幕墙玻璃脱胶坠落事故分析及建议.doc

建筑幕墙玻璃脱胶坠落事故分析及建议
马启元 中国建筑金属结构协会门窗幕墙委员会专家组成员、中国胶粘剂工业协会顾问

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摘 要: 按照极限承载状态设计的幕墙玻璃粘接结构，在非极限条件发生脱胶坠落，表明结构设计或粘接施工环节出了问题。本文结合实例分析了玻璃脱胶的原因，对玻璃幕墙可靠性的监测提出一些建议。
关键词: 幕墙 玻璃 粘接 坠落 分析
1. 前言
早期不少人对建筑玻璃粘接的安全性质疑，甚至将玻璃幕墙比喻成城市空中的定时炸弹，从而引起对幕墙结构粘接材料及施工管理的重视。多年来幕墙玻璃坠落罕见归因于脱胶，多见于钢化玻璃自爆的“玻璃雨”。近年来开始耳闻有玻璃脱胶坠落事故，有幸参与个别事故及潜在事故的勘察，感受到整片玻璃坠落飘逸产生的远大于“玻璃雨”的破坏力，观察到粘接设计及制造缺陷对玻璃幕墙安全性的危害，目前这些问题在既有建筑上较为突出，而新建幕墙也所见，其中问题尤为突出的是隐框中空玻璃幕墙。
幕墙玻璃粘接结构选材及粘接节点承载面积尺寸的设定是依据极限承载状态设计，在非极限承载状态玻璃脱胶，原因多与幕墙设计、施工和维护不当有关联。由于忧虑幕墙玻璃坠落事故曝光可能产生的社会影响，一般业主会迅速更换玻璃，然而遗留的忧虑是同结构上是否还会有第二块玻璃坠落？负责任的业主会寻求专业人员的技术支持，查找原因，制定对策，但一些顾虑过重的业主大多忌于信息扩散而未予深究，类似的事例在幕墙工程评标及技术交流活动中多有所闻，但具体可接触到的脱胶事例不多。本文仅结合接触到的实例分析玻璃脱胶的原因，对玻璃幕墙可靠性监测提出一些建议，供主管部门和业内参考。
2. 幕墙中空玻璃粘接尺寸过小难以安全持久承载
l 建筑某2006年竣工，中空玻璃幕墙开启扇外片玻璃脱胶坠落，查阅存档的设计资料及维护记录发现（参见图1、2）：
³ 开启扇采用（6＋6＋5）中空玻璃，尺寸1.5m×2m隐框安装, 玻璃无支撑；
³ 风荷载标准值w =2kpa；
³ 中空玻璃采用进口硅酮结构胶粘接密封，质量保证期20年；
³ 计算书缺失结构粘接尺寸的验算，缺结构胶位移能力（δ值）数据；
³ 维修档案见该建筑中空玻璃因密封失效严重结雾已有被更换的记录。
l 询问及现场勘察发现：
³ 玻璃是在2月的一次大风中坠落，开启窗上中空玻璃的内片玻璃尚存；
³ 整片玻璃由15层坠落在二层平台上，未伤人，仅二层外窗钢制护栏被砸变形；
³ 观测玻璃碎片，可见硅酮结构密封胶沿原始粘接宽度5mm全部脱粘，仅存无承载能力的丁基密封胶残层（图3）；
³ 观察建筑物幕墙的其他中空玻璃，可见粘接尺寸相同并发现有局部脱胶迹象（图3）。
图1 类似的建筑幕墙

