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既有玻璃幕墻安全性能檢測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

文檔作者：朱瑞娟陳媛媛劉繼武李治李東原文檔來源： 1中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)(陜西)有限公司 2國(guó)家建筑衛(wèi)生陶瓷質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年01月21日
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墮望墨 l
既有玻璃幕墻安全性能檢測(cè)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
Cu~em situation of safety detection technology on existing glass curtain wall
朱瑞娟 陳媛媛 劉繼武’ 李治’· 李東原’。
(1中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)(陜西)有限公司；
2國(guó)家建筑衛(wèi)生陶瓷質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，陜西西安71 01 1 6)
摘要：我國(guó)玻璃幕墻使用量的增加和服役年限的增多，質(zhì)量問題越來越突出。本文簡(jiǎn)要概述了既有玻璃幕墻存在的安全
隱患，并對(duì)其安全性檢測(cè)技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了歸納總結(jié)。
關(guān)鍵詞：玻璃幕墻：安全隱患；檢測(cè)技術(shù)
Abstract：With the increasing use of glass curtain wall aiad the increasing number of years of service in China，the quality
problem is becoming more and more serious．This paper briefly sum marizes the hidden dangers of existing glass curtain wall，and
summarizes the research status of its safety detection technology．
Key words：glass curtain wall；hidden danger；detection technology
中圖分類號(hào)：TU3 17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003—8965(2018)03—0001—04
玻璃幕墻大約于2O世紀(jì)8O年代從西方國(guó)家傳入我
國(guó)，90年代中期形成高潮，是集建筑美學(xué)、建筑功能、
建筑節(jié)能和建筑結(jié)構(gòu)等多種因素于一體的現(xiàn)代主義新型墻
體。目前，北京、上海、廣州、深圳等大中城市相繼建造
了大量的玻璃幕墻，調(diào)查顯示，2017年底，我國(guó)已建成
了約1O億平方米的各式建筑幕墻(包括采光屋面)，占世
界總量的90％ 以上，其中玻璃幕墻占很大比重。
根據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 1 6776—2005《建筑用硅酮結(jié)
構(gòu)密封膠》【1】和JGJ 102—2003《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》
【2l的要求，結(jié)構(gòu)膠需提供1O年的質(zhì)量保證，然而，中國(guó)
建筑大規(guī)模使用玻璃幕墻到現(xiàn)在已經(jīng)20多年，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超
過結(jié)構(gòu)密封膠的質(zhì)保期限。近兩年全國(guó)各地政府對(duì)當(dāng)?shù)匕l(fā)
生的各種建筑玻璃破裂事故非常重視，住建部2016年8
月又一次發(fā)布關(guān)于加強(qiáng)玻璃幕墻安全防護(hù)工作的通知。
1 既有玻璃幕墻安全隱患的原因分析
既有玻璃幕墻是針對(duì)已竣工驗(yàn)收交付使用的建筑玻璃
幕墻。我國(guó)每年發(fā)生的建筑玻璃幕墻墜落造成的安全事故
