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專家解讀:極端氣候對幕墻玻璃的破壞

來源:建筑幕墻設計咨詢  作者:蕭愉  日期:2016-12-27
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  極端風氣候對幕墻玻璃的破壞”這個題目,是我近年來重點思考的一個問題。幕墻專業人要多一些、深一些學習和了解風氣候特別是極端風氣候的常識,覆面材料特別是玻璃面板的知識。要重視分析“風—玻璃”這一對矛盾統一體。對風的作用下,玻璃面板的表現,覆面抗風設計應有更大的關注和改善。

  極端風氣候對幕墻玻璃的破壞”這個題目,是我近年來重點思考的一個問題。幕墻專業人要多一些、深一些學習和了解風氣候特別是極端風氣候的常識,覆面材料特別是玻璃面板的知識。要重視分析“風—玻璃”這一對矛盾統一體。對風的作用下,玻璃面板的表現,覆面抗風設計應有更大的關注和改善。

  以下內容,根據行業專家蕭愉先生的講話稿整理而,特別鳴謝:建筑幕墻(詞條“建筑幕墻”由行業大百科提供)設計咨詢(微信平臺)。

極端氣候對幕墻玻璃的破壞分析

  目錄

  ⊙今年9月15日臺風“莫蘭蒂”登陸廈

  ⊙登陸廈門特大臺風的風速與風壓(詞條“風壓”由行業大百科提供)

  ⊙臺風破壞玻璃面板的表現特征

  ⊙上海地區氣候風的統計分析

  ⊙玻璃面板破壞要點的歸納

  ⊙對臺風災害破壞后的態度

  ⊙極端氣候風對面板破壞后的善后工作

今年9月15日臺風“莫蘭蒂”登陸廈門

超高層半隱框玻璃幕墻

(局部外片玻璃脫落)

廈門五緣灣某海景房,整個臨海面的門窗玻璃幾乎全部“吹”掉

按規范設計、施工的超高層建筑(詞條“超高層建筑”由行業大百科提供)玻璃幕墻依然巍然矗立

按規范設計、施工的超高層建筑玻璃幕墻依然巍然矗立

2014年8月5日

“威馬遜”臺風席卷海口

大臺風后玻璃幕墻

2014年8月5日,海口某大廈幕墻玻璃在超強臺風“威馬遜”中破損嚴重,存在極大的安全隱患。


2014年8月5日,海口某大廈幕墻玻璃在超強臺風“威馬遜”中破損嚴重,存在極大的安全隱患。

登陸廈門特大臺風的風速與風壓

2016年9月15日,“莫蘭蒂”特大強臺風風力:

  1999年10月9日,9914號強臺風登陸廈門瞬時風速46m/s。

  規范基本風壓取值,廈門地區10米高處10分鐘平均風壓值

  0.80KN/m2 50年一遇;0.95 KN/m2 100年一遇。

  一般規范設計取值30年一遇。

  瞬時風速3秒和10分鐘(600秒)的時距轉換關系一般為:

  V3/V600=1:1.42 。 V3=54.9m/s時,W0=1.8838KN/m2;

  V60=45.1m/s時,W0=1.2713 KN/m2;V600=V10min=38.6m/s,W0=0.9312KN/m2 。

  風速和風壓關系一般取P=V2/1600 。

  臺風作用過于猛烈,風載荷變化多端。風力并非簡單的正、負風壓,而是非常復雜的作用,推壓、吸拉、彎曲、切換、扭轉、變向等,只能說尚處“無知”認識。

臺風破壞玻璃面板的表現特征

  2016年9月15日,14號超強臺風“莫蘭蒂”登陸廈門,對玻璃幕墻的襲擊,所造成的破壞,大致有以下幾種表現:

  1.臨海迎風面曲面玻璃面板破壞,面目全非;

  2.開啟扇大量脫落,局部外片玻璃脫落;

  3.玻璃開孔駁爪處嚴重破壞;

  4.底層玻璃門塔樓裙房結合部位玻璃面板破壞;

  5.自封陽臺玻璃門窗成重災區;

  6.裝飾部件、外遮陽構件吹落等。

  玻璃幕墻遭受臺風侵襲的主要部位,均是風荷載偏大部位。

  1.玻璃面板破壞、碎裂、位移的部位,與風洞試驗最大風壓分布

  區域基本對應;

