才稱為鋼化玻璃的自爆。實(shí)際工程中，對于沒有外力沖擊、正常使用條件下、具有典型自爆裂紋的鋼化玻璃破裂也歸結(jié)為鋼化玻璃自爆。但兩者卻有本質(zhì)的差異。鋼化玻璃自爆的原因是硫化鎳（詞條“硫化鎳”由行業(yè)大百科提供）粒子的膨脹。玻璃中含有硫化鎳夾雜物，硫化鎳夾雜物一般以結(jié)晶體(NiS)存在，室溫下存在著 相向 相轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)傾向，并伴有2—3%的體積膨脹。硫化鎳粒子存在于平板玻璃中，因而才存在于半鋼化玻璃和鋼化玻璃中。但平板玻璃和半鋼化玻璃沒有自爆現(xiàn)象，只有鋼化玻璃才有自爆，原因是僅有硫化鎳粒子由 相向 相轉(zhuǎn)變的熱力學(xué)傾向是不夠的，必須具備一定的動(dòng)力學(xué)條件才能實(shí)現(xiàn)這種相變，進(jìn)而造成玻璃的自爆。平板玻璃是退火玻璃，其內(nèi)部無應(yīng)力。半鋼化玻璃和鋼化玻璃經(jīng)淬火后其內(nèi)部具有應(yīng)力，屬于預(yù)應(yīng)力材料。半鋼化玻璃和鋼化玻璃內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)見圖1。
圖1 半鋼化玻璃和鋼化玻璃內(nèi)部應(yīng)力
由圖1可見，半鋼化玻璃和鋼化玻璃內(nèi)部應(yīng)力分布趨勢是一致的，都是外表面處于壓應(yīng)力，內(nèi)部處于張應(yīng)力，兩者的區(qū)別是鋼化玻璃表面壓應(yīng)力和內(nèi)部張應(yīng)力比半鋼化玻璃的表面壓應(yīng)力和內(nèi)部張應(yīng)力都大。只有玻璃中的硫化鎳粒子位于足夠大的張應(yīng)力區(qū)，硫化鎳粒子才具備相變的動(dòng)力學(xué)條件，因?yàn)榱蚧嚵Ｗ酉嘧儼殡S體積膨脹，足夠大的張應(yīng)力為硫化鎳粒子體積膨脹提供了動(dòng)力學(xué)條件，這就是平板玻璃和半鋼化玻璃不發(fā)生自爆，鋼化玻璃自爆的原因。玻璃中的硫化鎳粒子是隨機(jī)分布的，如果玻璃中的硫化鎳粒子位于鋼化玻璃最大張應(yīng)力部位，該粒子就可能成為鋼化玻璃自爆的起爆點(diǎn)。由硫化鎳粒子造成的鋼化玻璃自爆其爆裂點(diǎn)裂紋形狀往往與蝴蝶相似，被稱為蝴蝶形裂紋，有些在爆裂點(diǎn)中部有一個(gè)有色顆粒，被認(rèn)為是硫化鎳粒子，這兩個(gè)特性往往被用來作為鋼化玻璃是否是自爆的判據(jù)。硫化鎳粒子在鋼化玻璃自爆前后的體積是不同的，爆裂前體積小，不易被看見;自爆后其體積增大，地點(diǎn)確定，很容易被看見，這也是鋼化玻璃自爆不易預(yù)見的原因之一。鋼化玻璃自爆裂紋見圖2。
圖2 鋼化玻璃自爆裂紋
硫化鎳粒子造成的鋼化玻璃自爆具有主動(dòng)性、自發(fā)性、無外因，是真正意義上的自爆。
硫化鎳粒子造成鋼化玻璃自爆需要兩個(gè)條件：其一硫化鎳粒子所處位置的張應(yīng)力大小;其二硫化鎳粒子的尺寸。硫化鎳粒子尺寸越大，它需要的張應(yīng)力越小，即對應(yīng)不同的張應(yīng)力，硫化鎳粒子存在臨界尺寸，鋼化玻璃中張應(yīng)力越大，硫化鎳粒子的臨界尺寸越小，產(chǎn)生自爆硫化鎳粒子越多，鋼化玻璃自爆的概率越大。
此外，風(fēng)荷載、溫差作用、裝配應(yīng)力等會改變鋼化玻璃內(nèi)部的應(yīng)力分布，見圖3。