图2 开启窗中空玻璃粘接设计图

图3 开启窗中空玻璃外观及坠落的外片玻璃碎片粘接尺寸测量结果
l 开启窗中空玻璃的外片玻璃坠落原因分析：
³ JGJ 102规定隐框幕墙中空玻璃粘接应采用硅酮结构密封胶，粘接尺寸按极限承载状态设计，粘接宽度Cs应按给定条件的计算结果取值。经核算（计算过程略，下同），该建筑幕墙在无支撑状态玻璃自重荷载作用下结构胶粘接宽度Cs按应大于9.4mm；在风荷载作用下粘接宽度Cs至少应取10.5mm。而该幕墙玻璃粘接宽度仅5mm，比计算的安全取值少了一半，所以粘接节点承载能力严重不足是玻璃坠落的主因；
³ 该幕墙中空玻璃粘接厚度为6mm，当玻璃温差位移时为保证结构胶伸缩变形不产生大于强度设计值的应力，选用的结构胶的变位能力（δ值）必须适度该建筑幕墙缺失结构胶选材的关键技术参数。经验算，北京地区玻璃表面－15℃～70℃温差变化条件下，该幕墙必须选用变位能力大于4％的结构胶；
³ 该建筑幕墙已有密封失效水蒸气进入中空玻璃内部的记录，湿气对粘接界面的侵蚀可直接诱发玻璃脱胶坠落；
³ 该开启窗密封粘接中空玻璃的结构胶外露，使用年限已12年，长期经受外部雨淋、光照等环境的侵蚀，结构胶的性能及承载能力劣化。
3. 隐框玻璃幕墙设计执行中空玻璃产品标准不当
某建筑隐框幕墙中空玻璃外片坠落，一片玻璃坠落掠过行人头顶后砸坏一辆汽车。
检查凡发现：
³ 火焰检测粘接材料为聚硫密封胶；
³ 中空玻璃边部粘接宽度为6mm。
原因分析：
³ 隐框玻璃幕墙设计未执行JGJ 102规范对中空玻璃的技术规定，片面采用中空玻璃产品标准规定的粘接尺寸，按极限承载状态计算设定结构粘接的安全承载面积。
³ 未执行JGJ 102规范对隐框幕墙中空玻璃应采用硅酮结构胶粘接的规定，错误采用聚硫密封胶。
必须强调：普通门窗或明框安装中空玻璃由框架支撑，作用在外片玻璃上的水平荷载直接由玻璃传递到框架上，二道密封胶粘接宽度应按产品标准GB11944规定为5~7mm，对变位能力也不要求（图4），但隐框幕墙粘接安装的中空玻璃完全依靠结构粘接固定，二道密封胶要保证密封，作用在外片玻璃上的外加荷载要通过胶层向结构框架传递（图5），忽视结构胶必需的粘接面积，就要承担承载能力不足导致脱胶的风险。此外不能，误将JGJ102规定“隐框幕墙中空玻璃应用硅酮结构密封胶粘接”仅理解为要求采用结构胶，如果不进一步按规范验算结构胶粘接宽度，验算结构胶的变位能力（δ值），同样要承担承载能力不足的风险。目前隐框幕墙中空玻璃粘接潜在的这类设计风险较为多见。

图4《中空玻璃》GB11944标准的粘接尺寸
图5 隐框幕墙中空玻璃的荷载及变位
4. 中空玻璃内渗油污染并诱发粘接失效
n 某高层建筑写字楼2007年施工，隐框玻璃幕墙中空玻璃于2008年秋开始内部渗油流油并逐渐扩大（图6），导致工程无法交付验收。
初步勘察：
a) 中空玻璃内出现油迹，向阳面油迹扩展面积大并可见一道密封的丁基胶溶解、溃烂形成的黑色污迹（图7）；
图6 隐框幕墙中空玻璃内部渗油 图7 室内可见中空玻璃内丁基胶溶解污迹

