玻璃幕墙中玻璃破裂原因分析

玻璃幕墙建筑，包括由玻璃、金属和石材组合的幕墙建筑。玻璃是铝合金玻璃幕墙主要材料之一，它直接制约幕墙的各项性能，同时也是幕墙艺术风格的主要体现者，因此选用玻璃是幕墙设计的重要内容。幕墙建筑自20世纪50年代自西方国家兴起，因其具有丰富多变的外装饰效果，在全球发展很快。我国幕墙建筑是从改革开放后的1983年开始起步，90年代中期形成高潮，到目前，20多年来呈现了大规模、高速发展的态势。从东部的沿海城市到西部的边远小镇，几乎都可以看到使用玻璃幕墙的建筑，特别是在城市中的高层建筑上，玻璃幕墙占据了绝对的优势，但是20多年来在玻璃幕墙的使用中，玻璃幕墙的玻璃的破裂问题一直难以解决，下面从六方面对之进行分析和探讨：

一、玻璃本身材质的问题是玻璃幕墙中玻璃破裂的重要原因

玻璃幕墙所使用的玻璃，特别是经过钢化的玻璃，强度是大大增加了，但是却在自身材质中混进了硫化镍杂质，杂质是如何混入的现还未根本查清，最大可能的来源是设备上使用的各种含镍合金部件及窑炉上使用的各种耐热合金。对于烧油的熔窑，曾报道在小炉中发现富镍的凝结物。硫毫无疑问来源于配合料中及燃料中的含硫成份。当温度超过1000℃时，硫化镍以液滴形式存在于熔融玻璃中，这些小液滴的固化温度为797℃。根据实验检测，熔炉中0.1克镍可以形成的晶体数量多达5万个。硫化镍杂质，以小水晶状态存在，在一般情况下，不会造成玻璃破损，但是由于钢化玻璃重新加热，改变了硫化镍杂质的相态，硫化镍的高温α态在玻璃急冷时被冻结，他们在恢复到β态可能需要几年的时间，由于低温β态的硫化镍杂质将产生体积增大，在玻璃内部产生局部的应力集中，这时钢化玻璃自爆将发生。然而，仅仅比较大的杂质将引起自爆，而且仅仅当杂质在拉应力的核心部位时才能发生钢化玻璃自爆。NiS是一种晶体，存在二种晶相：高温相α-NiS和低温相β-NiS，相变温度为379℃ .玻璃在钢化炉内加热时，因加热温度远高于相变温度，NiS全部转变为α相。然而在随后的淬冷过程中， α-NiS来不及转变为β-NiS，从而被冻结在钢化玻璃中。在室温环境下，α-NiS是不稳定的，有逐渐转变为β-NiS的趋势。这种转变伴随着约2;4%的体积膨胀，使玻璃承受巨大的相变张应力，如果α相晶体位于张力最大的玻璃中央时，膨胀产生的压力可以使整块玻璃破裂，破裂的时间也无法测定，可能是刚刚生产的玻璃，也可能是以前生产的玻璃已安装到了玻璃幕墙上，一旦玻璃幕墙上的玻璃发生自爆是相当危险的，不过近年来，很多玻璃生产厂家正在努力的寻找防止玻璃“玻璃癌症”产生危害的方法，如近年发明的热浸法就是尽量使硫化镍晶体转化成β相，使含有杂质的玻璃在熔炉中破碎，大大减少了玻璃幕墙上玻璃的破裂，减少了危害。