圖3 鋼化玻璃在荷載作用下的應(yīng)力
由圖3可見，在荷載作用下，原本處于不具備自爆條件的硫化鎳粒子可能變?yōu)榫邆渥员瑮l件而自爆，這就是工程上鋼化玻璃安裝后，特別是采光頂鋼化玻璃自爆的主要原因。
平板玻璃中除含有硫化鎳粒子外，還含有結(jié)石、氣泡和雜質(zhì)。玻璃是典型的脆性材料，其力學(xué)行為服從斷裂力學(xué)。玻璃中的結(jié)石、氣泡和雜質(zhì)在玻璃中將會形成裂紋，是鋼化玻璃的薄弱點(diǎn)，特別是裂紋尖端是應(yīng)力集中處。如果結(jié)石、氣泡或雜質(zhì)處在鋼化玻璃的張應(yīng)力區(qū)，或在荷載作用下使其處于張應(yīng)力，都可能導(dǎo)致鋼化玻璃炸裂。但這是鋼化玻璃低強(qiáng)度破壞，不是鋼化玻璃自爆，這兩者有本質(zhì)區(qū)別，鋼化玻璃低強(qiáng)度破壞必須有外荷載作用，而鋼化玻璃自爆是可以沒有任何荷載作用而發(fā)生破壞。
沒有國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范鋼化玻璃自爆率，但行業(yè)里普遍接受的說法是鋼化玻璃自爆率一般為3—5‰，這一說法源于玻璃中硫化鎳粒子存在率為3—5‰。并不是所以硫化鎳粒子都能引發(fā)鋼化玻璃自爆，因此3—5‰應(yīng)為鋼化玻璃自爆概率，既然是概率就不一定發(fā)生，可能一片都不爆，因此鋼化玻璃自爆應(yīng)為罕見現(xiàn)象。但如果把3—5‰認(rèn)定為鋼化玻璃自爆率，即發(fā)生率，那鋼化玻璃的危害性就太大了。例如玻璃幕墻采用10000片鋼化玻璃，將有30—50片自爆，大的玻璃幕墻工程通常采用在100000片以上鋼化玻璃，將有300—500片自爆，試想這個(gè)工程還能運(yùn)營嗎?
三、 解決方案
降低鋼化玻璃自爆率已到了刻不容緩的時(shí)候，根本的措施就是提高平板玻璃品質(zhì)，然而提高平板玻璃品質(zhì)不是短時(shí)間內(nèi)能夠做到的。為提高玻璃幕墻的安全性，保證玻璃幕墻工程安全運(yùn)營，至少應(yīng)做到避免鋼化玻璃碎片高空墜落。采用外片為夾層玻璃（詞條“夾層玻璃”由行業(yè)大百科提供）的中空玻璃即可避免發(fā)生鋼化玻璃自爆碎片高空墜落問題，夾層玻璃可以認(rèn)定為是防墜落玻璃，只要設(shè)計(jì)、安裝和使用符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，其安全性是有保證的，該玻璃幕墻據(jù)有明確的安全邊界。
現(xiàn)階段國家和地方以行政法規(guī)的形式規(guī)范幕墻玻璃的應(yīng)用是簡捷、快速、有效的方式。2015年住房城鄉(xiāng)建設(shè)部和國家安全監(jiān)管總局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)玻璃幕墻安全防護(hù)工作的通知》(建標(biāo)〔2015〕38號)，其中第四條規(guī)定：
玻璃幕墻宜采用夾層玻璃、均質(zhì)鋼化玻璃或超白玻璃。采用鋼化玻璃應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《建筑門窗幕墻用鋼化玻璃》JG/T455的規(guī)定。夾層玻璃是推薦使用產(chǎn)品之一。
