建筑幕墙设计涉及的主要安全问题与对策

建筑幕墙设计涉及的主要安全问题与对策

罗卫军

（广东世纪达建设集团有限公司）

摘要：建筑幕墙作为现代建筑的标志性的表现形式，由于其玻璃具有的通透性、良好的工艺感及艺术感，能充分表现了建筑的现代气息和特质，特别是在高层、超高层建筑被广泛采用。在建筑幕墙的使用中出现不少问题，特别是安全问题尤为突出。随着建筑幕墙大量使用，其质量安全必须摆在突出位置。本文从社会关注的公共安全问题的技术角度，结合工程实践对设计缺陷进行分析，并提出一些参考的解决方案，旨在引起同行和社会的高度关注及以提高建筑幕墙的安全性设计，防止安全事故发生。

关键词：幕墙；安全；缺陷；脱落

一、幕墙设计主要问题与危害分析

建筑幕墙种类多，按面板材料分：玻璃幕墙、石材幕墙、金属板幕墙、采光顶四大类。按安装方式分为：构件式、单元式幕墙。建筑产品属于特殊产品，几乎没有一模一样产品。每个建筑物建筑幕墙属于非定型产品，除了施工质量原因发生的安全事故外，而相当一部分的原因归咎在设计源头中，那么设计也就决定了施工与日常维护的质量所引起安全事故的发生。因此从源头抓好、把好设计质量关，成为建筑幕墙管理的重要环节。石材与玻璃幕墙发生面板材料脱落与玻璃自爆质量事故的发生占了相当大的比例，其主要设计质量缺陷问题归纳起来有以下几方面。

1.1石材幕墙

1.1.1采用背挑挂件。

1、石材幕墙按对板材的连接形式应用较多的是短槽式（图一）和背栓式（图二），两种工艺上对于地震荷载对面板系统的连接，物理试验与工程实例表明：短槽式工艺的结构面板有裂缝，但结构保持完好；背栓式设计的结构有松动，但面板未破坏。

因此两种连接的安全性能较高，满足使用可靠性、安全性要求。但是实际使用当中发现不少工程依然采用背挑或斜插式挂件（图三、图四），特别是一些设计造型的重量大的石材幕墙。

2、不少檐口线的石材工程，石材线条的运用较为普遍，而石材线条自重较重，且外挑结构面较远，因此危险性较高，在早期幕墙设计并不受重视的时候，一些肆意得运用简单的背挑（斜插）接技术来实现檐口线条、牛腿等自重较重的部位装饰造型，往往挂件失效引起了线条大面积脱落，必须引起重视。

3、质量隐患分析：

1）现场工人加工随意，直接在石材背面用切割机手工切槽，开口大，用力侧面磨槽口时，很容易将该处的石材崩裂脱落。而且加工难度极大，质量难以保证，留下隐患；

2）现场工人为图方便往往就会加大槽口宽度，而且挂件插入深度难以控制，容易削弱了该部位强度。

4、采用斜插挂件作为石材连接的后果

挂件长时间在石材自重荷载作用下，尤其是在地震区域及沿海台风地区，石材随时可能发生脱落风险，后果不堪设想。

1.1.2、采用T形挂件和蝴蝶型挂件形式。

短槽式蝴蝶码挂件，如五所示，仍在工程上大量使用，该连接形式安全性可满足需要，但在地震荷载地区面板挂件部位石材出现破损存在较大隐患，而且石材更换也极为困难，应予以淘汰。

1、采用短槽式T型和蝴蝶型码设计的质量隐患分析：

1）此种连接设计方式无法实现单独更换板块，其板块间荷载传递与力学模型有区别，实际板块与板块间相互叠加。

2）石材破损后无法实现单独更换及可靠固定，敲碎板块进行更换时由于挂件分别插入石材连接槽，拆除也可能造成邻近板块破损。

3）修复质量无法达到原始设计规范要求：因新更换石材无法与原挂件可靠连接，从安装角度只能直接在胶缝处填塞环氧树脂胶，再注防水耐候密封胶。由于没有连接件与支承结构可靠连接，当出现较大水平荷载作用时环氧树脂胶可能发生贯通性的断面开裂，石材粘接失效发生坠落危险。