二、玻璃幕墙的施工质量也是关系到玻璃破裂的原因

施工中是否按照设计图纸施工，是否按照规范要求施工，是关系玻璃幕墙成败的关键，玻璃幕墙规范JGJ102-2003规定了玻璃边缘槽口的尺寸，它的目的就是为了保证玻璃在温度变化和其他因素影响下的自由伸缩，一旦出现阻碍玻璃的自由伸缩的因素，哪怕是直径很少的固体颗粒如钉子等，玻璃就会破裂；玻璃的槽口两侧和底部不能用硬性的材料填塞，这些材料的体积变化对玻璃产生挤压而使玻璃破裂；玻璃在平面外力作用下，如风荷载的影响下会产生翘曲，如果嵌缝材料阻碍玻璃的翘曲变化也会使玻璃破裂；玻璃幕墙中的层间，通常做法是在用单层玻璃后衬铝塑板、埃特板或保得板等，在施工设计时后衬板和单层玻璃的距离太少且两者中间的空气层没有留有通气孔，在太阳的直射下，中间的空气层温度急剧升高，玻璃受热过高且气体的膨胀而使玻璃炸裂。所以说必须使用弹性材料填缝且严格按照规范等要求进行设计施工，以保证玻璃能在各项因素下的安全。

三、玻璃幕墙所依附的主体结构在风荷载等作用下产生的层间变化也能使玻璃破裂

土建主体结构在各项荷载作用下产生变化时，它必然要强制玻璃幕墙的框要和它保持同步的变位，如果玻璃幕墙的玻璃边缘与铝合金框间没有足够的间隙适应这种变位的话，也会将玻璃挤碎，因此玻璃幕墙规范JGJ102-2003规定了明框玻璃幕墙边缘到边框槽底的间隙应符合下式的要求：2C1[1+（L1/L2）*（C2-1.5）/（C1-1.5）]≥[△μ]，其中[△μ]应根据主体结构弹性层间位移限值的3倍来确定。

四、玻璃幕墙中的玻璃在温度变化影响下热胀冷缩下也能使玻璃破裂

玻璃在温度变化影响下会热胀冷缩，玻璃的线胀系数为1×10-5，一块边长1500mm的玻璃，当温度升高80℃时会伸长1 .2mm.如果在安装玻璃时，玻璃与镶嵌槽底紧密接触，一旦伸长就会产生挤压应力，这种应力很大，σt=αEΔT .当ΔT=80℃时，σt=1×10-5×0.72×105×80=57.6N／m㎡，大于浮法玻璃强度标准值，因此在设计玻璃幕墙节点时，应使玻璃边缘与镶嵌槽底板间留有配合间隙，防止玻璃产生挤压应力。

五、玻璃幕墙中的玻璃在加工切割时产生的微小裂口也能造成玻璃的破裂

玻璃幕墙的分格根据不同的建筑需要，分格也是各不相同，所以玻璃的切割加工尺寸各不相同，但玻璃的切断不同于一般的刀子、剪子切断的概念，玻璃的切断是用专用的刀具造成细微的伤口，然后在进行切断，其原理是刀具在玻璃上留有刻痕，这时玻璃内部产生三条裂痕，其中两条是沿表面左右分开，另一条是垂直向下伸展的竖缝，在竖缝的端部产生拉应力，再加上曲折的弯力，竖缝向下伸展出去便可把玻璃切断，玻璃在裁划切断时，沿玻璃周边隐藏着许多微小的裂口，这些裂口在各种效应与热应力影响下，会扩展成裂缝，裂缝进一步发展导致玻璃破裂，所以为了消除玻璃切割加工后，留下的小裂纹而导致玻璃破裂，在玻璃裁切后，要用磨边机进行处理（磨边或者精磨边），消除玻璃周边的隐藏的微小的裂纹。

六、玻璃幕墙中的玻璃受热不均匀也能产生玻璃热炸裂

玻璃幕墙是建筑物的外衣，暴露在阳光直射的部位吸收红外线和可见光线转化为热量，温度升高，这一部分玻璃受热膨胀（升长），而处于镶嵌槽或阴影下的那—-部分玻璃因受不到阳光的辐射，不能同步膨胀（升长），内部热应力形成，受热多的区域对受热少的区域产生张应力，这种张应力超过玻璃的抗拉强度就会导致玻璃破裂。在玻璃边缘存在微小裂纹情况下更易引发热炸裂，规范虽然没有明文规定如何计算的情况，但是我们要在设计和施工时，一定要采取必要的构造措施来防止玻璃幕墙中的玻璃热炸裂。