2012年2月1日起施行《上海市建筑玻璃幕墻管理辦法》，其中第六條(幕墻玻璃的采用要求)規(guī)定：
有下列情形之一，需要在二層以上安裝幕墻玻璃的，應(yīng)當(dāng)采用安全夾層玻璃或者其他具有防墜落性能的玻璃：
(一)商業(yè)中心、交通樞紐、公共文化體育設(shè)施等人員密集、流動(dòng)性大的區(qū)域內(nèi)的建筑;
(二)臨街建筑;
(三)因幕墻玻璃墜落容易造成人身傷害、財(cái)產(chǎn)損壞的其他情形。推薦使用夾層玻璃。
2013年4月1日起施行《廈門（詞條“門”由行業(yè)大百科提供）市建筑外立面裝飾裝修管理規(guī)定》，其中第二十條規(guī)定：
商業(yè)中心、交通樞紐、醫(yī)院、學(xué)校、文化體育場館等人員密集場所的建筑以及臨街建筑，需要在二層以上采用玻璃幕墻的，應(yīng)當(dāng)使用安全玻璃，并采取防墜落措施。防墜落安全玻璃即為夾層玻璃。
浙江省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳2013年4月1日發(fā)布施行《建筑幕墻安全技術(shù)要求》，其中3.7條規(guī)定，玻璃幕墻的玻璃選用應(yīng)當(dāng)符合下列安全要求：
(1)建筑幕墻外片玻璃應(yīng)當(dāng)采用安全夾層玻璃、超白鋼化玻璃或者均質(zhì)鋼化玻璃及其制品。其中，商業(yè)中心、交通樞紐、公共文化體育設(shè)施等人員密集、流動(dòng)性大的區(qū)域內(nèi)的建筑，臨街建筑和因幕墻玻璃墜落容易造成人身傷害、財(cái)產(chǎn)損壞的其他情形的建筑，二層以上部位外片玻璃應(yīng)當(dāng)采用安全夾層玻璃或者其他具有防墜落性能的玻璃。推薦使用夾層玻璃。
深圳市住房和建設(shè)局發(fā)布深建物業(yè)〔2016〕43號文《關(guān)于加強(qiáng)建筑幕墻安全管理的通知》，其中第四條規(guī)定：
玻璃幕墻的面板，除夾層玻璃外應(yīng)選用均質(zhì)鋼化玻璃及其制品;人員密集、流動(dòng)性大的重要公共建筑，且可能造成人身傷害、財(cái)產(chǎn)損失的幕墻玻璃面板，傾斜或倒掛的幕墻玻璃必須采用夾層玻璃。
2017年7月1日起施行《廣州市建筑玻璃幕墻管理辦法》，其中第七條規(guī)定：
在下列建筑的二層以及以上部位設(shè)置玻璃幕墻的，應(yīng)當(dāng)采用具有防墜落性能的玻璃，并在幕墻下方周邊區(qū)域合理設(shè)置綠化帶、裙房等緩沖區(qū)域或者采用挑檐、頂棚等防護(hù)設(shè)施：
(一)商業(yè)中心、交通樞紐、公共文化體育設(shè)施、廣場等人員密集、流動(dòng)性大的區(qū)域內(nèi)的建筑。
(二)臨街建筑。
(三)下方有出入口、人員通道的建筑。防墜落安全玻璃即為夾層玻璃。
四、結(jié)束語
目前我國是建筑玻璃生產(chǎn)大國，產(chǎn)量過剩，價(jià)格低廉，一些地區(qū)技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，現(xiàn)階段在我國部分地區(qū)外片采用夾層玻璃，配以國家和地方行政法規(guī)是提高玻璃幕墻安全性行之有效的方法，應(yīng)大力提倡。
作者單位：天津北玻玻璃工業(yè)技術(shù)有限公司、北京中新方建筑科技研究中心
