玻璃幕墻在我國(guó)已廣泛應(yīng)用于各類建筑，到2002年底我國(guó)共使用了3500~4000萬(wàn)㎡玻璃幕墻，二十多年來(lái)幕墻玻璃破裂時(shí)有所聞。有不少學(xué)者對(duì)幕墻玻璃破裂進(jìn)行調(diào)查、分析，發(fā)表了不少調(diào)查(研究)報(bào)告、文章。修訂《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》過(guò)程中，編制組對(duì)此作了專題調(diào)研、分析、總結(jié)，在2003年3月30~31日舉行的規(guī)范送審稿審查會(huì)上編制組介紹了他們的成果，與會(huì)專家也發(fā)表了自己的研究結(jié)果，進(jìn)行了熱烈的討論，這些成果反映在規(guī)范送審(修訂)稿中。學(xué)習(xí)這些成果會(huì)使我們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)幕墻玻璃破裂的原因，采取相應(yīng)措施來(lái)消除(減少)幕墻玻璃破裂的發(fā)生。
幕墻玻璃破裂是復(fù)雜的多因素問(wèn)題，引起幕墻玻璃破裂的原因是玻璃本身的問(wèn)題、有玻璃裁切工藝及邊緣加工質(zhì)量、玻璃幕墻節(jié)點(diǎn)構(gòu)造設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量、環(huán)境條件對(duì)玻璃幕墻的影響以及玻璃幕墻所依附的主體結(jié)構(gòu)的變形(位移)對(duì)玻璃幕墻的效應(yīng)等?，F(xiàn)在我們分別進(jìn)行討論。需特別指出的是，這些因素可單獨(dú)引起幕墻玻璃破裂，但更多的是幾種因素共同作用引起幕墻玻璃破裂。
1.幕墻玻璃熱炸裂是由于玻璃不同部位的溫度不均勻，玻璃暴露在陽(yáng)光直射的部分吸收紅外線和可見(jiàn)光轉(zhuǎn)化為熱量，溫度升高，這一部分玻璃受熱膨脹(伸長(zhǎng))而處于鑲嵌槽或陰影下的那一部分玻璃，因受不到陽(yáng)光的輻射，不能同步膨脹(伸長(zhǎng))，內(nèi)部熱力應(yīng)力形成，受熱多的區(qū)域?qū)κ軣嵘俚膮^(qū)域產(chǎn)生張應(yīng)力，這種張應(yīng)力超過(guò)玻璃的抗拉強(qiáng)度就會(huì)導(dǎo)致玻璃破裂。在玻璃邊緣存在微小多處裂紋情況下更易引發(fā)熱炸裂。JGJ102中5.4.4給出了了驗(yàn)算中部與邊緣溫差應(yīng)力σt2的計(jì)算公式: σt2=0.74E α μ1 μ2 μ3 μ4(TC-TS)，但修訂時(shí)取消了該公式，這并不是規(guī)范不再要求考慮熱裂應(yīng)力，而是由于該公式本身不夠成熟，按該公式計(jì)算的結(jié)果不能真實(shí)反映熱裂應(yīng)力的本質(zhì)，會(huì)導(dǎo)致對(duì)熱裂應(yīng)力的誤解，必須對(duì)熱裂應(yīng)力的發(fā)生和發(fā)展進(jìn)行深入的研究，待成熟后再列出計(jì)算公式，在沒(méi)有計(jì)算公式的情況下，要采取必要的構(gòu)造措施來(lái)防止熱炸裂。
2.玻璃的切割與一般用刀或剪之類的切割概念是不同的，玻璃的切割是由刀具造成細(xì)微的傷口，然后再進(jìn)行切割斷開(kāi)，玻璃切斷的原理是刀具在玻璃上留下刻痕，這時(shí)玻璃內(nèi)部產(chǎn)生三條裂縫，其中兩條沿表面左右分開(kāi)，另一條為垂直向下方伸展的豎縫，在豎縫的端部產(chǎn)生拉應(yīng)力，再加上曲折的力，豎縫向下伸展出去便可把玻璃切斷，玻璃在裁劃折斷時(shí)，沿玻璃周邊隱藏著許多細(xì)微裂子，這些裂子在各種效應(yīng)與熱應(yīng)力影響下，會(huì)擴(kuò)展成裂縫，裂縫進(jìn)一步發(fā)展導(dǎo)致玻璃破裂，因此在裁劃后，就用專用磨邊機(jī)對(duì)玻璃邊緣進(jìn)行處理，消除玻璃周圍隱藏的細(xì)微裂子導(dǎo)致引伸應(yīng)力施發(fā)。
3.玻璃在溫度變化影響下會(huì)熱脹冷縮，玻璃的線脹系數(shù)為1×10-5，一塊邊長(zhǎng)1500mm的玻璃，當(dāng)溫度升高80℃時(shí)會(huì)伸長(zhǎng)1.2mm。如果在安裝時(shí)玻璃與鑲嵌槽底緊密接觸，一旦伸長(zhǎng)就會(huì)產(chǎn)生擠壓應(yīng)力，這種應(yīng)力很大，σt=α E?T 。當(dāng)?T=80℃時(shí)σt=1×10-50.72×105×80=57.6N/mm2,大于浮法玻璃強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值,因此在設(shè)計(jì)玻璃幕墻節(jié)點(diǎn)時(shí),應(yīng)使玻璃邊緣與鑲嵌槽底板間留有一定配合間隙，防止玻璃產(chǎn)生擠壓應(yīng)力。JGJ102-96式5.4.3給出在年溫度變化影響下，玻璃邊緣與邊框之間發(fā)生擠壓時(shí)，在玻璃中產(chǎn)生的擠壓溫度應(yīng)力σt1的計(jì)算公式：σt1=E[α ?T-(2c-de)/b]。在修訂時(shí)已將此公式刪除，主要是該公式對(duì)擠壓溫度應(yīng)力的描述不符合溫度擠壓應(yīng)力的規(guī)律，即溫度擠壓應(yīng)力不會(huì)隨α ?T-(2c-de)/b變化，但并不是說(shuō)規(guī)范否定了溫度擠壓應(yīng)力，而是要求在構(gòu)造上采取措施，務(wù)必使玻璃不產(chǎn)生擠壓應(yīng)力。
