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摘要：古往今來，安全都關乎生死，需要未雨綢繆。幕墻作為建筑外表皮，對建筑內的居民和建筑外的行人都有可能產生傷害。好的幕墻設計方案會根據建筑形體、建筑材料（詞條“建筑材料”由行業大百科提供）、建筑功能等進行梳理，確定幕墻的安全隱患，以安全要素分析法為基礎，綜合考慮安全與成本、外飾效果等因素的關系，通過科學的設計，將安全風險降到最低。幕墻安全需要各方共同努力，以科學的方法進行全過程的管控。
關鍵詞：安全要素、破壞、脫落、接觸
1.引語
曲突徙薪出自《漢書•霍光傳》，意思是把煙囪改建成彎的，把灶旁的柴草搬走。比喻事先采取措施，才能防止災禍。“臣聞客有過主人者，見其灶直突，傍有積薪。客謂主人，更為曲突，遠徙其薪，不者且有火患，主人嘿然不應。俄而家果失火，鄰里共救之，幸而得息。”
曲突徙薪
古往今來，安全都關乎生死，需要未雨綢繆，在事故發生前進行杜絕。在現代建筑中，建筑的安全首先依賴于好的設計，好的設計可以在建筑早期將安全隱患杜絕。近些年，在建筑幕墻設計中出現了一些好的構造設計措施，正在逐步改善幕墻可能產生的安全隱患，并推動幕墻相關規范進行了更新。
2.常見的幕墻安全隱患
2.1 幕墻構件脫落對行人的傷害
近些年關于玻璃自爆后下對下方行人車輛造成傷害的新聞經常出現，更有甚者出現了開啟扇整體脫落，造成人員死亡的案例。這些都是典型的因為幕墻產生的安全隱患。
廣州太古匯玻璃五年七次自爆深圳福田某小區開啟扇脫落，砸中五歲男童
幕墻大部分應用在了超高層建筑，超高層建筑上脫落的物體隨著高度的增加造成的傷害越來越大，甚至達到了子彈對人體的傷害。工地上的高空墜物可以輕松擊穿安全帽。
墜落傷害示意 高空墜物擊穿安全帽
2.2幕墻作為維護結構失效引起的傷害
隨著人們對建筑通透性的不斷追求，落地窗出現在了越來越多的建筑中，而且目前的規范逐步放寬了幕墻內部防護欄桿的限制，如上海地標（詞條“地標”由行業大百科提供）中有如下規定：
這樣玻璃作為保護建筑內部人員的唯一措施，其安全性就顯得尤為重要。
2.3高空火災
一般高層建筑每層為一個防火分區，幕墻作為建筑的外圍護構件，起到了防止火和煙進入相鄰樓層的作用。這就對幕墻與結構之間的層間封堵提出了很高的要求。
目前已經發生多起高層建筑火災蔓延的事件。
鄭州某高層失火
2.4 雨棚坍塌
近些年出現了多起雨棚坍塌的事故，如上海某酒店、合肥汽車站臺等。在社會上引起了廣泛關注。
上海某酒店入口雨棚坍塌
雨棚作為主入口上方的遮擋構件，位于人員進出的核心位置，其可能造成的傷害是巨大的。而雨棚作為懸挑構件，屬于極易破壞的結構形式。兩者結合考慮，就對雨棚的安全提出了很高的要求。
3.影響建筑幕墻安全的因素
影響建筑幕墻安全的因素主要有以下方面：
材料缺陷
設計構造不合理
不按圖施工
不可抗力的影響
4.幕墻安全設計新理念--安全要素分析法
幕墻安全設計針對傷害產生的要素進行分析
幕墻對人的傷害需要以下幾個條件：
幕墻自身破壞
幕墻脫落
脫落構件與人接觸
要想避免幕墻對人的傷害，只需要針對以上三個條件進行設計，消除其中任何一個條件都可以保證人的安全。
比如在防止鋼化玻璃自爆傷人的問題上就有多種解決方案，在防止幕墻自身破壞方面可以采用半鋼化夾膠玻璃，半鋼化夾膠玻璃不會自爆破壞。在防止幕墻脫落方面可以采用SGP夾膠做法，SGP夾膠玻璃在破碎后仍然有剩余強度，不會脫落。在避免脫落構件與人接觸方面可以在入口及人員活動區域設置挑檐，保護下方的人員。
