1 前言
建筑玻璃（詞條“建筑玻璃”由行業(yè)大百科提供）通常只有三種破壞形式：即彎曲（詞條“彎曲”由行業(yè)大百科提供）破壞、沖擊破壞和熱炸裂，此外沒有其它破壞形式。由于玻璃是完全的彈性體，至今沒有玻璃抗壓強度、拉伸強度和剪切強度的測量方法，因此玻璃沒有抗壓強度（詞條“強度”由行業(yè)大百科提供）、拉伸強度和剪切強度的數(shù)值。通常采用的玻璃強度實際上是玻璃的彎曲強度。且不說玻璃是典型的脆性材料，不應(yīng)作為工程結(jié)構(gòu)材料（詞條“結(jié)構(gòu)材料”由行業(yè)大百科提供）使用，就是單從玻璃沒有抗壓強度、拉伸強度和剪切強度就無法實現(xiàn)玻璃構(gòu)件的設(shè)計，如玻璃作為立柱使用至少應(yīng)進(jìn)行玻璃柱的壓應(yīng)力條件下的承載力計算，作為橫梁使用至少應(yīng)進(jìn)行拉應(yīng)力和剪應(yīng)力條件下的承載力計算。由于玻璃沒有抗壓強度、拉伸強度和剪切強度，即使計算出玻璃構(gòu)件中的壓應(yīng)力（詞條“應(yīng)力”由行業(yè)大百科提供）、剪應(yīng)力和拉應(yīng)力，也無法判斷玻璃構(gòu)件是否滿足承載力要求。在傳統(tǒng)概念下，建筑玻璃通常是不能作為工程結(jié)構(gòu)材料使用的。
由于建筑玻璃表面存在大量的微裂紋，玻璃在破碎時表現(xiàn)為典型的脆性，即玻璃在破碎之前沒有任何的屈服表現(xiàn)，而表現(xiàn)為突然的斷裂，從這個意義上考慮建筑玻璃也不應(yīng)作為工程結(jié)構(gòu)材料使用。此外建筑玻璃在制作、運輸、貯存和安裝過程中難免在玻璃邊部和表面產(chǎn)生大尺寸的撞傷或劃傷，這些撞傷和劃傷將極大地降低玻璃的強度，因此建筑玻璃作為典型的脆性材料，一般作為裝飾材料使用。當(dāng)被用于建筑外圍護(hù)材料使用時，主要作為面板材料使用。隨著建筑玻璃生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，超白玻璃、鋼化玻璃、復(fù)合夾層玻璃，特別是離子型中間膜(又被稱為SGP)膠片材料出現(xiàn)后，夾層玻璃作為結(jié)構(gòu)材料有了可能，并且已在一些工程實踐中獲得應(yīng)用，即在一定條件下，玻璃也可作為結(jié)構(gòu)材料使用，如全玻幕墻的玻璃肋，玻璃肋支承的點式玻璃幕墻的玻璃肋等。這些玻璃肋都是作為結(jié)構(gòu)材料在使用，他們在設(shè)計使用時需要承擔(dān)風(fēng)荷載，有些還要承擔(dān)玻璃幕墻面板的自重荷載。但這些玻璃構(gòu)件的使用也只有在一定條件下才成立，特別是近年來超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃在許多工程上得到應(yīng)用，有成功的應(yīng)用案例，也有失敗的教訓(xùn)。本文結(jié)合工程案例介紹超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃的加工技術(shù)要點，有關(guān)設(shè)計計算技術(shù)要點、構(gòu)造技術(shù)要點、安裝技術(shù)要點等將在后續(xù)文章中闡述。
2 玻璃加工要求
首先應(yīng)選用超白浮法玻璃中的優(yōu)等品，即市場上能夠買到的最好的玻璃原片，因為玻璃原片品質(zhì)的優(yōu)劣是玻璃鋼化后是否自爆的決定性因素。超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃對玻璃表面的缺陷要求較高，通常不允許1.0mm以上的點狀缺陷存在，對小于1.0mm的點狀缺陷允許1處/10平米，小于0.5mm的點狀缺陷相鄰兩個缺陷的間距必須大于300mm。玻璃表面的外觀線狀缺陷及影響玻璃性能的缺陷不允許存在。因為超大鋼化玻璃必須進(jìn)行均質(zhì)處理，為了降低鋼化玻璃均質(zhì)的自爆率，所以在切割（詞條“切割”由行業(yè)大百科提供）前必須對原片進(jìn)行清洗檢查，避免使用不合格的原片。嚴(yán)禁使用帶有硬傷、厚度方向結(jié)石、密集微氣泡的不合格原片。