至少上萬起，明顯多于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家同類事故。經(jīng)研究分
析，大多數(shù)安全事故主要是由內(nèi)應(yīng)力引起的玻璃自爆和由
外部因素引起的玻璃脫落導(dǎo)致。
1．1 由內(nèi)應(yīng)力引起的玻璃自爆
引起玻璃幕墻自爆的原因有很多種，但其根本原因
是玻璃內(nèi)部應(yīng)力層內(nèi)的局部應(yīng)力集中引起的。大多數(shù)情況
下，異質(zhì)相(如硫化鎳、單質(zhì)硅、氧化鋁等)是造成玻璃
自爆的罪魁禍?zhǔn)住?—41，如硫化鎳的相變引起2％一4％ 的
體積膨脹，使得玻璃承受巨大的相變張應(yīng)力；部分雜質(zhì)的
物理力學(xué)性能參數(shù)與玻璃不匹配，致使玻璃在升溫降溫過
程中在顆粒附近產(chǎn)生的張應(yīng)力等均會(huì)引起玻璃內(nèi)局部應(yīng)力
集中，導(dǎo)致玻璃的自爆。
玻璃在安裝過程中，存在工程質(zhì)量隱患。比如：玻璃
板塊的垂直度，玻璃框架的垂直度、對(duì)角線等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是
否合理，幕墻構(gòu)件與結(jié)構(gòu)主體之間節(jié)點(diǎn)的連接和接頭處理，
預(yù)埋件安裝位置偏差是否超出規(guī)范要求等都可能給工程造
成一定的安全隱患。如果玻璃幕墻的安裝設(shè)計(jì)不合理，無
法承受建筑物內(nèi)重力，進(jìn)而可能導(dǎo)致幕墻出現(xiàn)安裝應(yīng)力集
中如擠壓變形或彎曲，超過玻璃的應(yīng)力極限，最終導(dǎo)致玻
璃爆裂而墜落。
1．2 由外部因素引起的玻璃脫落
引起玻璃松動(dòng)主要是外部因素。首先，結(jié)構(gòu)膠是玻璃
幕墻結(jié)構(gòu)中重要材料之一，從市場(chǎng)調(diào)查情況來看，結(jié)構(gòu)膠
失效占玻璃幕墻所有質(zhì)量問題的40％ 以上，結(jié)構(gòu)膠的質(zhì)
量不達(dá)標(biāo)，與接觸材料相容性差：長(zhǎng)期受到自然環(huán)境如風(fēng)
吹、雨淋、紫外線照射、地震等影Ⅱ向，造成膠體老化、失
去粘接能力等均會(huì)導(dǎo)致幕墻玻璃松動(dòng)而脫落。玻璃支承結(jié)
構(gòu)即固定裝置和框架結(jié)構(gòu)，也會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)失效或其它無法
預(yù)見的缺陷，都可能導(dǎo)致幕墻玻璃的墜落。
2 既有玻璃幕墻安全性能檢測(cè)技術(shù)發(fā)
展現(xiàn)狀
既有玻璃幕墻玻璃材料、膠體及其結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全服
役對(duì)保障城市公共安全至關(guān)重要，通過對(duì)玻璃自爆和玻璃
脫落的分析，為以后展開進(jìn)～步的技術(shù)研究和實(shí)際應(yīng)用奠
定基礎(chǔ)。
2．1 玻璃自爆安全性檢測(cè)技術(shù)
玻璃自爆主要是由異質(zhì)物和安裝設(shè)計(jì)不當(dāng)引起局部應(yīng)
力集中造成的，相較于自爆源的檢查，玻璃應(yīng)力集中狀態(tài)
的檢查更具有直接性，因此，玻璃應(yīng)力集中的檢測(cè)對(duì)預(yù)防
玻璃自爆至關(guān)重要。
工程中最基本的玻璃外觀檢測(cè)手段是依靠經(jīng)驗(yàn)的表觀
檢查和觸碰檢查，即在良好的自然光或散射光照條件下，
觀察玻璃表面是否有缺陷，該方法簡(jiǎn)單易行，但只針對(duì)缺
陷較明顯的情況，人為客觀因素影響較大，且對(duì)檢測(cè)人員
工作經(jīng)驗(yàn)有較高要求。
目前，關(guān)于玻璃應(yīng)力測(cè)試的方法大多只適合于玻璃出
廠前的檢測(cè)，常見的主要有四種 ：干涉色法即簡(jiǎn)式偏光
儀法、四分之一波片法即讀數(shù)偏光儀法、補(bǔ)償式玻璃應(yīng)力
測(cè)試法、半影檢偏器法，這些方法能夠檢測(cè)的玻璃樣品比
I 墮墮墨l認(rèn)
較小，需固定檢測(cè)儀器而移動(dòng)玻璃樣品，不適合在線檢測(cè)
大型的既有玻璃幕墻。近幾年，萬德田等 人正在研發(fā)一
種較新的檢測(cè)技術(shù)一光彈掃描法，根據(jù)透射式光彈原理，
利用起偏片和檢偏片兩邊的透射光強(qiáng)差的變化獲取應(yīng)力條
紋圖像，對(duì)這些區(qū)域進(jìn)～步放大分析處理可以確定雜質(zhì)或