5.避免幕墻自身破壞的方式
4.1 安全系數的預留
在幕墻結構計算（詞條“幕墻結構計算”由行業大百科提供）中，荷載的取值、組合，材料的強度取值等已經考慮了一部分的安全預留。在最新的《建筑結構可靠性設計統一標準》GB50086-2018中，調整了建筑結構安全度的設置水平，提高了相關作用分項系數的取值，進一步提高了結構設計（詞條“結構設計”由行業大百科提供）的安全水平。
對于特別重要的項目，在結構計算中，會在強度和撓度（詞條“撓度”由行業大百科提供）限值中預留盡可能多的余量，保證結構的安全。
雨棚鋼架應力云圖
要充分考慮各種不利因素，對設計構造進行加強。
臺風天氣鋁板脫落
4.2 可能引起材料破壞的因素的整理及對應考慮措施
埋件（詞條“埋件”由行業大百科提供）-轉接件-立柱-橫梁-面板-裝飾條（詞條“裝飾條”由行業大百科提供），自內向外，荷載相互傳遞，任何構件的破壞都是幕墻可能面對的安全隱患。
4.2.1 埋件
埋件是整個幕墻系統的生根點，主要包括預埋件與后置埋件兩種情況。
預埋件后置埋件
埋件需要重點關注以下方面：
①埋件的加工質量
預埋件的加工質量需要重點關注，有些工程的平板埋件錨筋（詞條“錨筋”由行業大百科提供）與錨板焊接很弱，能輕易敲下來，后患無窮。建議錨筋與錨板采用塞孔焊，保證焊接質量。
對于后補埋件，建議采用后切底機械錨栓，如果采用化學錨栓，化學錨栓必須為定型化學錨栓，且需要避免焊接引起的溫度變化對化學錨栓的影響。
②與主體結構的連接關系
預埋件需要重點關注錨固深度、錨筋邊距等影響因素。對于鋼結構，工字鋼側邊鋼板（詞條“鋼板”由行業大百科提供）建議在工廠進行預先安裝，避免現場焊接引起主體鋼結構應力和變形。
后補埋件要根據拉拔力設計值進行拉拔試驗，確保強度。
化學錨栓拉拔試驗拉拔破壞
4.2.2 轉接件
轉接件作為幕墻龍骨的生根點，除了自身強度滿足要求之外，與埋件的焊接質量也很重要。現場實際施工中，經常存在對轉接件的切割和削弱，影響轉接件的受力強度。
轉接件加工質量不好
為了保證鋼轉接件的加工質量，要避免現場加工。同時相比折彎鋼板轉接件，槽鋼轉接件不需要折彎，只需要開孔，質量容易保證，建議優先采用。
對于懸挑較大部位，荷載會對轉接件根部產生較大彎矩，需要進行加強處理。如下圖所示，轉接件采用了斜拉撐進行加強。
懸挑較大部位的轉接件加強
4.2.3 立柱
立柱的破壞形式主要有以下形式：
強度破壞
壓彎失穩
側向失穩
在設計中需要重點關注以下內容：
①雙跨連接
立柱的雙跨連接能夠有效減少立柱的撓度變形，減小立柱規格，但是第二支點反力很大，不建議大面積采用，可局部樓層使用。同時雙跨設計中要考慮長短跨比，避免短跨過小。
②大跨度鋼框龍骨的穩定性
為了防止大跨度鋼豎框運輸和吊裝過程發生變形，建議將立柱和橫梁焊接成一榀鋼架，整體吊裝，增強整體剛度。
大跨度鋼立柱焊接成一榀鋼架
③考慮大裝飾條對立柱的影響，同時對應的埋件和轉接件也要考慮側向限位措施。
大裝飾條對立柱及埋件的影響
④考慮開腔型材的折減
開腔型材相比閉腔受力更不穩定，更容易失效和破壞，上海地標中也對開腔型材的強度折減進行了規定。雖然近些年通過實驗和理論分析，開腔型材因為公母立柱協同受力等因素，使其強度比規范規定的折減后的強度要強，但考慮不同項目及工況的影響，建議還是根據規范進行取值。