然后對玻璃板應(yīng)進(jìn)行精準(zhǔn)裁切和邊部加工。一般玻璃的邊長允許偏差通常為 mm，對于大尺寸的玻璃，邊長允許偏差通常為 mm，甚至更大。對于結(jié)構(gòu)玻璃而言，這樣的邊長允許偏差太大了，因為結(jié)構(gòu)玻璃要求精準(zhǔn)對位，邊長允許偏差通常為 mm，邊長偏差太大無法滿足工程要求。結(jié)構(gòu)玻璃邊部要求倒角，且應(yīng)進(jìn)行三邊精磨和三邊拋光，因為玻璃板在裁切過程中在邊部產(chǎn)生大量裂紋，這些裂紋會極大地降低玻璃板的端面強度，通過三邊精磨、拋光，可將玻璃板邊部的裂紋清除，達(dá)到提高玻璃強度的目的。結(jié)構(gòu)玻璃通常需要在玻璃板上鉆孔。一般玻璃的圓孔直徑允許偏差通常為 mm，對于大孔徑的玻璃，直徑允許偏差更大。對于結(jié)構(gòu)玻璃而言，這樣的邊長允許偏差太大了，結(jié)構(gòu)玻璃要求的直徑允許偏差通常為 mm。結(jié)構(gòu)玻璃的孔徑偏差要求不但高，而且孔邊應(yīng)進(jìn)行精磨、拋光處理，因為玻璃板孔邊應(yīng)力集中，孔徑尺寸偏差過大和孔邊加工低，極易造成玻璃板在使用中由于孔邊受力不均而自孔邊開裂。
結(jié)構(gòu)玻璃應(yīng)進(jìn)行鋼化處理。如果認(rèn)為鋼化玻璃有自爆問題而采用半鋼化處理是不合適的，因為結(jié)構(gòu)玻璃通常需要在玻璃板上打孔，半鋼化玻璃是無法滿足開孔要求的。即便不開孔，結(jié)構(gòu)玻璃也應(yīng)采用鋼化處理，因為玻璃是典型的脆性材料，鋼化處理后，玻璃的脆性得到極大的改善，即玻璃的斷裂韌度提高了。盡管目前還沒有測量玻璃斷裂韌度的方法，也沒有規(guī)范采用斷裂韌度來表征玻璃的力學(xué)性能，但玻璃的斷裂韌度是客觀存在的，作為結(jié)構(gòu)玻璃，其斷裂韌度的提高無疑是極為有利的。半鋼化處理的玻璃，其斷裂韌度比鋼化處理玻璃斷裂韌度低得多，因此結(jié)構(gòu)玻璃應(yīng)進(jìn)行鋼化處理。至于鋼化玻璃的自爆問題可通過以下途徑解決：其一是結(jié)構(gòu)玻璃原片必須采用超白浮法玻璃中的優(yōu)等品。其二是適度鋼化，即鋼化玻璃允許碎片數(shù)應(yīng)在30—90粒之間。其三是鋼化玻璃表面壓應(yīng)力應(yīng)均勻，即表面壓應(yīng)力最大值和最小值之差不應(yīng)超過15MPa。其四是結(jié)構(gòu)玻璃鋼化后必須進(jìn)行均質(zhì)處理。其五是玻璃板邊部精磨、拋光。采用這些措施，結(jié)構(gòu)玻璃的自爆率應(yīng)當(dāng)極低。
結(jié)構(gòu)玻璃應(yīng)采用夾層玻璃。一般夾層玻璃可采用PVB膠片（詞條“PVB膠片”由行業(yè)大百科提供），但是結(jié)構(gòu)玻璃必須采用SGP膠片，因為SGP的粘接性更強，且均有一定的殘余強度，由SGP膠片構(gòu)成的夾層玻璃的剛度更大。夾層玻璃都有疊差，一般夾層玻璃的疊差較大，對于大板面夾層玻璃，最大疊差可達(dá)6mm。作為結(jié)構(gòu)玻璃，夾層玻璃的疊差非常小，不得超過1.0mm，特別是孔邊的疊差更是嚴(yán)格限制，因為要保證組成夾層玻璃的多片玻璃共同工作，同時受力，玻璃板孔邊必須保證疊差極小。結(jié)構(gòu)玻璃的孔必須進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，保證孔周受力均勻。
3 加工設(shè)備要求
(1)裁切、磨邊拋光設(shè)備