图8 开启窗中空玻璃胶缝油污沉积
b) 开启窗中空玻璃胶缝积灰呈油泥沉积（图8）；
c) 施工现场见幕墙玻璃接缝密封用硅酮密封胶的包装标识为多个厂家产品，这些品牌密封胶均为低档产品；
d) 密封胶与硅酮结构密封胶产地不属同厂家。
原因分析：
² 误用了掺有白油的结构胶；
² 玻璃接缝密封胶为低档产品，胶内掺加的白油能够透过结构胶、溶解丁基胶并在中空玻璃内表面渗流扩散。
n 某高层商住楼2006年完成建筑幕墙，由于隐框幕墙中空玻璃内腔出油，有一外片玻璃脱胶坠落，甲方拒付工程款并提出索赔。
现场访察：
³ 外片玻璃坠落的中空玻璃已更换；
³ 玻璃接缝衬垫的泡沫条凸起，局部密封胶层厚薄不均匀，密封施工外观粗糙；
³ 白油渗出，玻璃接缝密封胶表面呈现皱裂，胶层刚硬，易剥落；
³ 访问供方，该胶掺石蜡油适用于卫生洁具，低廉价格（7元/只）是幕墙用胶的1/3；
³ 中空玻璃结构胶粘接宽度6mm, 过于狭窄；
³ 耐候胶与结构胶供方非同一厂家；
n 必须强调说明——石蜡油及其对硅酮结构胶的危害：
³ 白油又称液体石蜡，微量添加可改善橡胶制品工艺性及表面光泽。硅酮密封胶基础聚合物能同白油物理混溶，聚合物交联固化后将离析白油；
³ 石蜡油能渗透胶层，引起溶胀、软化、粘接能力下降，可诱发粘接玻璃脱胶；
³ 硅酮密封胶中掺入白油可减少聚合物有效成分用量并提高矿物粉剂填充量，成倍降低产品成本。这类产品可从外包装上识别——不按标准标识产品级别代号；
³ 实验室研究证明白油对硅酮密封胶的物理力学性能及耐久性损害极大，门窗、幕墙及墙体工程应禁止采购该类密封胶。
5. 玻璃幕墙耐候胶开裂、结构胶老化变硬
某八十年代建成的标志性高层建筑玻璃幕墙，近年发现玻璃接缝硅酮耐候开裂、渗水（图9），采样中发现硅酮结构胶硬度高达60，稍加弯曲力即行开裂，呈现为严重硬化状态（图10），拉伸10％的应力超过0.4Mpa, 为结构胶强度设计值的2倍，粘接结构在设计位移下已不适于继续承载，应高度关切该幕墙玻璃粘接结构潜在的脱胶坠落风险。具体原因有待深入勘察和分析。初步估计选用的硅酮结构胶耐老化性能低下，不应历时20年就丧失弹性。

图10 老化变硬的硅酮结构密封胶 图9 幕墙玻璃耐候胶开裂
6. 玻璃脱胶坠落预警检查的困惑
n 幕墙玻璃脱胶坠落事故勘察的顾忌
² 事故一旦发生，业内知情甚少；业主、幕墙承包方及相关供方多忌讳媒体；
² 业主对玻璃坠落事故是否再发生，期望专业人员勘察提供技术支持，但仅限内部交流，难以系统检验和科学分析。；
n 玻璃结构粘接安全性检测缺失技术手段
分析某省建设厅颁发的“既有建筑幕墙安全维护管理实施细则”（下表）可见，目前的方法停留在感官定性检查上，结果难以对结构可靠度做出量化判定和科学评估。
技 术 要 求
检 查 方 法
抽样数
1、胶体不应起泡、开裂；
①观察 ②手试 ③尺量
④必要时应用专用仪器测定结构胶的邵氏硬度
⑤属于隐蔽的项目，必要时应打开检查　
⑥结构胶承载能力应采用专用加载装置进行检测（作者注：缺失具体方法）
5%
2、结构胶应与相接触材料相容，不与基材分离；
3、胶体应有弹性，无明显老化（干硬、龟裂、粉化）现象；
4、结构胶的宽厚尺寸应符合设计要求；
5、结构胶的承载能力不应有明显的下降。

7. 结语
建筑玻璃幕墙已经历强烈地震（汶川）和强台风（云娜）极限荷载状态考验，证明隐框玻璃幕墙的安全可靠性优于明框玻璃幕墙，更优于普通建筑外窗填充墙。目前发生在非极限承载状态的玻璃脱胶，暴露出潜在于粘接设计及施工环节的问题，特别是隐框幕墙中空玻璃更为突出。随既有幕墙使用年限的增长，潜在因素导致玻璃脱胶坠落的事故频度可能会增长，必须引起业内关注。为了早期预警以保证玻璃幕墙耐久安全，有以下建议供业内参考：
p 建立包括复审设计图纸、计算书、核查幕墙粘接结构现状、维修记录、事故玻璃更换或加固的追踪及结构极限承载状态符合性核定等内容的检查程序，重在发现问题，制定纠正措施，消除隐患；
p 建议行政主管组织以幕墙中空玻璃及开启窗粘接结构承载可靠性为重点的普查，由业主、原施工企业自查，由专业技术人员提供技术支持；
p 加大投入研究幕墙粘结结构对荷载及变位的响应特性，建立量化判定玻璃粘接结构承载可靠性监测和评定方法；
p 研究建立玻璃粘接结构安全隐患纠正及加固技术规程；
p 建立幕墙玻璃坠落事故报告制度，制定信息控制和技术保密制度，以掌控玻璃坠落事故“疫情”发生和发展。