上海地標規定的折減系數對開腔立柱的受力分析
4.2.4 橫梁
橫梁連接需要關注以下方面：
①托條位置對橫梁受力的影響
橫梁作為支撐玻璃板塊的龍骨，主要變形來自玻璃的豎向重力，重力正常是通過托條傳遞到橫梁上的，托條的位置會影響橫梁的受力，托條越接近兩端，橫梁受力越好，同時玻璃的應力變形越大，建議托條設置在兩側1/8的位置。
②兼顧欄桿扶手的橫梁對沖擊荷載的考慮
對于一些室內不設置欄桿的部位，橫梁本身起到了欄桿的作用。在橫梁計算中，要考慮1KN的集中荷載。
③橫梁因為玻璃重力引起的扭轉
玻璃正常在橫梁的前段，會引起橫梁的扭轉變形。建議橫梁與立柱的連接件設置至少三個螺栓或者螺釘，避免橫梁扭轉翹尾。
4.2.5 面板
面板的安全需要關注以下方面：
①面板材料的選擇
當多種材料都可以實現近似的效果，建議選用更加安全的材料。如吊頂部位如果要求為石材效果，可以考慮采用蜂窩石材，或者通過鋁板做仿石材噴涂等來實現。
仿石材涂料仿石材氟碳噴涂鋁板蜂窩石材
②面板材料的自由伸縮
幕墻構造上要充分考慮板塊的自由伸縮，避免板塊與龍骨等材料硬性接觸。板塊四周的伸縮間隙要滿足幕墻的平面內變形要求。板塊的伸縮距離要進行綜合分析，槽口、壓塊、附框等之間的距離取最小值就是板塊的可變形距離。
明框玻璃的伸縮隱框玻璃的伸縮
③構造措施
對于板塊的脆弱部位要采用安全可靠的連接方式，比如石材要避免采用挑件，避免石材尖角部位的破壞。轉角小塊石材的拼接不能完全依靠石材膠進行粘接，建議通過背栓及鋁合金轉接件進行拼接。對于進行了刨槽處理的金屬板，需要對刨槽部位進行加強，采用結構膠或者邊框進行加強。
石材板塊設計缺陷
4.2.6 裝飾條
裝飾條設計需要重點關注：
①材質的選擇
同時裝飾條作為懸挑構件，其破壞的風險及可能產生的后果都大于大面材料，所以裝飾條應選用不易破壞的材料，對于玻璃、石材等脆性材料要謹慎采用，如果一定要用，需要針對性的增加構造安全措施，比如玻璃采用SGP膠片，石材設置背襯或者增加連接掛點等。
②生根安全
裝飾條正常是通過轉接件與立柱或者橫梁進行連接。轉接件的連接宜采用型材咬合與螺釘或者螺栓限位相結合的方式。
應避免將裝飾條在風荷載下的變形應力傳遞到玻璃上，避免將壓板作為固定外側裝飾條的構件，應該從立柱中單獨伸出轉接件進行連接。
單元幕墻（詞條“單元幕墻”由行業大百科提供）裝飾條生根框架（詞條“框架”由行業大百科提供）幕墻裝飾條生根
③裝飾條對防火的影響
外側裝飾條設置過密，消防救援窗（詞條“窗”由行業大百科提供）部位需要對應的可拆卸或者可開啟，滿足消防救援尺寸要求。
裝飾條可開啟設計
5.避免幕墻構件脫落的方式
幕墻構件的脫落主要是面板材料的脫落，主要是材料面板和開啟窗扇及門扇兩種情況。
5.1 材料面板的脫落
目前常用的防止材料面板脫落的方法主要包括在材料破壞后仍然保持材料的完整性，同時設置附件的連接點，用于防止板塊掉落。
如石材幕墻在吊掛部位或者人員密集的重要部位，會在內側設置玻璃纖維耐堿網格布。對于比較重要的項目或者石材厚度比較厚的項目，可以考慮背襯金屬板。同時在石材上設置防墜鏈，一端通過背栓與石材連接，另一端與主題鋼架連接，避免石材掛接失效引起的板塊的脫落。
觀音圣壇項目石材防墜鏈石材背襯網格布