缺陷的類型、尺寸以及位置。該原理可針對(duì)玻璃出廠質(zhì)量、
安裝前或服役中的鋼化玻璃進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，檢
測(cè)人員無需進(jìn)行高空作業(yè)，人員以及比較貴重的儀器設(shè)備
均可在室內(nèi)進(jìn)行，降低了人員風(fēng)險(xiǎn)，也節(jié)約了檢測(cè)成本。
此外，劉小根等 人通過光彈掃描法可以觀測(cè)到真空玻璃
支撐物與玻璃支撐點(diǎn)處因應(yīng)力集中而產(chǎn)生的應(yīng)力光斑，研
究發(fā)現(xiàn)隨著真空度的提高，應(yīng)力光斑直徑也增大，該原理
主要針對(duì)真空玻璃實(shí)際工程的在線檢測(cè)，操作簡(jiǎn)單，結(jié)果
直觀可靠。
2．2 玻璃脫落安全性能檢測(cè)技術(shù)
導(dǎo)致安全事故的幕墻風(fēng)險(xiǎn)的另一種表現(xiàn)形式就是幕墻
整塊墜落，這類事故的原因有多種多樣，主要包括結(jié)構(gòu)膠
老化脫落和支撐結(jié)構(gòu)松動(dòng)脫落，下面將從這兩方面對(duì)其安
全性檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行概述，主要檢測(cè)技術(shù)的對(duì)比見表1。
2．2 1 結(jié)構(gòu)膠安全性能檢測(cè)技術(shù)
結(jié)構(gòu)膠的質(zhì)量是評(píng)價(jià)玻璃幕墻整體安全性和耐久性的
重要指標(biāo)之一，對(duì)結(jié)構(gòu)膠常規(guī)的檢測(cè)方法主要有目視法、
敲擊檢測(cè)法、切割拉拔法、邵氏硬度法等。其中， 目視法
和敲擊檢測(cè)法只能作為結(jié)構(gòu)膠質(zhì)量檢測(cè)的初步無損檢測(cè)，
人為因素影響較大，準(zhǔn)確度差，不能滿足玻璃安全性檢測(cè)
的控制要求：切割拉拔法是將現(xiàn)場(chǎng)切割部分樣品送回實(shí)驗(yàn)
室進(jìn)行檢測(cè)，并對(duì)其進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，可直接測(cè)得膠體的最
大拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率以及粘結(jié)破壞形式和粘結(jié)破壞面
積等結(jié)果，可作為仲裁時(shí)的檢測(cè)方法，該方法屬于局部破
損檢測(cè)，檢測(cè)后需進(jìn)行修復(fù)和加固；邵氏硬度法是用來判
定結(jié)構(gòu)膠的硬化程度，方法簡(jiǎn)單、快捷，能定量化說明膠
材的質(zhì)量，但硬度只是結(jié)構(gòu)膠的指標(biāo)之一，故還需結(jié)合常
規(guī)檢測(cè)方法(如目測(cè)、敲擊檢查等)或其他方法才能綜合
判定。
近幾年，也相繼出現(xiàn)了其它的檢測(cè)方法，如推桿法、
超聲波檢測(cè)、聲發(fā)射檢測(cè)、紅外線檢測(cè)法和X射線檢測(cè)法
等 ，此外，從國(guó)外引進(jìn)的氣囊法、吸盤法和多吸盤法
等‘ 在國(guó)內(nèi)也有應(yīng)用。推桿法和氣囊法屬于室內(nèi)進(jìn)行的
檢測(cè)方法，檢測(cè)范圍相同，均是通過模擬玻璃幕墻風(fēng)壓作
用進(jìn)行的檢測(cè)，氣囊法較推桿法更接近玻璃幕墻風(fēng)壓的作
用，但檢測(cè)時(shí)需借助位移測(cè)量裝置，推桿法裝置簡(jiǎn)單易攜
帶，但僅能用于玻璃板塊與鋁型材副框粘接用密封膠的檢
測(cè)；吸盤法和多吸盤法是通過模擬被測(cè)玻璃面板所受均勻
風(fēng)荷載等效轉(zhuǎn)化為玻璃面板邊緣部位的荷載進(jìn)行的檢測(cè)，
多吸盤法是通過多點(diǎn)載荷以模擬被測(cè)玻璃面板所受的均勻
風(fēng)壓，較吸盤法更接近玻璃幕墻所受風(fēng)壓作用，這兩種方
法屬于室外檢測(cè)，通常用來檢測(cè)中空玻璃幕墻的粘接情況；
超聲波檢測(cè)和聲發(fā)射檢測(cè)均具有較高的準(zhǔn)確度，但只限于
探傷，不能明確測(cè)定強(qiáng)度，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，且聲發(fā)射檢測(cè)
法僅限于鋁制構(gòu)件的膠接檢測(cè)，胡紹海等人m 利用超聲
表1 玻璃脫落安全性能主要檢測(cè)技術(shù)對(duì)比
對(duì)象 檢測(cè)方法 原理 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)