目前沒有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定多大的玻璃板為超大尺寸，一般認(rèn)為玻璃板一邊邊長超過8m即為超大尺寸玻璃。如此大的板面，邊長偏差要求小于1.0mm，采用一般裁切設(shè)備根本做不到，必須采用加工中心進(jìn)行加工，因為加工中心的設(shè)備精度達(dá)到小數(shù)點后第八位，見圖1。
圖1玻璃加工中心
超大尺寸玻璃板的精磨邊和拋光對磨邊機的要求也比通常的磨邊機要求。超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃磨邊時不但要控制好尺寸公差，還要嚴(yán)格控制磨邊質(zhì)量。寬度邊尺寸控制在±1.0mm,高度邊的尺寸公差控制在±2.0mm，對角線控制在對角線長度的0.05%，倒棱寬度控制在2.0mm±0.5mm。超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃必須進(jìn)行精磨邊處理，端面須精磨光亮，多片玻璃的疊差控制在1.0mm以內(nèi)。
(2)鋼化設(shè)備
目前鋼化設(shè)備最大的加工能力為3660mm*18000mm，超大尺寸鋼化玻璃不但要控制好鋼化玻璃的表面應(yīng)力，還要控制好鋼化玻璃的平整度和外觀視覺效果。
超大尺寸鋼化設(shè)備要求鋼化玻璃的外觀質(zhì)量和視覺效果，即必須保證鋼化玻璃的碎片數(shù)為30—90之間，鋼化玻璃的表面應(yīng)力必須大于90MPa，且鋼化玻璃表面應(yīng)力的最大值和最小值之差小于15MPa。對鋼化爐內(nèi)各點的溫度差不得超過5度，并且要求快速均勻加熱，迅速冷卻，風(fēng)壓（詞條“風(fēng)壓”由行業(yè)大百科提供）偏差不得超過2MPa，需要快速出爐從而形成鋼化玻璃的表面應(yīng)力。超大尺寸鋼化玻璃的平整度控制在0.005%以內(nèi)，同時要求超大尺寸玻璃的外觀視覺效果，不得存在明顯的變形和風(fēng)斑不均現(xiàn)象。滾波紋的變形邊部控制在0.08mm/300mm，中部波形控制在0.04mm/300mm，并要求輥波紋平行于底邊。外觀質(zhì)量：距1米處目視觀察不得出現(xiàn)明顯的麻點和局部片狀或團(tuán)裝的應(yīng)力斑，鋼化后的玻璃不得出現(xiàn)白霧缺陷。圖2鋼化玻璃表面壓應(yīng)力的實際測量結(jié)果，15米鋼化玻璃應(yīng)力值最大99MPa、最小90MPa，應(yīng)力差9MPa。圖3為鋼化玻璃的碎片。
超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃必須采用均質(zhì)鋼化玻璃，均質(zhì)過程中的溫度必須達(dá)到290度±10度，在此條件下保溫（詞條“保溫”由行業(yè)大百科提供）至少2小時(建議保溫150分鐘，因為超大尺寸玻璃面積大，受熱不均勻，超大版玻璃自身重，為了保證恒溫均勻)，在保溫過程中時刻監(jiān)控記錄保溫時的溫度變化情況，降溫時達(dá)到70度以下，均質(zhì)采用的熱電偶必須經(jīng)過專業(yè)校準(zhǔn)，并要求每年校準(zhǔn)一次，超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃均質(zhì)時必須在玻璃表面貼熱電偶，并按照均質(zhì)要求的位置和數(shù)量進(jìn)行張貼。均質(zhì)完成后要對均質(zhì)的玻璃提供完整的均質(zhì)報告，否則判定均質(zhì)處理不合格。
(3)高壓釜（詞條“高壓釜”由行業(yè)大百科提供）
超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃必須采用離子型中間層做為夾層玻璃的中間層，在加工中必須采用高溫高壓并進(jìn)行封邊處理，具有高強度的抗彎性能和超強的撞擊性能，同時具有破碎后不倒塌的優(yōu)點。
