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既有玻璃幕墙安全性能检测技术发展现状

文档作者：朱瑞娟陈媛媛刘继武李治李东原文档来源： 1中国建材检验认证集团(陕西)有限公司 2国家建筑卫生陶瓷质量监督检验中心			点击数：
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堕望墨 l
既有玻璃幕墙安全性能检测技术发展现状
Cu~em situation of safety detection technology on existing glass curtain wall
朱瑞娟 陈媛媛 刘继武’ 李治’· 李东原’。
(1中国建材检验认证集团(陕西)有限公司；
2国家建筑卫生陶瓷质量监督检验中心，陕西西安71 01 1 6)
摘要：我国玻璃幕墙使用量的增加和服役年限的增多，质量问题越来越突出。本文简要概述了既有玻璃幕墙存在的安全
隐患，并对其安全性检测技术的研究现状进行了归纳总结。
关键词：玻璃幕墙：安全隐患；检测技术
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
中图分类号：TU3 17 文献标识码：A 文章编号：1003—8965(2018)03—0001—04
玻璃幕墙大约于2O世纪8O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，我国已建成
了约1O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—2005《建筑用硅酮结
构密封胶》【1】和JGJ 102—2003《玻璃幕墙工程技术规范》
【2l的要求，结构胶需提供1O年的质量保证，然而，中国
建筑大规模使用玻璃幕墙到现在已经20多年，已远远超
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已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【3—41，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。
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Ⅱ向，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～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
I 堕堕墨l认
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～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1。
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，检测范围相同，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胶接检测，胡绍海等人m 利用超声
表1 玻璃脱落安全性能主要检测技术对比
对象 检测方法 原理 优点 缺点
可直接测得胶体的最大拉
切割拉拔法 将切割样进行拉拔试验 伸强度、拉断伸长率以及 属局部破损检测，检测后需进行修复和
粘接破坏面积等结果 加固
。
邵氏硬度法 在试验力作用下用压针垂直压入试样表面 方法简单 测量指标单一，需结合其他方法综合判
、快捷。 定
。
超声波检测 根据共振频率在缺陷处发生的变化 可探伤，较高精准度。 不能明确测定强度，数据处理复杂，且声
声发射检测 通过接收和分析材料的声发射信号来评定 发射检测法仅限于铝制构件的胶接检测
结构 红外线检测 通过测量胶接表面温度差异来对胶接件进行检
胶 测。 缺陷识别率高，自动化程
通过×一射线照射胶接件后发生的衰减来进行 度高。 不能明确测定强度，成本较高。
X射线检测 检测
。
推杆法 通过机械杆件对玻璃面板产生的推力来模拟风 装置简单易携带 只针对铝型材副框粘接检测
压。
气囊法 通过气囊加压对玻璃面板产生的推力来模拟风 最接近玻璃幕墙风压作用 需借助位移测量装置
压。
吸盘法 通过对被测玻璃面板边缘位置逐级施加垂直于 方法轻便
、面板方向的点载荷 快捷。 局限于中空玻璃的室外检测
。
涡流测厚仪 根据产生电磁场的测头线圈靠近导体时，在其 具有无损、方便、快速等 不够稳定
， 中形成涡流的大小 容易受到外部条件的干扰
。 特点。
金型 横截面测量 借助金相显微镜
。
测量准确，是一种仲裁性 需将样品带回实验室检测，试样制备复
材 法 检测方法。 杂且破坏型材。
超声测厚仪 根据超声波脉冲到达和被样品底面反射的往返 高精度
、时间 自动化 、无污染等。 探头易磨损。
其它 动态性能检 根据样品的固有频率 方法轻便、快捷，可实现 只针对隐框玻璃，不能对缺陷类型进行识
测 检测数据的无线远程传输。 别，也不能对粘结强度进行定量的测定。
2
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j 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目，而铝合金型材的
硬度直接关系材料的受力，是检验结构安全性的重要力学
指标之一。因此，铝合金型材承载能力的主要检测指标包
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。
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，
只适用于已失效结构胶的脱粘长度的检测，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
璃幕墙支承结构松动损伤及其结构胶的老化程度，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界强度等)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，且已研发的测试技术均存在较大
的局限性，如检测对象会局限于中空玻璃或隐框玻璃、检
测类型会局限于结构胶长度或铝型材副框，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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