  2.造成損壞底部多大于上部,屋頂及檐口轉角部較普遍;

  3.塔樓裙房結合部位即“Hot sport”熱點部位問題較多;

  4.建筑凹部玻璃、凸出裝飾、遮陽構件影響較大;

  5.臨海陽臺封閉玻璃破壞;

  6.除連接關系破壞失效外,若干玻璃面板破壞明顯,破損嚴重,表現為厚度薄,面積大。

上海地區氣候風的統計分析

  1、1971年~2007年風速記錄

  1971年~2007年風速(m/s)記錄(上海崇明,B類,高度4.5m臺風季節)。

  第一組:n=24

  14.0,14.5,11.7,10.0,17.0,12.7,10.7,12.0,17.7,13.3,

  12.3,14.7,15.7,12.0,14.7,12.7,9.7,11.7,16.3,18.0,

  11.7,12.0,14.0,12.7。

  第二組:n=23

  9.0,9.7,11.0,13.3,13.3,11.7,10.7,11.0,15.3,11.7,

  14.0,12.0,7.3,10.7,14.3,13.0,8.7,12.3,12.9,9.2,

  10.0,8.9,9.2。

  N=24+23=47

  ——摘自空氣動力學報第28卷第4期,武占科等專文。

  數據統計分析:(表一)

  2、1974年~2001年各區縣各重現期最大風速

  1974年~2011年上海各區縣10m高度各重現期最大風速(m/s)(表二)

  4、時最大風速的方向

  5、不同時距、高度風速的換算

玻璃面板破壞要點的歸納

  從安全性考慮,技術規范中,對下列玻璃問題應予重視,拾遺補缺。

  1.鋼化玻璃

  1-1,玻璃破損率 三要素:風載荷、厚度和面積。

  鋼化玻璃自爆率,上墻應持“零容忍”態度。對于玻璃輕質高強、典型脆性強度離散(詞條“離散”由行業大百科提供)的特點,應考慮其薄板、強度因子、強度分布因子三要素。

  1-2,對玻璃面板驗收時,應增加提供含鐵量、表面強度和破損率三個特征數。

  對產品指標應有個性化的制造商保證。對玻璃面板實際厚度有統計數據。

  2.夾層玻璃 三要素:剪切強度,粘結強度和工作溫度范圍。

  2-1,剪切強度,三要素,膜片剪切模量、粘結強度和使用溫度。

  對于夾層玻璃、復合面板、等效厚度、內外片共同工作的特點,應考慮其膜片種類、剪切模量,工作溫度對膜片模量的影響,粘結強度問題。夾層玻璃不耐高溫,隨溫度升高膜片彈性模量(詞條“彈性模量”由行業大百科提供)、剪切模量及粘結強度極大降低。

  2-2,對于玻璃面板驗收時,應增加提供剪切強度、粘結強度 和工作溫度范圍三個特征數。

  3.點支承開孔玻璃面板 三要素:大面強度、端部強度和孔邊應力(詞條“應力”由行業大百科提供)控制。

  3-1,玻璃的脆性性質,使其存在大量微裂紋。開孔處應力集中,成為整個面板最薄弱處,這是控制玻璃面板安全性的關鍵所在。應力集中系數可能達2.35~3.0 。

  3-2,對玻璃面板驗算時應增加孔邊應力主控指標一項。

  4.超白低鐵玻璃 三要素:含鐵量、紅外線反射率和低輻射膜使用年限。

  4-1,超白玻璃是低鐵含量玻璃,因為鐵的共生礦物金屬鎳Ni的含量與含鐵量相關,因而影響硫化鎳NiS的含量,故而影響自爆率。此外,超白玻璃對可見光的高透射率的同時,熱輻射、紅外線亦高透射。為了保證熱工性能,減低熱輻射、紅外線的進入,必須保證LOW-E膜對紅外線的相應反射效果,必須保證LOW-E鍍膜的使用年限。

  4-2,對玻璃面板強調含鐵量、鍍膜玻璃對熱輻射、紅外線的反射率和LOW-E膜的使用年限,應增加這幾項特征性能數據的規定。

  5.彎曲玻璃 三要素:加熱、彎曲和冷淬均勻性

  5-1,玻璃是高強度、高脆性材料,在非常小變形下即會突然破壞,故不宜冷彎。冷彎使保持高彎曲應力狀態及存在逆向回彈作用。而熱彎玻璃要經過加熱、彎曲、冷淬三道工序的工藝處理,溫度分布均勻性、彎曲變形均勻性、冷淬均勻性帶來強度分布均勻性的較大離散。

  5-2,對玻璃面板驗收,應增加提供各批量、個性化的強度分布均勻性特征指標。

  5-3,重視曲面玻璃安裝適應性.