4.施工的質(zhì)量也是關(guān)系到玻璃開(kāi)裂的重要原因，JGJ102規(guī)范規(guī)定了玻璃邊緣與槽口的配合尺寸，它的目的就是保證玻璃在溫度變化和其它因素影響下能有伸縮余量，一旦出現(xiàn)阻礙玻璃自由伸縮的因素，玻璃就會(huì)破裂，如果在玻璃邊緣與鑲嵌槽底板之間存在一粒很微小的固體顆粒(即使該顆粒的直徑<1mm)也會(huì)使玻璃擠壓破裂，有時(shí)在玻璃邊緣有一顆釘子(即使直徑<1mm)阻礙玻璃伸縮也會(huì)使玻璃破裂，玻璃槽口兩側(cè)不能用于干硬材料填塞，這些材料體積變化對(duì)玻璃產(chǎn)生擠壓而使玻璃破裂，玻璃在平面外作用的影響下會(huì)產(chǎn)生撓曲，如果嵌縫材料阻礙玻璃變曲變形亦會(huì)使玻璃破裂，必須用彈性材料填縫，填縫材料要保持必要的彈性以保證玻璃自由撓曲變形。 5.玻璃幕墻依附的主體結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載和地震作用下產(chǎn)生層間變位，它強(qiáng)制幕墻(由立柱、橫梁組成的)框格和它同步變位，這時(shí)框格由矩形變成菱形，如果玻璃邊緣與鑲嵌槽底板間沒(méi)有足夠的間隙適應(yīng)這種變位，也會(huì)將玻璃擠碎。因此JGJ102規(guī)范(修訂稿)規(guī)定明框幕墻玻璃邊緣至邊框槽底的間隙應(yīng)符合下式的要求： 2 C1[1+(L1/L2)*(C2-1.5)/(C1-1.5)]≥[?u] [?u]應(yīng)根據(jù)主體結(jié)構(gòu)彈性層間位移限值的3倍確定。 6.鋼化玻璃中的硫化鎳雜質(zhì)會(huì)導(dǎo)致玻璃破裂。生產(chǎn)玻璃的原料通常含有微量的鎳和硫，熔化過(guò)程中鎳合金碎片也會(huì)增加玻璃中的鎳含量。當(dāng)玻璃被加熱時(shí)，這些原子發(fā)生反應(yīng)，形成微小的硫化鎳晶體。熔爐中0.1克可以形成的晶體數(shù)量多達(dá)5萬(wàn)個(gè)。 這些晶體以兩種方法存在：高溫下穩(wěn)定的密度較大的α相和室溫下穩(wěn)定的密度小一些的β相。強(qiáng)化過(guò)程中的高溫把所有的硫化鎳晶體都轉(zhuǎn)化成高密度的α相。但是接下來(lái)的冷卻過(guò)程如此迅速，以致于硫化鎳晶體沒(méi)有足夠的時(shí)間重新轉(zhuǎn)化成β相。這在玻璃中遺留下不穩(wěn)定的α相晶體，它就像被壓縮的彈簧一樣隨時(shí)準(zhǔn)備毫無(wú)征兆地重新轉(zhuǎn)化為β相。 硫化鎳晶體由α相轉(zhuǎn)化成β相時(shí)體積膨脹4%。如果α相晶體位于張力更大的玻璃中央，膨脹產(chǎn)生的壓力可以使整塊玻璃破裂。破裂時(shí)間無(wú)法預(yù)測(cè)，可能是生產(chǎn)出來(lái)的幾個(gè)月或幾十年后，盡管玻璃被日光加熱會(huì)加快晶體的轉(zhuǎn)化速度。 玻璃廠家迄今沒(méi)有找到從源頭上消除這種雜質(zhì)的方法。不過(guò)，他們正努力尋找防止玻璃中硫化鎳晶體產(chǎn)生危害的方法。二十世紀(jì)六十年代皮爾金頓公司和圣戈班公司發(fā)明了熱侵法。熱侵法通過(guò)給玻璃加熱數(shù)小時(shí)后使之強(qiáng)化，其目的是把大多數(shù)硫化鎳晶體轉(zhuǎn)化成β相，使含有雜質(zhì)的玻璃在熔爐中破碎。存留下來(lái)的玻璃差不多可被當(dāng)作不含雜質(zhì)。 然而，熱侵法迄今為止也沒(méi)有成為被廣泛接受的標(biāo)準(zhǔn)。唯一的標(biāo)準(zhǔn)——德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(DIN)標(biāo)準(zhǔn)延生于二十世紀(jì)八十年代初，它建議在290℃對(duì)玻璃熱侵8小時(shí)。但是即使在德國(guó)，也只有部分鋼化玻璃采用這種方法生產(chǎn)。而且，熱侵法使玻璃成本提高1~4倍。為了降低成本，有的公司熱侵時(shí)間短或者溫度低。 即使完全按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，也不能徹底避免玻璃破碎。大型建筑物輕易就會(huì)用上幾百噸玻璃，這意味著玻璃中硫化鎳存在的幾率很大。