2、采用斜插挂件作为石材连接的后果

挂件长时间在石材自重荷载作用下，尤其是在地震区域及沿海台风地区，石材随时可能发生坠落风险，后果不堪设想。

1.1.3石材阴、阳角，采用单纯胶粘连接措构造。

1、石材幕墙板材的连接中设计人员经常忽略这些设计节点的细化，误以为“干挂石材幕墙用环氧胶粘剂”是万能胶，可以将小型构件粘接在石材板上就安全（图三中的阳角内则用石材与水平吊底板块）。随着时间的推移室外环境的不断变化的潮湿、紫外线的作用，下雨、下雪等气候条件影响下，粘接部位会出现老化开裂。干挂石材幕墙用环氧胶粘剂只用于幕墙挂件槽位空隙的填充，属于柔性结合，不能作为构件相互结构粘接使用。

2、这种连接构造形式的质量隐患分析：

采用分段石材云石胶与石材的单纯胶粘连接构造固定，在寒冷地区及湿热沿海区其胶容易老化失效，将加速粘接失效破坏；即使用环氧结构胶进行粘接，在寿命期风力、地震荷载作用下其胶与石材面进行粘接将出现剪切破坏。

3、采用单纯胶粘石材连接的后果：只采用单纯胶粘连接，小段阳角侧板已出现断裂成多块石块随时可能发生脱落。石材粘接剂失效、老化后石材将脱落将造成严重人员及财产事故，危害极大。

1.2玻璃幕墙

1.2.1隐框开启扇中空玻璃结构胶与副框结构胶不重合构造；

1、中空玻璃合片用硅酮结构密封胶的位置与副框粘接用硅酮结构密封胶的位置没有重合，图六中为一省优幕墙装饰奖评审项目开启扇四周均为“大小片”结构胶不重合构造。

2、这种构造形式的质量隐患分析：

玻璃为脆性材料，经过钢化后强度增强，但玻璃容易发生本体自爆现象，不可避免。由于设计时，往往忽略所选型材系统的连接构造合理性与安全性，直接套用，选型出现错误。

3、四周“大小片”结构胶不重合构造的后果：

该开启扇在正常使用中，当中空内层玻璃自爆后，外层玻璃将瞬间失去连接固定整块发生高处坠落，相当于高空飘下刀片一样将产生严重人身伤亡安全事故及财产事故，公共危害性大，需特别注意。

1.2.2钢化玻璃自爆事故隐患

近年来我国玻璃幕墙由于钢化玻璃自身自爆、破裂，玻璃雨现象时有发生，对公众生命和财产安全构成威胁。尤其是在人流车流密度较大的闹市繁华地段，小颗粒玻璃从高处掉落，仍会使人员和财物遭到击打，造成危害。多层建筑高度低伤害相对少一些，但是发达地区建筑幕墙高度越来越高，500米、600米或更高，按照物理基本常识自由落体的物体高度越高，重力

势能越大,因此小颗粒高空坠物也会造成很大的危害。

1、玻璃自爆分析：

其原因：自爆属于玻璃的固有顽疾，现今行业称之为玻璃“癌症”，我国玻璃行业内共识一般钢化玻璃自爆率在2‰～3‰。目前通过加工可以降低自爆率，但难以完全清除。其引起自爆原因有：1）钢化玻璃板块设计尺寸过大、应力集中（玻璃钢化产品表面应力不均匀、磨边质量）；2）原片质量（硫化鎳含量与杂质）产生的自身破碎。3）表面温度变化大，加速自爆产生。

2、自爆产生的后果：玻璃自爆玻璃颗粒坠落可能造成较大人身伤害与财产损失。

二、幕墙安全设计的对策

建筑幕墙除了满足建筑使用功能外，科学合理的幕墙安全设计是建筑幕墙设计的基本要求。为消除上述幕墙设计缺陷和隐患所带来安全风险，以确保产品的使用安全，保障公众安全与利益。针对上述幕墙设计的缺陷对安全节点构造设计提出几点参考解决方案与事项，供同行参考：

建筑幕墙除了满足建筑使用功能外，科学合理的幕墙安全设计是建筑幕墙设计的基本要求。为消除上述幕墙设计缺陷和隐患所带来安全风险，以确保产品的使用安全，保障公众安全与利益。针对上述幕墙设计的缺陷对安全节点构造设计提出几点参考解决方案与事项，供同行参考：