  6.中空玻璃 三要素:合格率、外片粘結強度和氣密性

  6-1,中空玻璃成品合格率普遍偏低,應予嚴格管控出廠、上墻質量,特別是外片玻璃粘結強度和氣密性。同時,應重視中空玻璃空氣間層內的工作環境,應保證對低輻射LOW-E軟弱膜的有利耐用條件,防止縮短使用年限。并應有對LOW-E膜功能存在的檢測。

  6-2,對中空玻璃面板應提供合格率具體指標,特別是外片粘結強度、氣密性,提供具體檢測LOW-E膜工作條件的規定。

  上述玻璃面板的破壞,來自于風載荷突破規范預料,不可抵抗風力,而玻璃偏弱無能抵抗。建議,希望玻璃制造商、幕墻工程商和材料驗收檢測單位取得共識,形成標準。幕墻工程,材料是基礎。有了優良的玻璃面板質量,才可能有優良的幕墻工程,兩者密切協調合作,才能有效預防風險,控制質量安全,擔當社會責任。

  超大特強臺風侵襲破壞玻璃面板,暴露了弱點和不足,壞事變好事,可以促進完善進步。超大特強臺風雖然百年一遇,但氣候變化極端異常氣象條件出現概率增大。針對此種環境,必要的適當強化抗風設計,提高玻璃面板的安全可靠性的控制,還是必要的。

對臺風災害破壞后的態度

  臺風、地震、異常氣象等天災,是不可抗拒的自然破壞。如何認識風險事件:

  a.沒有調查就沒有發言權。(多聞、多問)

  b.沒有數據就不要亂講。所以要慎于言,不失言,知者不言,言者不知,我們對危害、風險知之甚少、甚淺,基本上“無知也”“空空如也”。

  c.一次風險事件、事故,“未見顏色而言謂之瞽”“ 道聽而涂說,德之棄也”。不是哪一個工程、企業、少數人的事,應該將其視為行業、專業共同的責任,這方面的經驗、預防、成果應該行業共享。

  d.出了事故不要隱瞞和推卸責任,“小人之過也必文”。

  e.是幕墻問題還是窗問題,要分清。

  f.是材料問題還是結構,是管理還是技術?

  面板破壞后的善后工作

  1.宏觀對比

  美國波士頓漢考克大廈,20世紀70年代初期風暴、龍卷風襲擊,十分之一玻璃破碎。

  1-1.美國土木工程協會針對1983年阿麗西亞颶風對高層建筑(詞條“高層建筑”由行業大百科提供)玻璃幕墻嚴重破壞,專家特別會議分析主要原因:撞擊、風壓、內壓支承平面屈曲,玻璃擠壓(詞條“擠壓”由行業大百科提供)、脹縮,安裝不合格。

  1-2.組織專門研究試驗,經20年風雨的窗玻璃,按斷裂力學理論,針對玻璃典型脆性材料試驗,計算玻璃破損概率。

  1-3.在上述試驗基礎上,制定新的ASTM E1300-系列圖表,經驗曲線。

 2.對災情的態度

  2-1,實事求是調研,沒有調查就沒有發言權,用數據說話。

  2-2,不是哪個項目、哪個企業、哪些人的事,是整個行業、專業的事。

  2-3,不隱瞞、不掩蓋、不推卸責任,勇于擔當,不文過飾非。

  2-4,問題導向,視其所以、思其所由,亡羊補牢,預防風險。

  2-5,對出現的問題辯證分析,既不絕對否定,也不絕對肯定,解決問題,技術進步。

  3.中觀行動

  3-1,規范的拾遺補缺,重視玻璃面板的問題。

  3-2,材料是基礎,應用技術要內涵產品應用,發揮特長,克服特短。

  3-3,玻璃面板在臺風中暴露的問題:

  3-3-1,熱彎玻璃問題嚴重,加熱、彎曲、冷淬均勻性,強度分布均勻性。安裝精準及

  變形適應性.

