全玻璃幕墙玻璃肋破损原因分析

全玻璃幕墙玻璃肋破损原因分析

余凡姣

武汉凌云建筑装饰工程有限公司

摘要：全玻璃幕墙作为通透性好、视野佳的外装饰围护体系，应用已经非常广泛。但由于支承体系、面板均为玻璃，近年来建筑行业发生多起破损事件，对公众安全、经济成本都是较大的损失。结合实际工程案例，参考相关规范，对全玻璃幕墙结构的破损原因进行分析，汇总，以期为大跨度全玻璃幕墙设计、加工、安装提供一定参考。

关键词：全玻璃幕墙；破损原因；玻璃肋；玻璃开孔

全玻璃幕墙系统是支承结构和围护面板均采用玻璃材料的一种围护系统，其通透性高、简洁明快的建筑效果，受到了业主、建筑师的青睐，如今应用已经非常广泛。同时，随着建筑材料生产工艺和施工工艺的飞速发展，大分格、大跨度的全玻璃幕墙越来越普遍。但近年来建筑幕墙领域出现多个全玻璃幕墙破损的事件，对公众安全、经济成本造成了一定影响。本文将通过一些国内大跨度全玻璃幕墙的破损案例，分析汇总全玻璃幕墙出现破损的一些常见原因。

全玻璃幕墙中，支承结构和围护面板均为玻璃，而玻璃作为典型的脆性材料，开孔位置、玻璃边缘位置均容易出现较大的应力集中，最终导致玻璃肋的破碎。常规的力学分析中，通常把玻璃肋和玻璃面板的刚度变形、强度应力和稳定性作为力学核算的主要内容，对玻璃打孔连接处、入槽位置等缺少详细的分析。

通过对玻璃材料的力学特性分析、全玻璃幕墙的系统特点分析，确定容易出现破损的原因。进而提出全玻幕墙的安全控制要素，以期对全玻璃幕墙提供参考借鉴。

（一）玻璃特性分析、全玻璃幕墙特性分析

玻璃是一种典型的脆性材料，即抗压强度远大于抗拉性能，在外力达到一定限度时，会无征兆破坏；其弹性模量与铝接近，72000MPa；但其热稳定性相对较差，急冷急热情况下易发生炸裂。另外，常用的钢化玻璃在钢化过程表面压应力调整到位较为均匀，常规切割、打孔均会破坏表面压应力平衡而发生破碎，需要预先打孔；玻璃开孔区域、边缘区域，存在毛边、倒刺、微裂纹等初始缺陷，极易在受力状态下导致破损。

全玻璃幕墙其特点是支承结构与围护面板均为玻璃材料，破坏形式为无征兆脆性破坏；这种幕墙形式常用在大堂位置大分格、大跨度，结构相对位移较大，需要保留足够伸缩。由于其支承结构为玻璃肋，截面尺寸弱轴方向较薄，侧向刚度、稳定性较差。通常由于大跨度玻璃肋整体设计时成本较高，施工时常见分段拼接设计。在转角位置双向风载作用下，玻璃肋弱轴受力承载较差。

（二）玻璃肋破损原因分析

对玻璃肋破损的原因可能存在以下几个方面：

1.玻璃肋拼接位置

从设计角度来讲，玻璃肋分段拼接位置设置如果不合理，拼接设置在简支梁弯矩最大位置，拼接采用的螺栓组受力最为不利，对玻璃肋产生挤压，且玻璃肋孔壁承压应力超限。从施工角度来讲，现场可能未对玻璃钢夹板与玻璃肋接触面打环氧树脂胶，以及可能未对玻璃孔内进行注玻璃孔专用胶。若未施打专用环氧树脂胶，则可能造成玻璃肋单孔位受力，发生孔壁承压破坏。还有，由于玻璃肋高度较高，玻璃肋在缺少中间上墙连接点时，强度及稳定性均存在较大安全隐患，在极端天气下易发生破损。

2.玻璃面板与玻璃肋驳接位置

现场可能未对不锈钢驳接爪与玻璃肋连接部位玻璃孔内进行注胶处理。若现场未对玻璃孔内进行注胶保证两片玻璃同时承受螺栓剪力，则玻璃孔壁承压应力超限。 玻璃肋与玻璃面板间设计采用硅酮结构密封胶传递水平荷载，施工现场可能存在采用耐候密封胶且注胶量不足的情况，导致玻璃驳接爪承受较多的水平荷载，容易发生驳接爪连接位置的孔壁承压破坏。

3.玻璃肋加工缺陷

玻璃肋钢化未进行均质处理。玻璃开孔边未进行倒棱、磨边处理，加工后孔边存在大量的小裂纹或微裂纹，易形成应力集中；另外，肋玻璃两片复合为夹胶玻璃时，开孔不同心且叠差较大，孔内圆柱面形成台阶，造成玻璃孔单片承受挤压，局部发生应力破坏。

