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既有玻璃幕墙安全性能检测技术发展现状
2019-10-23 10:00作者:陈宇铭 来源:第一幕墙资讯 1459
玻璃幕墙大约于20世纪80年代从西方国家传入我国,90年代中期形成高潮,是集建筑美学、建筑功能、建筑节能和建筑结构等多种因素于一体的现代主义新型墙体。目前,北京、上海、广州、深圳等大中城市相继建造了大量的玻璃幕墙,调查显示,2017年底,我国己建成了约10亿平方米的各式建筑幕墙(包括采光屋面),占世界总量的90%以上,其中玻璃幕墙占很大比重。根据现行国家标准GB 1 6776一2005《建筑用硅酮结构密封胶》和JGJ 102一2003《玻璃幕墙工程技术规范》的要求,结构胶需提供10年的质量保证,然而,中国建筑大规模使用玻璃幕墙到现在己经20多年,己远远超过结构密封胶的质保期限。近两年全国各地政府对当地发生的各种建筑玻璃破裂事故非常重视,住建部2016年8月又一次发布关于加强玻璃幕墙安全防护工作的通知。

1既有玻璃幕墙安全隐患的原因分析
 
既有玻璃幕墙是针对己竣工验收交付使用的建筑玻璃幕墙。我国每年发生的建筑玻璃幕墙坠落造成的安全事故至少上万起,明显多于国外发达国家同类事故。经研究分析,大多数安全事故主要是由内应力引起的玻璃自爆和由外部因素引起的玻璃脱落导致。
 
1.1由内应力引起的玻璃自爆
 
引起玻璃幕墙自爆的原因有很多种,但其根本原因是玻璃内部应力层内的局部应力集中引起的。大多数情况下,异质相(如硫化镍、单质硅、氧化铝等)是造成玻璃自爆的罪魁祸首,如硫化镍的相变引起2%一4%的体积膨胀,使得玻璃承受巨大的相变张应力;部分杂质的物理力学性能参数与玻璃不匹配,致使玻璃在升温降温过程中在颗粒附近产生的张应力等均会引起玻璃内局部应力集中,导致玻璃的自爆。
 
玻璃在安装过程中,存在工程质量隐患。比如:玻璃板块的垂直度,玻璃框架的垂直度、对角线等结构设计是否合理,幕墙构件与结构主体之间节点的连接和接头处理,预埋件安装位置偏差是否超出规范要求等都可能给工程造成一定的安全隐患。如果玻璃幕墙的安装设计不合理,无法承受建筑物内重力,进而可能导致幕墙出现安装应力集中如挤压变形或弯曲,超过玻璃的应力极限,最终导致玻璃爆裂而坠落。

玻璃幕墙

1.2由外部因素引起的玻璃脱落
 
引起玻璃松动主要是外部因素。首先,结构胶是玻璃幕墙结构中重要材料之一,从市场调查情况来看,结构胶失效占玻璃幕墙所有质量问题的40%以上,结构胶的质量不达标,与接触材料相容性差;长期受到自然环境如风吹、雨淋、紫外线照射、地震等影响,造成胶体老化、失去粘接能力等均会导致幕墙玻璃松动而脱落。玻璃支承结构即固定装置和框架结构,也会出现结构失效或其它无法预见的缺陷,都可能导致幕墙玻璃的坠落。

2既有玻璃幕墙安全性能检测技术发展现状
 
既有玻璃幕墙玻璃材料、胶体及其结构构件的安全服役对保障城市公共安全至关重要,通过对玻璃自爆和玻璃脱落的分析,为以后展开进一步的技术研究和实际应用奠定基础。
 
2.1玻璃自爆安全性检测技术
 
玻璃自爆主要是由异质物和安装设计不当引起局部应力集中造成的,相较于自爆源的检查,玻璃应力集中状态的检查更具有直接性,因此,玻璃应力集中的检测对预防玻璃自爆至关重要。
 