  3-3-2,開孔玻璃多有破壞,孔邊應力、應力集中,柔性接觸材料、施工。

  3-3-3,平板玻璃破損概率,預測概率、表面強度、問題緣由。

  3-3-4,夾層玻璃粘結強度,剪切強度、膜片模量、使用溫度。

  3-3-5,中空玻璃合格品率,漏氣密封、熱反射率、使用年限。

  3-3-6,超白玻璃熱透射率,反射紅外、鍍膜環境、使用壽命。

  3-4,玻璃幕墻工程和幕墻玻璃品質一體化:

  3-4-1,玻璃產品出廠質量保證,現場檢測實測。

  3-4-2,幕墻工程上墻零容忍破損率,驗收條件。

  3-4-3,設計、制造、施工的責任制度,管理體制。

  3-4-4,規范中應用技術和生產技術的銜接、實驗、試驗、經驗數據。

  4.微觀具體

  4-1,增加質量要求指標(玻璃面板),玻璃含鐵量、破損率、熱反射率、紅外線透射率、LOW-E膜使用壽命、檢查中空玻璃合格率、夾層玻璃使用溫度、抗剪強度、鋼化玻璃表面強度、夾層玻璃使用溫度、熱彎玻璃強度分布……

  4-2,補充設計計算施工規定:等效厚度計算、使用面積、長寬比、風荷載偏大區域選用(熱點)、駁爪柔性處置、樣品抽查、統計分析、玻璃供應商個性指標,熱彎板片安裝要求、膜片選擇。

  4-3,當下切入點幾件事,能否提出技術條件?

  4-3-1,列出增補對玻璃面板性能補充要求指標及個性化統計分析。

  4-3-2,夾層玻璃等效厚度計算、膜片剪切模量取值、使用溫度規定。

  4-3-3,玻璃面板打孔的孔邊應力取值,減少采用比例。

  4-3-4,平板玻璃四邊支承時,玻璃破損率估算及表面強度檢測。

  4-3-5,熱彎玻璃均勻性工藝參數檢查核定及安裝要求,普查。

  4-3-6,中空玻璃合格率抽查及出廠質量保證,工作環境溫度、紫外線、溫度、密封性。

  4-3-7,低輻射鍍膜溫度LOW-E使用壽命的行業共識。

  4-3-8,降低鋼化玻璃表面強度要求,提高半鋼化玻璃使用比例。

  4-4,中、長期研究實驗工作,建立統計相關關系和經驗方程,規范建立在數據基礎上。

  結束語

  認識“極端氣候風---玻璃表皮”矛盾對立統一體.

  (1), 上海風環境

  沿海,臺風,極端異常氣候風,最大時風速方向,年平均風速,時最大風速,瞬時風速,橫向風.

  (1949~2005年,大于等于6~8級風84次)

  (2),上海風荷載

  負風壓,基本風壓,建筑表皮風壓分布,熱點部位,群體效應,風洞試驗,計算風工程,重現期,

  (風壓分布,正負風壓,持續時間)

  (3),幕墻抗風設計

  基本風壓重現期取值,建筑表皮不同方向、部位、時間,不同玻璃構件,控制風荷載,玻璃破損概率,安全與經濟平衡,開窗問題

  (風荷載、表皮構件、支承構件三要素;主體、維護、附屬三結構.維護墻面、屋面、裝飾遮陽構件三系統)

關于本文作者蕭愉先生

  如果你還不認識蕭愉,那小編得趕緊先幫你補補課了,在幕墻行業,這可是知名度相當高的大咖哦!