對于玻璃產品，為了防止鋼化玻璃自爆之后板塊掉落，可以采用夾膠玻璃，夾膠玻璃能夠保證板塊的整體性。
5.2 開啟窗扇及門（詞條“門”由行業大百科提供）扇
5.2.1 開啟扇的防脫措施
目前開啟扇主要有上懸窗（詞條“上懸窗”由行業大百科提供）、平推窗、平開窗、推拉窗（詞條“推拉窗”由行業大百科提供）等形式。其中上懸窗、平推窗、平開窗的窗系統比較類似，開啟扇是通過五金或者掛接與窗框進行連接，推拉窗則是靠窗扇與窗框之間的相互配合實現限位。
好的設計可以提高安全性能，如傳統掛鉤式上懸窗上側的防脫塊在施工的時候存在漏裝的可能，目前出現了新的設計方案，銷軸式連接，更加安全。
掛鉤式開啟扇節點銷軸式開啟扇節點
通過摩擦鉸鏈等五金件連接的窗，通過螺釘將五金件與窗邊框連接，螺釘存在拉拔破壞的風險。螺釘部位需要內襯鋁墊塊，提高螺釘的拉拔性能。同時可以增加防脫鏈，在開啟扇脫落的時候將窗吊住，避免掉落。
摩擦鉸鏈拉拔破壞開啟扇防脫鏈
5.2.2 地彈門的防脫措施
地彈門正常位于一層的主入口部位，是人員最密集的區域，目前已經發生多起地彈門的破壞案例。地彈門的破壞主要是地彈門生根點的破壞。地彈門下部設置地彈簧，上部設置轉軸連接點。轉軸正常固定在上口橫梁部位，橫梁是否安全會影響地彈門的安全，該部位橫梁建議采用立柱型材，且在內部設置鋼襯板，用于加強轉軸與橫梁的連接部位。同時與開啟扇設置的防脫鏈類似，地彈門也有類似的防脫鏈做法，通常設置在室內，考慮到地彈門整體的重量比開啟扇重很多，防脫鏈也會進行加強加粗處理。
地彈門頂部加強措施 地彈門防脫鏈
5.3 單元板（詞條“單元板”由行業大百科提供）塊的防脫
單元板塊是依靠掛接和相互插接實現板塊的連接的，單元掛件關系到整個板塊的安全，在單元掛件設計中，除了要考慮三維六項調節，還要考慮單元板塊的防脫落措施，提高板塊在地震作用下的安全性能。
5.4 雨棚的構造安全
近些年出現了多起雨棚坍塌的事故，如深圳龍崗某酒店、合肥公交站臺等。在社會上引起了廣泛關注。
深圳龍崗區某酒店入口雨棚坍塌 合肥公交站臺坍塌
其中深圳龍崗酒店雨棚坍塌原因如下：
該雨棚結構無正規設計，計算承載力不滿足安全使用要求，且施工環節降低質量標準，關鍵節點薄弱，焊縫質量粗糙，并違規對雨棚結構進行改造，以上是造成雨棚結構整體坍塌的主要原因。
涂層厚度偏薄、耐久性差，導致構件及節點銹蝕，加之疏于日常維護，導致結構安全性能進一步降低。
強降雨是造成雨棚坍塌的直接誘因。
合肥公交站臺坍塌原因如下：
連接公交站亭頂板（詞條“頂板”由行業大百科提供）與立柱的承托弓鑄鋁件強度不足，發生斷裂，造成頂板倒塌。
雨棚作為懸挑構件，屬于極易破壞的結構形式。目前雨棚的安全主要通過限制雨棚的懸挑尺寸、增加拉桿、關注生根安全、鋼結構整體建模等措施進行綜合控制。以下為上海《建筑幕墻工程技術標準》DG/TJ 08-56-2019中關于雨棚的要求。
上海地標關于幕墻懸挑尺寸的要求
6.避免脫落構件與人接觸的方式
在建筑方案設計階段，就要考慮幕墻破壞可能對下方人員產生的傷害，可以采用綠地等設計，將人員活動范圍限制在傷害可能產生的范圍以外。同時可以通過設置挑檐、雨棚等做法，減少主入口等部位的風險。
同時對于玻璃雨（詞條“玻璃雨”由行業大百科提供）棚、采光頂等水平玻璃構件，要避免玻璃倒吊設計，玻璃要安裝在龍骨的上端，避免玻璃破碎后直接墜落傷人。同時建議在玻璃下側設置格柵，用于玻璃破碎后托住玻璃，避免傷人。