工程中最基本的玻璃外观检测手段是依靠经验的表观检查和触碰检查,即在良好的自然光或散射光照条件下,观察玻璃表面是否有缺陷,该方法简单易行,但只针对缺陷较明显的情况,人为客观因素影响较大,且对检测人员工作经验有较高要求。
 
目前,关于玻璃应力测试的方法大多只适合于玻璃出厂前的检测,常见的主要有四种:干涉色法即简式偏光仪法、四分之一波片法即读数偏光仪法、补偿式玻璃应力测试法、半影检偏器法,这些方法能够检测的玻璃样品比较小,需固定检测仪器而移动玻璃样品,不适合在线检测大型的既有玻璃幕墙。近几年,万德田等人正在研发一种较新的检测技术一光弹扫描法,根据透射式光弹原理,利用起偏片和检偏片两边的透射光强差的变化获取应力条纹图像,对这些区域进一步放大分析处理可以确定杂质或缺陷的类型、尺寸以及位置。该原理可针对玻璃出厂质量、安装前或服役中的钢化玻璃进行检测,实验装置简单,检测人员无需进行高空作业,人员以及比较贵重的仪器设备均可在室内进行,降低了人员风险,也节约了检测成本。此外,刘小根等人通过光弹扫描法可以观测到真空玻璃支撑物与玻璃支撑点处因应力集中而产生的应力光斑,研究发现随着真空度的提高,应力光斑直径也增大,该原理主要针对真空玻璃实际工程的在线检测,操作简单,结果直观可靠。
 
2.2玻璃脱落安全性能检测技术
 
导致安全事故的幕墙风险的另一种表现形式就是幕墙整块坠落,这类事故的原因有多种多样,主要包括结构胶老化脱落和支撑结构松动脱落,下面将从这两方面对其安全性检测技术进行概述,主要检测技术的对比见表l。
 
表1 玻璃脱落安全性能主要检测技术对比
玻璃脱落安全性能主要检测技术对比
 
2.2.1结构胶安全性能检测技术
 
结构胶的质量是评价玻璃幕墙整体安全性和耐久性的重要指标之一,对结构胶常规的检测方法主要有目视法、敲击检测法、切割拉拔法、邵氏硬度法等。其中,目视法和敲击检测法只能作为结构胶质量检测的初步无损检测,人为因素影响较大,准确度差,不能满足玻璃安全性检测的控制要求;切割拉拔法是将现场切割部分样品送回实验室进行检测,并对其进行拉拔试验,可直接测得胶体的最大拉伸强度、拉断伸长率以及粘结破坏形式和粘结破坏面积等结果,可作为仲裁时的检测方法,该方法属于局部破损检测,检测后需进行修复和加固;邵氏硬度法是用来判定结构胶的硬化程度,方法简单、快捷,能定量化说明胶材的质量,但硬度只是结构胶的指标之一,故还需结合常规检测方法(如目测、敲击检查等)或其他方法才能综合判定。
 
近几年,也相继出现了其它的检测方法,如推杆法、超声波检测、声发射检测、红外线检测法和X射线检测法等,此外,从国外引进的气囊法、吸盘法和多吸盘法等在国内也有应用。推杆法和气囊法属于室内进行的检测方法,检钡(范围相同,均是通过模拟玻璃幕墙风压作用进行的检测,气囊法较推杆法更接近玻璃幕墙风压的作用,但检测时需借助位移测量装置,推杆法装置简单易携带,但仅能用于玻璃板块与铝型材副框粘接用密封胶的检测;吸盘法和多吸盘法是通过模拟被测玻璃面板所受均匀风荷载等效转化为玻璃面板边缘部位的荷载进行的检测,多吸盘法是通过多点载荷以模拟被测玻璃面板所受的均匀风压,较吸盘法更接近玻璃幕墙所受风压作用,这两种方法属于室外检测,通常用来检测中空玻璃幕墙的粘接情况;超声波检测和声发射检测均具有较高的准确度,但只限于探伤,不能明确测定强度,数据处理复杂,且声发射检测法仅限于铝制构件的交接检测,胡绍海等人利用超声波检测法分析了胶接结构缺陷类型和原因分析,并在此基础上进行了铝胶接结构缺陷的识别。同时,胡绍海等人又利用声发射检测法,对胶接件进行拉伸,可以检测出缺陷位置和低胶接强度区。结果表明,声发射检测对胶接结构的缺陷识别相对于超声波检测更准确,胶接强度的估计精度与超声波检测相差甚微;X射线检测法和红外线检测法缺陷识别率高,自动化程度高,也不能明确测定强度,在国内还处于起步阶段,相关仪器设备的成本较高。
 