可直接測(cè)得膠體的最大拉
切割拉拔法 將切割樣進(jìn)行拉拔試驗(yàn) 伸強(qiáng)度、拉斷伸長(zhǎng)率以及 屬局部破損檢測(cè)，檢測(cè)后需進(jìn)行修復(fù)和
粘接破壞面積等結(jié)果 加固
。
邵氏硬度法 在試驗(yàn)力作用下用壓針垂直壓入試樣表面 方法簡(jiǎn)單 測(cè)量指標(biāo)單一，需結(jié)合其他方法綜合判
、快捷。 定
。
超聲波檢測(cè) 根據(jù)共振頻率在缺陷處發(fā)生的變化 可探傷，較高精準(zhǔn)度。 不能明確測(cè)定強(qiáng)度，數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，且聲
聲發(fā)射檢測(cè) 通過接收和分析材料的聲發(fā)射信號(hào)來評(píng)定 發(fā)射檢測(cè)法僅限于鋁制構(gòu)件的膠接檢測(cè)
結(jié)構(gòu) 紅外線檢測(cè) 通過測(cè)量膠接表面溫度差異來對(duì)膠接件進(jìn)行檢
膠 測(cè)。 缺陷識(shí)別率高，自動(dòng)化程
通過×一射線照射膠接件后發(fā)生的衰減來進(jìn)行 度高。 不能明確測(cè)定強(qiáng)度，成本較高。
X射線檢測(cè) 檢測(cè)
。
推桿法 通過機(jī)械桿件對(duì)玻璃面板產(chǎn)生的推力來模擬風(fēng) 裝置簡(jiǎn)單易攜帶 只針對(duì)鋁型材副框粘接檢測(cè)
壓。
氣囊法 通過氣囊加壓對(duì)玻璃面板產(chǎn)生的推力來模擬風(fēng) 最接近玻璃幕墻風(fēng)壓作用 需借助位移測(cè)量裝置
壓。
吸盤法 通過對(duì)被測(cè)玻璃面板邊緣位置逐級(jí)施加垂直于 方法輕便
、面板方向的點(diǎn)載荷 快捷。 局限于中空玻璃的室外檢測(cè)
。
渦流測(cè)厚儀 根據(jù)產(chǎn)生電磁場(chǎng)的測(cè)頭線圈靠近導(dǎo)體時(shí)，在其 具有無損、方便、快速等 不夠穩(wěn)定
， 中形成渦流的大小 容易受到外部條件的干擾
。 特點(diǎn)。
金型 橫截面測(cè)量 借助金相顯微鏡
。
測(cè)量準(zhǔn)確，是一種仲裁性 需將樣品帶回實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，試樣制備復(fù)
材 法 檢測(cè)方法。 雜且破壞型材。
超聲測(cè)厚儀 根據(jù)超聲波脈沖到達(dá)和被樣品底面反射的往返 高精度
、時(shí)間 自動(dòng)化 、無污染等。 探頭易磨損。
其它 動(dòng)態(tài)性能檢 根據(jù)樣品的固有頻率 方法輕便、快捷，可實(shí)現(xiàn) 只針對(duì)隱框玻璃，不能對(duì)缺陷類型進(jìn)行識(shí)
測(cè) 檢測(cè)數(shù)據(jù)的無線遠(yuǎn)程傳輸。 別，也不能對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行定量的測(cè)定。
2
波檢測(cè)法分析了膠接結(jié)構(gòu)缺陷類型和原因分析，并在此基
礎(chǔ)上進(jìn)行了鋁膠接結(jié)構(gòu)缺陷的識(shí)別。同時(shí)，胡紹海等人”
又利用聲發(fā)射檢測(cè)法，對(duì)膠接件進(jìn)行拉伸，可以檢測(cè)出缺
陷位置和低膠接強(qiáng)度區(qū)。結(jié)果表明，聲發(fā)射檢測(cè)對(duì)膠接結(jié)
構(gòu)的缺陷識(shí)別相對(duì)于超聲波檢測(cè)更準(zhǔn)確，膠接強(qiáng)度的估計(jì)
精度與超聲波檢測(cè)相差甚微j X射線檢測(cè)法和紅外線檢測(cè)
法缺陷識(shí)別率高，自動(dòng)化程度高，也不能明確測(cè)定強(qiáng)度，
在國(guó)內(nèi)還處于起步階段，相關(guān)儀器設(shè)備的成本較高。
2．2．2 支撐結(jié)構(gòu)安全性能檢測(cè)技術(shù)
鋁合金型材是玻璃幕墻的主要支承結(jié)構(gòu)，承受著玻璃
面板傳來的各種荷載，對(duì)幕墻安全性起著至關(guān)重要的作用。
膜厚是鋁合金型材質(zhì)量檢測(cè)的基礎(chǔ)項(xiàng)目，而鋁合金型材的
硬度直接關(guān)系材料的受力，是檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)安全性的重要力學(xué)
指標(biāo)之一。因此，鋁合金型材承載能力的主要檢測(cè)指標(biāo)包
括：鋁合金型材膜厚和硬度” 。
現(xiàn)階段對(duì)玻璃幕墻鋁合金型材硬度的檢測(cè)通常采用韋