蕭愉說

  極端風氣候對幕墻玻璃的破壞”這個題目,是我近年來重點思考的一個問題。幕墻專業人要多一些、深一些學習和了解風氣候特別是極端風氣候的常識,覆面材料特別是玻璃面板的知識。要重視分析“風—玻璃”這一對矛盾統一體。對風的作用下,玻璃面板的表現,覆面抗風設計應有更大的關注和改善。

  1.既有幕墻的現場檢查,可考慮重點為彎曲玻璃、開啟著連接、塔樓和裙房結合部、點支承、玻璃面板開孔駁爪、底層玻璃門、頂部女兒墻及檐口、轉角部位、立面裝飾構件和遮陽構件以及自封陽臺建筑玻璃等。

 

  2.對玻璃面板材料定貨驗收,應重點強調熱彎玻璃加工溫度、彎曲、冷淬均勻性和強度均勻性指標記錄;夾層玻璃兩片玻璃間粘結強度、工作溫度范圍、膜片剪切模量;中空玻璃合格率、氣密性、內外片粘結強度、結露狀況;開孔玻璃板片,除大面、端部強度外,更應重視孔邊應力、應力集中系數;鋼化玻璃表面應力強度、破損率、含鐵量;超白玻璃低輻射鍍膜的使用年限、紅外線反射、透射率等。

  3.上海地區有臺風侵襲、熱帶風暴大雨亦時卷來。因此幕墻覆面板片抗風設計,應予特別關注;此外,極端風氣候的氣象條件,也不容忽視。例如,四川成都雖無臺風但異常氣象,但2016年8月7日狂風暴雨加冰雹的破壞是嚴重的。上海亦有過事件案例。對于風荷載的認識有些新的表現,一是強臺風襲來時瞬時風速大,基本風壓值可能較大超過規范取值;二是負風壓在底層較大,似不同于正風壓的規律;三是上海地區城市中心年最大風速因建筑密度、臺風路徑、寒潮強度變化,似有減少趨勢;但應關注高層建筑群體橫向風引起相互干擾、風致振動、扭轉響應等作用。

  問題導向,目標導向,一家之言,信言不美——蕭愉

  編者按

  看完蕭總的通篇解讀,令人肅然起敬,小編忍不住捫心自問,我們從事幕墻這份工作的初衷是什么?是為了賺一點錢,還是為了回饋社會造福大眾,當我們掌握大量技術,并且擁有更多信息的時候,不能再僅僅只思考個人的問題,更應該像蕭總那樣,在一個合適的場合,去普及、去呼吁,讓這個行業的發展之路走得更夯實,讓人民大眾因為我們這個行業而得到便利!

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  • 國家規范規定,幕墻工程使用的所有預埋件,應使用熱鍍鋅鋼件......  請注明哪里有這句話。我不曾見到過。望知情者能賜教。
    來自 222.67.79.10 的讀者對玻璃幕墻施工工藝與質量要求淺析的評論
  • 很好的專業論文,國內GRC最專業的論文~!
    來自 219.128.8.93 的讀者對幕墻新秀GRC的評論
  • 以價格來說判定國產膠的質量好壞的話,白云,之江,安泰,中原,也是在幕墻工程中常見幾個品牌吧。當然像市場上的新展,硅寶,也還可以,
  • 讓我們快樂地融入新春的節拍,就象當年那樣瀟灑大方。讓我們一起祈禱:愿來年風調雨順,愿好人一生平安!
    來自 61.188.218.118 的張華萍對08賀詞的評論
  • 大品牌的膠確實好,*牌子的也不錯,我們用的匯杰膠就很好,質量和重量都沒得說,建議試一試,性價比高。
    來自 119.109.125.160 的讀者對2010年度“建筑用硅酮結構密封膠”產品展播的評論
  • 膠,一線品牌白云、之江、硅寶、中原,他們都不錯,質量穩定.安泰再好,也只是二線品牌,花再多錢來刷屏都沒用!
    來自 222.210.117.18 的讀者對2010幕墻門窗行業產品選用指南的評論
  • 說到膠關鍵還是要看品質,價格,價格優惠,質量又不錯,南玻是國內玻璃行業的老大哥吧,之江,中原,白云,都有用,但不是他主要用的,主要用的膠是廣州耐奇的膠,四大工廠都在用,東莞達百分之六十,吳江達百分之四十。
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  • 港玖的硅酮膠也很不錯,到我門店推銷過,我測試過他的產品。色澤好,光潔度好,拉力也很好,結構性很強。就是名氣小,哈哈^_^
    來自 116.226.66.244 的讀者對2010年度“建筑用硅酮結構密封膠”產品展播的評論
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