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摘要：古往今来，安全都关乎生死，需要未雨绸缪。幕墙作为建筑外表皮，对建筑内的居民和建筑外的行人都有可能产生伤害。好的幕墙设计方案会根据建筑形体、建筑材料（词条“建筑材料”由行业大百科提供）、建筑功能等进行梳理，确定幕墙的安全隐患，以安全要素分析法为基础，综合考虑安全与成本、外饰效果等因素的关系，通过科学的设计，将安全风险降到最低。幕墙安全需要各方共同努力，以科学的方法进行全过程的管控。
关键词：安全要素、破坏、脱落、接触
1.引语
曲突徙薪出自《汉书•霍光传》，意思是把烟囱改建成弯的，把灶旁的柴草搬走。比喻事先采取措施，才能防止灾祸。“臣闻客有过主人者，见其灶直突，傍有积薪。客谓主人，更为曲突，远徙其薪，不者且有火患，主人嘿然不应。俄而家果失火，邻里共救之，幸而得息。”
曲突徙薪
古往今来，安全都关乎生死，需要未雨绸缪，在事故发生前进行杜绝。在现代建筑中，建筑的安全首先依赖于好的设计，好的设计可以在建筑早期将安全隐患杜绝。近些年，在建筑幕墙设计中出现了一些好的构造设计措施，正在逐步改善幕墙可能产生的安全隐患，并推动幕墙相关规范进行了更新。
2.常见的幕墙安全隐患
2.1 幕墙构件脱落对行人的伤害
近些年关于玻璃自爆后下对下方行人车辆造成伤害的新闻经常出现，更有甚者出现了开启扇整体脱落，造成人员死亡的案例。这些都是典型的因为幕墙产生的安全隐患。
广州太古汇玻璃五年七次自爆深圳福田某小区开启扇脱落，砸中五岁男童
幕墙大部分应用在了超高层建筑，超高层建筑上脱落的物体随着高度的增加造成的伤害越来越大，甚至达到了子弹对人体的伤害。工地上的高空坠物可以轻松击穿安全帽。
坠落伤害示意 高空坠物击穿安全帽
2.2幕墙作为维护结构失效引起的伤害
随着人们对建筑通透性的不断追求，落地窗出现在了越来越多的建筑中，而且目前的规范逐步放宽了幕墙内部防护栏杆的限制，如上海地标（词条“地标”由行业大百科提供）中有如下规定：
这样玻璃作为保护建筑内部人员的唯一措施，其安全性就显得尤为重要。
2.3高空火灾
一般高层建筑每层为一个防火分区，幕墙作为建筑的外围护构件，起到了防止火和烟进入相邻楼层的作用。这就对幕墙与结构之间的层间封堵提出了很高的要求。
目前已经发生多起高层建筑火灾蔓延的事件。
郑州某高层失火
2.4 雨棚坍塌
近些年出现了多起雨棚坍塌的事故，如上海某酒店、合肥汽车站台等。在社会上引起了广泛关注。
上海某酒店入口雨棚坍塌
雨棚作为主入口上方的遮挡构件，位于人员进出的核心位置，其可能造成的伤害是巨大的。而雨棚作为悬挑构件，属于极易破坏的结构形式。两者结合考虑，就对雨棚的安全提出了很高的要求。
3.影响建筑幕墙安全的因素
影响建筑幕墙安全的因素主要有以下方面：
材料缺陷
设计构造不合理
不按图施工
不可抗力的影响
4.幕墙安全设计新理念--安全要素分析法
幕墙安全设计针对伤害产生的要素进行分析
幕墙对人的伤害需要以下几个条件：
幕墙自身破坏
幕墙脱落
脱落构件与人接触
要想避免幕墙对人的伤害，只需要针对以上三个条件进行设计，消除其中任何一个条件都可以保证人的安全。
比如在防止钢化玻璃自爆伤人的问题上就有多种解决方案，在防止幕墙自身破坏方面可以采用半钢化夹胶玻璃，半钢化夹胶玻璃不会自爆破坏。在防止幕墙脱落方面可以采用SGP夹胶做法，SGP夹胶玻璃在破碎后仍然有剩余强度，不会脱落。在避免脱落构件与人接触方面可以在入口及人员活动区域设置挑檐，保护下方的人员。
5.避免幕墙自身破坏的方式
4.1 安全系数的预留
在幕墙结构计算（词条“幕墙结构计算”由行业大百科提供）中，荷载的取值、组合，材料的强度取值等已经考虑了一部分的安全预留。在最新的《建筑结构可靠性设计统一标准》GB50086-2018中，调整了建筑结构安全度的设置水平，提高了相关作用分项系数的取值，进一步提高了结构设计（词条“结构设计”由行业大百科提供）的安全水平。
对于特别重要的项目，在结构计算中，会在强度和挠度（词条“挠度”由行业大百科提供）限值中预留尽可能多的余量，保证结构的安全。
雨棚钢架应力云图
要充分考虑各种不利因素，对设计构造进行加强。
台风天气铝板脱落
4.2 可能引起材料破坏的因素的整理及对应考虑措施
埋件（词条“埋件”由行业大百科提供）-转接件-立柱-横梁-面板-装饰条（词条“装饰条”由行业大百科提供），自内向外，荷载相互传递，任何构件的破坏都是幕墙可能面对的安全隐患。
4.2.1 埋件
埋件是整个幕墙系统的生根点，主要包括预埋件与后置埋件两种情况。
预埋件后置埋件