2.2.2支撑结构安全性能检测技术
 
铝合金型材是玻璃幕墙的主要支承结构,承受着玻璃面板传来的各种荷载,对幕墙安全性起着至关重要的作用。膜厚是铝合金型材质量检测的基础项日,而铝合金型材的硬度直指关系材料的受力,是检验结构安全性的重要丈学指标之一。因此,铝合金型材承载能力的盛要检测指标包括:铝合金型材膜厚和硬度。
 
现阶段对玻璃幕墙铝合金型材硬度的检测通常采用韦氏硬度计测量,膜厚的检验方法较多,包括涡流测厚仪、横截面测量法和超声测厚仪等。涡流法是常规检测方法,具有无损、方便、快速等特点,适用于施工现场的快速检测、生产与验收检测等;横截面测量法需将样品带回实验室检测,测量准确,是一种仲裁性检测方法,但试样制备复杂且破坏型材;超声波测厚仪由于具有高精度自动化的优点,在现场测试中被广泛应用。

玻璃幕墙
2.2.3其它相关检测技术
 
无论是玻璃幕墙支承结构松动损伤还是结构胶的老化失效均会导致玻璃面板的松动,从而引起玻璃振动频率的变化,基于这一原理,陈振宇等人提出一种基于FFT功率谱实现结构胶脱粘长度的检测,即通过玻璃面板板中激振与测点响应信号的分析,对信号功率谱进行的测试研究,但该检测技术在实际的幕墙检测工作中局限性较大,粘长度的检测,不能对将要失效的胶体做出预警。
 
刘小根等研发的玻璃幕墙面板松动动态性能检测仪,通过振动测试方法获得幕墙玻璃的固有频率来识别玻璃幕墙支撑结构松动损伤及其机构胶的老化成都,按幕墙玻璃频率与其失效概率关系建立起玻璃幕墙频率安全等级区间,在现场就可对结构胶的服役现状(如结构胶的脱胶部位、脱胶的长度、粘结强度是否高于临街强度等)进行识别、方法轻便、快捷,可实现检测数据的无线远程传输。林圣忠等人提出了以动应变为指标的玻璃幕墙结构胶损伤检测方法,实验研究表明测点处应变值随结构胶损伤而改变,随损伤程度增大而增大,应变测试精度高,数据处理、采集方便。
 
以上这些研究方法都是应用于隐框玻璃幕墙的安全评定工作,且不能对缺陷类型进行识别,也不能对粘结强度进行定量的测定。

3结语
 
为了解决建筑玻璃幕墙使用带来的严峻的城市公共安全问题,玻璃幕墙检测技术的安全性、效率和精准度也不断提高。通过对既有玻璃幕墙的风险检测技术和设备的归纳和对比,整体上远远落后于其工程应用,尤其是玻璃幕墙内部应力的现场检测均存在较大的局限性,且己研发如检测对象会局限于中检测类型会局限于结构胶空玻璃或隐框玻璃、检测类型公同限丁场俐二长度或铝型材副框,检测条件会局限于实验室或室外检测等,将来有必要研究确定一个实用且普适性强的指标,如缺陷类型、胶体强度与粘结强度的关系等指标。因此,开发既有玻璃幕墙的安全性检测技术任重而道远。

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