氏硬度計(jì)測(cè)量，膜厚的檢驗(yàn)方法較多，包括渦流測(cè)厚儀、
橫截面測(cè)量法和超聲測(cè)厚儀等。渦流法是常規(guī)檢測(cè)方法，
具有無損、方便、快速等特點(diǎn)，適用于施工現(xiàn)場(chǎng)的快速檢
測(cè)、生產(chǎn)與驗(yàn)收檢測(cè)等；橫截面測(cè)量法需將樣品帶回實(shí)驗(yàn)
室檢測(cè)，測(cè)量準(zhǔn)確，是一種仲裁性檢測(cè)方法，但試樣制備
復(fù)雜且破壞型材；超聲波測(cè)厚儀由于具有高精度自動(dòng)化的
優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中被廣泛應(yīng)用。
2．2．3 其它相關(guān)檢測(cè)技術(shù)
無論是玻璃幕墻支承結(jié)構(gòu)松動(dòng)損傷還是結(jié)構(gòu)膠的老化
失效均會(huì)導(dǎo)致玻璃面板的松動(dòng)，從而引起玻璃振動(dòng)頻率的
變化，基于這一原理，陳振宇等人” 提出一種基于FFT
功率譜實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)膠脫粘長(zhǎng)度的檢測(cè)，即通過玻璃面板板中
激振與測(cè)點(diǎn)響應(yīng)信號(hào)的分析，對(duì)信號(hào)功率譜進(jìn)行的測(cè)試研
究，但該檢測(cè)技術(shù)在實(shí)際的幕墻檢測(cè)工作中局限性較大，
只適用于已失效結(jié)構(gòu)膠的脫粘長(zhǎng)度的檢測(cè)，不能對(duì)將要失
效的膠體做出預(yù)警。
劉小根等” 研發(fā)的玻璃幕墻面板松動(dòng)動(dòng)態(tài)性能檢測(cè)
儀，通過振動(dòng)測(cè)試方法獲得幕墻玻璃的固有頻率來識(shí)別玻
璃幕墻支承結(jié)構(gòu)松動(dòng)損傷及其結(jié)構(gòu)膠的老化程度，按幕墻
玻璃頻率與其失效概率關(guān)系建立起玻璃幕墻頻率安全等級(jí)
區(qū)間，在現(xiàn)場(chǎng)就可對(duì)結(jié)構(gòu)膠的服役現(xiàn)狀(如結(jié)構(gòu)膠的脫膠
部位、脫膠的長(zhǎng)度、粘結(jié)強(qiáng)度是否高于臨界強(qiáng)度等)進(jìn)行
識(shí)別，方法輕便、快捷，可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)的無線遠(yuǎn)程傳輸。
林圣忠等人” 提出了以動(dòng)應(yīng)變?yōu)橹笜?biāo)的玻璃幕墻結(jié)
構(gòu)膠損傷檢測(cè)方法，實(shí)驗(yàn)研究表明測(cè)點(diǎn)處應(yīng)變值隨結(jié)構(gòu)膠
損傷而改變，隨損傷程度增大而增大。應(yīng)變測(cè)試精度高，
數(shù)據(jù)處理、采集方便。
以上這些研究方法都是應(yīng)用于隱框玻璃幕墻的安全評(píng)
定工作，且不能對(duì)缺陷類型進(jìn)行識(shí)別，也不能對(duì)粘結(jié)強(qiáng)度
進(jìn)行定量的測(cè)定。
3 結(jié)語
為了解決建筑玻璃幕墻使用帶來的嚴(yán)峻的城市公共安
全問題，玻璃幕墻檢測(cè)技術(shù)的安全性、效率和精準(zhǔn)度也不
斷提高。通過對(duì)既有玻璃幕墻的風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備的歸
納和對(duì)比，整體上遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其工程應(yīng)用，尤其是玻璃幕
墻內(nèi)部應(yīng)力的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，且已研發(fā)的測(cè)試技術(shù)均存在較大
的局限性，如檢測(cè)對(duì)象會(huì)局限于中空玻璃或隱框玻璃、檢
測(cè)類型會(huì)局限于結(jié)構(gòu)膠長(zhǎng)度或鋁型材副框，檢測(cè)條件會(huì)局
限于實(shí)驗(yàn)室或室外檢測(cè)等，將來有必要研究確定一個(gè)實(shí)用
且普適性強(qiáng)的指標(biāo)，如缺陷類型、膠體強(qiáng)度與粘結(jié)強(qiáng)度的
關(guān)系等指標(biāo)。因此，開發(fā)既有玻璃幕墻的安全性檢測(cè)技術(shù)
任重而道遠(yuǎn)。
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