建筑玻璃防热炸裂设计.docx

建筑玻璃热炸裂问题浅论作者：陈曦 郭靖泽摘要：随着建筑师对建筑造型艺术效果的不断追求以及建筑技术的不断发展，玻璃幕墙在建筑中得到越来越多的应用，然而建筑玻璃却存在一定的安全性问题，其中热炸裂就是其中一个非常主要的问题。建筑玻璃在日光照射下，吸收部分太阳光，温度将逐渐升高，尤其是吸热玻璃的使用，由于它的吸收率达到30-40%，在日光长时间照射下玻璃将有较高的升温。由于玻璃的外部约束使玻璃升温所产生的膨胀不能自由地发生，或由于玻璃板面内接受阳光照射的情况不同，或者是由于玻璃板面内散热情况不同，在玻璃面板内部将因此产生温差，这将使玻璃内部产生应力，此种应力可称为热应力。热应力在玻璃板内部分布不均匀，即中部的热应力大部分均匀不变，而边部变化剧烈，直至过玻璃边部的抗拉强度，造成热炸裂的发生。关键词：幕墙，建筑玻璃，热炸裂由于玻璃的热炸裂情况不仅取决于玻璃中应力的大小，还取决于其边部的抗拉强度，玻璃边部在切割和搬运过程中形成大量微裂纹，这不仅降低玻璃的强度，还使玻璃边缘的抗拉强度显示出很大的随机性。所以建筑玻璃的热炸裂是一个多因素问题，受到玻璃自身性能和外部环境条件和复杂影响，可以将其在一般性基础上划分为主要影响因素和非主要影响因素，在特定场合，非主要因素也可能起主要作用，这要针对应用条件作具体分析。建筑玻璃是典型的脆性材料，其断裂表现为脆性，即在玻璃的表面存在大量的微裂纹，如果表面处于拉应力状态，这些微裂纹将在拉应力的作用下扩展，最后导致破坏。建筑玻璃热炸裂的直接原因主要是玻璃板边部在生产切割、运输中的磕碰等原因，使得玻璃板边部的微裂纹比玻璃板中部的微裂纹多得多，微裂纹尺寸也相对大得多，因此玻璃板边部的强度比玻璃板中部的强度低很多，通常只有中部强度的70%。玻璃板上的最大拉应力位于玻璃板的边部，当其到达玻璃板的断裂强度，玻璃板的裂纹迅速扩展，热炸裂即在此时发生，即建筑玻璃热炸裂是由于位于玻璃板边部并沿着长边方向的拉应力造成的。玻璃自身造成热炸裂的影响有三类原因：太阳辐射、外加荷载和设计因素。除这三种原因外，玻璃与框架作为结构整体还有制造和装配方面的影响。建筑玻璃的热炸裂是一个综合性的问题，既要全面考虑各个因素的作用，又要针对工程实际排除次要因素不计，控制住主要因素。对一般情况而言，制约玻璃热炸裂的主要因素有三个： 1、 玻璃的吸热率由于热炸裂的机理是玻璃吸收阳光中的红外辐照，自身温度升高，与边部的冷端之间形成温度梯度，造成非均匀膨胀或受到约束，形成热应力，进而使薄弱部位发生裂纹扩展。所以玻璃本身对红外线的吸收率是一个关键因素，吸热玻璃广泛采用以来，热炸裂问题才突出起来。一般吸热玻璃的热吸收率在2040%之间，在采用吸热玻璃的设计时，一定要对使用环境作一全面评价再确定，比如玻璃的朝向，环境的温度，边框以及墙体的导热情况等等，要特别注意是温差造成热炸裂。玻璃吸收热能，自身温度升高，与较低温度的边框、墙体形成的温度差越大，热炸裂的危险性也越大。经验告诉我们，热炸裂通常不是发生在热带，而是发生在寒带或温带的朝东南的玻璃，而且早晨、上午的热炸裂最多，这是因为环境温度低，玻璃吸收红外辐射后容易与边部形成较大的温度梯度。在上述场合采用吸热玻璃应对吸热率、板面尺寸有计算依据。 2、 玻璃的板面尺寸 玻璃的板面越大，受热膨胀后的变形也越大，形成的约束反力也越大，相应地造成更大热应力，增加了热炸裂的几率。同时板面尺寸越大，越容易受到其它荷载的更大叠加效应。所以在追求大板面玻璃的装饰效果的同时，应对风荷载、热应力、边框变形、自重、装配应力等综合影响作全面考虑。吸热玻璃在板面尺寸超过2m2 以后应该对边框约束条件提出相应的改善措施。 3、 玻璃边的加工质量 在热应力分析中指出，炸裂一般从玻璃边部起始，边部的拉应力最大，边部的加工缺陷最严重，所以改善边部的加工质量是提高建筑玻璃抗热炸裂能力的关键因素之一。当玻璃边部存在缺陷时，将极大地降低玻璃的抗拉强度，在加工安装时最好将玻璃边部进行细磨，并剔除有严重缺陷的玻璃。为避免玻璃的热热炸裂，除以上论及的一些需要注意的几点以及应进行科学合理的设计之外，还应当在后期的安装和使用维护时多加注意以下几点，达到在多方面综合防治玻璃发生热炸裂的目的。在安装时应注意一下几点：1.安装时注意玻璃保护，不要在玻璃周边造成伤痕2.使用密封性良好的弹性密封材料，使用隔热性良好的垫块材料，如泡沫聚乙烯。在使用和维护时应注意以下几点：1.不要将玻璃内侧的窗帘、百叶窗及其他遮蔽物紧挨在玻璃上。2.避免某些热源靠近玻璃从而使玻璃局部升温。3.不要在玻璃上贴纸或者油漆。参考文献：【1】JGJ