2.1石材幕墙

2.1.1严禁采用背挑（亦称为背插式或斜插式）挂件和T型挂件，不应采用短槽式蝴蝶型挂件。推广采用短槽分体式或背栓式挂件设计，见图七、八所示，可实现板块单独更换和精确调整，有利于板块更容易吸收变形，消除面板间挤压损坏。

2.1.2对于高层、超高层幕墙设计用材选择时，减少石材用量，优先考虑选用金属板或石材蜂窝板，替代纯石材。

2.1.3石材阴、阳角或小构件应采用可靠连接措施；

1、为保证幕墙面板连接的安全、可靠，对于石材阴、阳角与小构件可采用锚栓进行机械连接，并采用不锈钢连接插件的构造设计方案，增强石材连接部位强度与可靠性，如图九所示。

2.2玻璃幕墙

2.2.1四周“大小片”结构胶不重合构造设计

1、开启扇的隐框型式设计时，中空玻璃合片用硅酮结构密封胶的位置和中空玻璃与副框粘接用硅酮结构密封胶的位置应当重合。因特殊结构需要，确需采用玻璃飞边或者中空玻璃采用大小片构造时，应当至少确保在一对边位置的副框硅酮结构密封胶与中空玻璃合片的硅酮结构胶重合，节点构造如图十所示。

2、在选择不同厂家提供的幕墙系统产品图册的选型时应慎重评估其装配结构的安装合理性、安全性，以杜绝安全隐患产生。

2.2.2优选玻璃产品，降低自爆率。

为消除隐患应从源头上采取措施，这种自爆没有先兆，目前技术难以杜绝，但可以控制。因此可采取以下措施降低安全风险，是必须的。

1、多层、高层建筑幕墙中空玻璃的玻璃：推荐选用经过均质处理的超白玻璃及其深加工制品；

2、对于200米以上超高层玻璃幕墙玻璃：1）应采用经过均质处理的超白玻璃，外片玻璃应采用夹层玻璃，夹层胶片宜选用SGP膜胶片，其剩余强度高、安全性能较高，耐久性高，为维修更换赢得更多时间；2）采用半钢夹层玻璃：许多玻璃幕墙，特别是大型、超高、特殊的工程，实在无法承受执行规定而产生的后果，纷纷采用半钢化玻璃。莫斯科联邦大厦等欧美、中东国家大量工程采用半钢化夹胶中空玻璃，而我国90年代建成的江苏南京金丝利大厦、西安西北电讯大楼、青岛金融大厦、广东公安指挥中心、广州市长大厦幕墙工程均采用半钢化玻璃至今未发现有自爆现象发生。

3、按照《建筑玻璃技术规程》JGJ113-2015对玻璃板块设计尺寸大小进行控制，考虑安装、施工工效与成本；对玻璃钢化过程应力均匀度、玻璃各边部磨边的质量，应符合《建筑门窗幕墙用钢化玻璃》JG/T455-2014是减少边部应力集中自爆的有效措施。

2.3强化设计选型与安全构造设计。

设计单位应对设计图纸关键部位的构造进行重点审核，施工图审查单位切实把好设计安全管，确保设计安全质量。

2.4淘汰落后产品与技术，有效控制风险。

为全面贯彻“创新、协调、绿色、开放、共享”的新发展理念，促进我国建筑幕墙行业健康发展。2016年中国建筑装饰协会向协会会员下发了“《关于淘汰建筑幕墙落后产品和技术的指导意见》的通知，中装协〔2016〕89号文件”。要求从2018年起行业会员申报“中国建筑幕墙装饰奖”的项目提出新的要求：“对现场审核发现工程中使用文件中落后的产品和技术的，实行一票否决”。因此淘汰落后产品与技术，推动行业科技进步，是新时代的国家要求，也是对行业、企业和个人社会责任的要求。

三.结束语

建筑幕墙体现城市与社会进步的重要标志，幕墙也成为城市的代名词，幕墙的使用安全成为公众、政府部门、行业协会的关注焦点，因此提高幕墙安全设计质量、严格审查制度，各方履行主体责任，有效消除隐患，确保建筑幕墙的安全。

参考文献

[1]马眷容，刘忠伟，臧曙光，等《建筑门窗幕墙用钢化玻璃》JG/T455-2014，建筑工业出版社，2015，2；

[2]刘忠伟.《门窗幕墙用钢化玻璃标准技术解析》《2016年全国铝门窗幕墙行业年会论文集》；