4. 玻璃肋伸缩缝隙设置过小

施工现场接地位置玻璃肋与内装缝隙预留不足，耐候胶尺寸较小，玻璃肋适应变位能力变弱，容易发生挤破。玻璃肋与内装面板接触位置未设置足够缝隙，缺少足够厚度耐候密封胶填充，玻璃肋适应变位能力变弱。另外，玻璃肋下端设置伸缩缝隙过小，无法满足主体结构沉降误差、施工误差、温度升降带来的玻璃肋面板膨胀收缩变形等，会导致玻璃肋额外承受竖向拉压力，发生挤压破坏。

5.转角玻璃肋位置

转角玻璃肋由于位于边角部位风压较大，且风工况较为复杂，在风荷载作用下可能使玻璃肋截面的弱轴方向主受力，故需要施打硅酮结构密封胶与两侧面板粘接，若现场未施打结构胶进行传力，导致角部玻璃肋先出现破损。

（三）玻璃肋开孔处理

破损原因中也可能是玻璃的开孔位置应力超限。目前行业内，通长采用铝套筒+尼龙套环或铝套筒+高性能锚固胶（RE500或HY70等），主要是保证机械连接可以较好的均匀分散到玻璃孔周圈，避免出现局部承载过大导致裂纹扩散发生破坏。

综上所述，全玻璃幕墙玻璃肋作为主要受力支撑结构，玻璃肋的破损原因总结下来就是：玻璃肋挂接玻璃的驳接位置，设计不合理，导致在玻璃重力的偏心扭转下，玻璃肋孔边局部挤压应力超限，导致破损；大跨度玻璃肋拼接位置弯矩较大，螺栓组无法保证同时受力抗扭，或抗扭剪能力较差，导致玻璃肋孔边局部挤压应力超限，导致破损；玻璃肋加工存在缺陷，主要包括未均质处理、开孔位置未见倒棱、磨边处理（存在大量的微小裂纹），应力集中下出现破损；玻璃肋顶部、底部装饰部分包覆过多，缺少足够的转动空间，导致玻璃肋适应变位能力较弱，出现破损；玻璃肋顶底连接位置，存在伸缩空间不足，无法满足主体结构位移差和温度膨胀伸缩下的位移变形，导致玻璃肋受到极大压力，出现破损；转角玻璃肋由于受到正交双向风载，玻璃肋弱轴无法承载，导致发生破损；其他破损工程案例中，出现大跨度玻璃肋入槽位置硬质垫块接触尺寸过小，导致风载下挤压应力过大，玻璃肋出现破损；其他材料自身缺陷，如自爆等。

通过以上对玻璃肋出现破损原因的分析，在之后的全玻璃幕墙设计、加工、施工过程中，应做到相应的质量控制：

1、设计方案应充分考虑玻璃驳接、玻璃肋顶部吊挂、底部入槽等局部受力的力学分析，保证在规范规定的荷载作用下，满足承载能力，避免出现应力超限情况。尽量选用超白玻璃，控制玻璃面板面积，减少自爆。玻璃开孔位置尽量采用高性能锚固胶+铝套筒方式，这样的话应力分散更为均匀，孔壁承载力更高。由于大跨度玻璃肋顶底集中荷载较大，设计时需要充分考虑集中荷载影响，包括夹板销轴节点、入槽深度等；对于全玻璃幕墙转角方案的设计，可采用角部圆钢管、两侧玻璃互为支承、交叉索杆等支承体系，避免采用转角玻璃肋45度布置的方案，极易导致玻璃肋弱轴方向承载不足而破损；

2、减少材料初始缺陷。玻璃材料的加工应把好质量关，比如边缘倒棱，开孔位置精磨，避免在工作状态时出现应力集中产生破裂；同时在加工、运输、安装各阶段，应提前做好预案，全程成品保护措施到位，避免磕碰、撞击等情况；

3、玻璃肋由于跨度较大，需要充分考虑适应主体结构变位差、升降温膨胀收缩位移、加工误差、施工误差等，设计方案、施工完成均预留足够的伸缩空间；

参考文献：

[1]杨锋，孙晓阳.复杂作业区间的超大规格幕墙玻璃施工关键技术[J].建筑施工，2018，40(11):1926--1928.

[2] 雷科阳，磨季云，姜捷齐，杨印南.目前玻璃肋连接孔承载力试验与仿真研究[J].硅酸盐通报，2022，41(7):2524—2532.

[3]张中善，超高玻璃肋支撑吊挂式中空全玻幕墙施工技术[J].建筑技术，2016，47(8):747--749.