超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃必須有一層離子型中間層或多次離子型中間層構(gòu)成，需具備結(jié)構(gòu)玻璃的設(shè)計要求。夾層必須在十萬級以上的凈化室內(nèi)進(jìn)行合片，合片室須有溫濕度控制裝置，并保持正壓，光線充足良好。結(jié)構(gòu)玻璃表面必須進(jìn)行清洗，并且不殘留其它異物，合片前對玻璃表面進(jìn)行目視檢查，對離子型中間層進(jìn)行目視檢查，對異物及時清除。
合片時保證結(jié)構(gòu)玻璃的底邊和可見邊的疊差，對多層玻璃合片時需保證夾層玻璃的厚度方向與玻璃表面垂直，合片后預(yù)留1-2mm的中間層，由于玻璃板面較大，合片后需對玻璃邊緣進(jìn)行簡單的固定（詞條“固定”由行業(yè)大百科提供）。超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃必須在真空狀態(tài)下進(jìn)行加工，保證夾層玻璃的中間層充分融化并粘接。對夾層結(jié)構(gòu)玻璃進(jìn)行涂刷封邊劑處理，減少夾層玻璃因中夾層吸收空氣中的水分而影響玻璃的使用壽命。
超大尺寸高壓釜在提升氣壓和穩(wěn)壓方面都有更高的要求，要在恒溫、恒濕、正壓、10萬級潔凈合片室進(jìn)行合片，對于厚度100mm的玻璃，在SGP夾層拼接技術(shù)上，視覺無缺陷，拼接縫肉眼達(dá)到不可視 。圖4為合片室，圖5為夾層玻璃孔邊質(zhì)量，圖6為夾層玻璃邊部質(zhì)量。
超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃板應(yīng)用的主要構(gòu)件之一為點支式玻璃幕墻的玻璃肋。玻璃肋支承的點式玻璃幕墻往往被誤認(rèn)為全玻幕墻。玻璃肋支承的點式玻璃幕墻與全玻幕墻有較大的差異。圖7為玻璃肋支承的點式玻璃幕墻，圖8為全玻幕墻。全玻幕墻的面板玻璃和玻璃肋各自獨立安裝，兩者雖然相互支承，但各自的垂直荷載（詞條“垂直荷載”由行業(yè)大百科提供）由自身承擔(dān)，玻璃肋只承擔(dān)面板玻璃承受的水平荷載。如果玻璃肋發(fā)生破裂，表面玻璃不會墜落，因為表面玻璃獨自安裝在結(jié)構(gòu)上，因此全玻幕墻一般不會發(fā)生整體坍塌、墜落的事故。但玻璃肋支承的點式玻璃幕墻則不同，面板玻璃安裝在玻璃肋上，玻璃肋不但要承擔(dān)自身的重力荷載，還要承擔(dān)面板玻璃的重力荷載及面板玻璃所承受的水平荷載。如果玻璃肋發(fā)生破裂，面部玻璃就失去支撐，面部玻璃就會墜落，甚至發(fā)生幕墻整體坍塌墜落。因此玻璃肋支承的點式玻璃幕墻其安全性要求是極高的，也正因為如此，玻璃肋破裂的事故也是最多的。玻璃肋破裂的原因很多，如玻璃加工質(zhì)量不滿足要求、玻璃肋構(gòu)造不合理、設(shè)計計算錯誤、裝配應(yīng)力過大等。本文主要討論玻璃加工質(zhì)量不滿足要求導(dǎo)致的玻璃肋破裂，其他原因造成的玻璃肋破裂留待后續(xù)文章闡述。
玻璃肋破裂一部分表現(xiàn)為鋼化玻璃的自爆，其原因有：選擇普通平板玻璃（詞條“普通平板玻璃”由行業(yè)大百科提供），沒有選擇超白浮法玻璃中的優(yōu)等品;鋼化度過高，最大碎片顆粒數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過90粒;玻璃板邊部沒有精磨、拋光。其他原因還有玻璃板邊部碰傷嚴(yán)重;玻璃板裁切尺寸偏差大。玻璃肋破裂另外一部分原因：1.安裝方式不當(dāng)，使用金屬件直接接觸玻璃。2.結(jié)構(gòu)玻璃局部受力或受力不均，造成局部應(yīng)力過大。
(1)原片玻璃質(zhì)量