雨棚玻璃下面設置鋁合金格柵
7.其它安全設計新技術
7.1 傳統建造工藝的現代安全加強措施
傳統建造工藝仍然使用在某些特定建筑中，比如砌筑石材在傳統佛教建筑的應用。在傳統砌筑石材的基礎上，通過現代特制石材砌筑膠粘劑、不銹鋼拉結件等新措施，能夠提高砌筑石材的抗震性能，提高安全性能。
觀音圣壇砌筑石材 抗震拉結件設計
7.2 改造建筑幕墻安全
幕墻最早出現在上個世紀90年代，目前市場上出現了一批使用年限超過20年的幕墻產品 ，正常幕墻的使用年限為25年，鑒于早期幕墻技術的不成熟和幕墻材料（詞條“幕墻材料”由行業大百科提供）的缺陷，很多比較老的幕墻項目需要進行后期改造。早期為非幕墻構造的建筑也有很多通過改造將外立面調整為了幕墻。對于改造建筑，幕墻在構造安全方面需要重點關注幕墻的生根安全。改造建筑的結構一般為老結構，如老的混凝土結構在施工之前需要進行檢查，并提供混凝土檢測報告，后置埋件需要進行拉拔試驗，確保埋件生根安全。早期的埋件因為銹蝕等原因，質量不可靠，所以改造建筑在條件允許的情況下，不應使用老的埋件。
老結構的檢測
7.3 鋼化玻璃自爆的新研究
隨著對鋼化玻璃破壞的深入研究，我們發現鋼化玻璃破壞后并不總是分解為危害小的顆粒，也就是會出現裂而不碎的大塊玻璃，成為“鋼化玻璃被”，這種形態的玻璃如果從高空墜落，帶來的危害是災難性的。出現這種情況的原因是玻璃板塊越來越大，對應的玻璃厚度越來越厚，阻礙了鋼化玻璃自爆后的碎片化。
還有一個研究發現就是并不是所有的鋼化玻璃破壞都是自爆，鋼化玻璃自爆是硫化鎳粒子相變引起的，張應力是引起硫化（詞條“硫化”由行業大百科提供）鎳粒子相變膨脹的必要條件。傳統意義上認為的鋼化玻璃千分之三的自爆概率其實來自硫化鎳粒子的存在概率，硫化鎳存在并不一定會引起自爆。目前大部分鋼化玻璃破壞是玻璃中的結石、氣泡、雜質等處在應力集中區域而引起的斷裂破壞。判斷是否是鋼化玻璃自爆的方法是看玻璃破壞是否產生蝴蝶裂紋及對應的裂暴點是否有有色硫化鎳粒子顆粒。
鋼化玻璃裂紋
7.4防火設計
超高層建筑因為高度原因，超過了消防登高車的滅火范圍，一旦著火，很難撲滅。
幕墻作為建筑的外圍護結構，在火災中主要起到不同防火分區之間相互隔離，避免火災蔓延的作用。層間部位作為上下層之間的分隔，除了避免下層的火蔓延到上一層，還需要避免下層的煙通過層間進入上一層。根據最新的《建筑設計防火規范》GB 50016-2014(2018年版) 的要求，層間需要設置兩道防火，防火棉高度為200mm.防火棉要做好保護，避免受潮破壞。
防火規范圖集 防火棉受潮
同時為了更好的防煙，建議層間采用彈性防火封堵，如防火密封漆等。
防煙密封漆施工
8.結語
人類生活在建筑組成的森林，幕墻作為建筑的表皮，其安全影響著所有在城市生活的人們。沒有百分之百的安全，也沒有萬無一失的措施，我們所能做的是采用科學的方法，以安全要素分析法為基礎，針對幕墻可能產生的安全問題進行逐項梳理，通過合理的設計，在不影響幕墻美觀性和保證成本的情況下，盡可能的提高幕墻的安全性能，降低傷害可能發生的概率。幕墻安全也不是僅僅是設計階段，后期的施工也是重中之重，需要設計師與業主、監理單位、施工單位等共同協作，進行全過程的管理和把控。
作者單位：蘇州金螳螂幕墻有限公司
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