近年來，建筑鋼化玻璃自爆現(xiàn)象比較普遍，為降低鋼化玻璃自爆率，國家發(fā)布了《建筑門窗幕墻用鋼化玻璃》JG/T455產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。在該標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，應(yīng)用幕墻鋼化玻璃的原片玻璃應(yīng)采用超白浮法玻璃中的一等品或優(yōu)等品，平板玻璃應(yīng)采用優(yōu)等品。對于超大尺寸結(jié)構(gòu)鋼化玻璃應(yīng)采用超白浮法玻璃中的優(yōu)等品。但實際工程中，采用平板玻璃的工程很多，造成鋼化玻璃自爆現(xiàn)象嚴(yán)重，有些玻璃還沒有安裝就發(fā)生自爆。鋼化玻璃原片品質(zhì)的優(yōu)劣是鋼化玻璃是否自爆的決定性因素，要保證超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃應(yīng)用的安全性，保證玻璃正常條件下使用無自爆，鋼化玻璃原片必須采用超白浮法玻璃中的優(yōu)等品。
(2)均質(zhì)處理
經(jīng)均質(zhì)處理的鋼化玻璃，其自爆率是極低的。由于鋼化玻璃是否經(jīng)過均質(zhì)處理無法檢測，造成在實際工程中，盡管對鋼化玻璃有均質(zhì)要求，但實際上并未對鋼化玻璃進(jìn)行均質(zhì)處理，造成鋼化玻璃自爆率居高不下。對于超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃，必須進(jìn)行均質(zhì)處理。
(3)適度鋼化
鋼化度高，鋼化玻璃自爆率就高，這是無可爭論的客觀事實。《建筑門窗（詞條“門窗”由行業(yè)大百科提供）幕墻用鋼化玻璃》JG/T455產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鋼化玻璃允許碎片數(shù)應(yīng)在30—90粒之間。對于超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃，要保證鋼化玻璃允許碎片數(shù)位于在30—90粒之間，對鋼化爐和鋼化工藝都有嚴(yán)格的要求。在實際工程中，許多自爆率高的工程，鋼化玻璃的碎片數(shù)都遠(yuǎn)超90粒上限。
(4)邊部加工質(zhì)量
建筑門窗幕墻用鋼化玻璃》JG/T455產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，鋼化玻璃應(yīng)進(jìn)行三邊精磨。對于超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃應(yīng)進(jìn)行三邊拋光處理。但在實際工程中，邊部加工質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到這一要求，造成玻璃破裂現(xiàn)象嚴(yán)重。
(5)玻璃邊部碰傷嚴(yán)重
鋼化玻璃邊部不但要精加工，還要在運輸、儲存、安裝等一切環(huán)節(jié)中妥善保護(hù)。玻璃邊部碰傷嚴(yán)重，玻璃的破裂就難以避免了。
(6)尺寸偏差大
玻璃板尺寸偏差大，特別是孔邊的疊差大是造成實際工程中玻璃肋破裂的主要原因。圖9和圖10是實際工程中玻璃肋出現(xiàn)自爆案例的圖片。
玻璃肋的原片玻璃為平板玻璃，邊部加工粗糙，邊部碰傷嚴(yán)重，孔邊疊差較大，這樣的玻璃是無法滿足工程要求的，出現(xiàn)破裂是很正常的。
5 結(jié)束語
超大尺寸結(jié)構(gòu)玻璃不僅用于玻璃肋支承的點支式玻璃幕墻，也用于全玻幕墻的玻璃肋和無肋全玻幕墻，各自的設(shè)計計算要點、構(gòu)造要點和安裝要點等將在后續(xù)文章中詳述。
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