埋件需要重点关注以下方面：
①埋件的加工质量
预埋件的加工质量需要重点关注，有些工程的平板埋件锚筋（词条“锚筋”由行业大百科提供）与锚板焊接很弱，能轻易敲下来，后患无穷。建议锚筋与锚板采用塞孔焊，保证焊接质量。
对于后补埋件，建议采用后切底机械锚栓，如果采用化学锚栓，化学锚栓必须为定型化学锚栓，且需要避免焊接引起的温度变化对化学锚栓的影响。
②与主体结构的连接关系
预埋件需要重点关注锚固深度、锚筋边距等影响因素。对于钢结构，工字钢侧边钢板（词条“钢板”由行业大百科提供）建议在工厂进行预先安装，避免现场焊接引起主体钢结构应力和变形。
后补埋件要根据拉拔力设计值进行拉拔试验，确保强度。
化学锚栓拉拔试验拉拔破坏
4.2.2 转接件
转接件作为幕墙龙骨的生根点，除了自身强度满足要求之外，与埋件的焊接质量也很重要。现场实际施工中，经常存在对转接件的切割和削弱，影响转接件的受力强度。
转接件加工质量不好
为了保证钢转接件的加工质量，要避免现场加工。同时相比折弯钢板转接件，槽钢转接件不需要折弯，只需要开孔，质量容易保证，建议优先采用。
对于悬挑较大部位，荷载会对转接件根部产生较大弯矩，需要进行加强处理。如下图所示，转接件采用了斜拉撑进行加强。
悬挑较大部位的转接件加强
4.2.3 立柱
立柱的破坏形式主要有以下形式：
强度破坏
压弯失稳
侧向失稳
在设计中需要重点关注以下内容：
①双跨连接
立柱的双跨连接能够有效减少立柱的挠度变形，减小立柱规格，但是第二支点反力很大，不建议大面积采用，可局部楼层使用。同时双跨设计中要考虑长短跨比，避免短跨过小。
②大跨度钢框龙骨的稳定性
为了防止大跨度钢竖框运输和吊装过程发生变形，建议将立柱和横梁焊接成一榀钢架，整体吊装，增强整体刚度。
大跨度钢立柱焊接成一榀钢架
③考虑大装饰条对立柱的影响，同时对应的埋件和转接件也要考虑侧向限位措施。
大装饰条对立柱及埋件的影响
④考虑开腔型材的折减
开腔型材相比闭腔受力更不稳定，更容易失效和破坏，上海地标中也对开腔型材的强度折减进行了规定。虽然近些年通过实验和理论分析，开腔型材因为公母立柱协同受力等因素，使其强度比规范规定的折减后的强度要强，但考虑不同项目及工况的影响，建议还是根据规范进行取值。
上海地标规定的折减系数对开腔立柱的受力分析
4.2.4 横梁
横梁连接需要关注以下方面：
①托条位置对横梁受力的影响
横梁作为支撑玻璃板块的龙骨，主要变形来自玻璃的竖向重力，重力正常是通过托条传递到横梁上的，托条的位置会影响横梁的受力，托条越接近两端，横梁受力越好，同时玻璃的应力变形越大，建议托条设置在两侧1/8的位置。
②兼顾栏杆扶手的横梁对冲击荷载的考虑
对于一些室内不设置栏杆的部位，横梁本身起到了栏杆的作用。在横梁计算中，要考虑1KN的集中荷载。
③横梁因为玻璃重力引起的扭转
玻璃正常在横梁的前段，会引起横梁的扭转变形。建议横梁与立柱的连接件设置至少三个螺栓或者螺钉，避免横梁扭转翘尾。
4.2.5 面板
面板的安全需要关注以下方面：
①面板材料的选择
当多种材料都可以实现近似的效果，建议选用更加安全的材料。如吊顶部位如果要求为石材效果，可以考虑采用蜂窝石材，或者通过铝板做仿石材喷涂等来实现。
仿石材涂料仿石材氟碳喷涂铝板蜂窝石材
②面板材料的自由伸缩
幕墙构造上要充分考虑板块的自由伸缩，避免板块与龙骨等材料硬性接触。板块四周的伸缩间隙要满足幕墙的平面内变形要求。板块的伸缩距离要进行综合分析，槽口、压块、附框等之间的距离取最小值就是板块的可变形距离。
明框玻璃的伸缩隐框玻璃的伸缩
③构造措施
对于板块的脆弱部位要采用安全可靠的连接方式，比如石材要避免采用挑件，避免石材尖角部位的破坏。转角小块石材的拼接不能完全依靠石材胶进行粘接，建议通过背栓及铝合金转接件进行拼接。对于进行了刨槽处理的金属板，需要对刨槽部位进行加强，采用结构胶或者边框进行加强。
石材板块设计缺陷
4.2.6 装饰条
装饰条设计需要重点关注：
①材质的选择
同时装饰条作为悬挑构件，其破坏的风险及可能产生的后果都大于大面材料，所以装饰条应选用不易破坏的材料，对于玻璃、石材等脆性材料要谨慎采用，如果一定要用，需要针对性的增加构造安全措施，比如玻璃采用SGP胶片，石材设置背衬或者增加连接挂点等。
②生根安全
装饰条正常是通过转接件与立柱或者横梁进行连接。转接件的连接宜采用型材咬合与螺钉或者螺栓限位相结合的方式。
应避免将装饰条在风荷载下的变形应力传递到玻璃上，避免将压板作为固定外侧装饰条的构件，应该从立柱中单独伸出转接件进行连接。
单元幕墙（词条“单元幕墙”由行业大百科提供）装饰条生根框架（词条“框架”由行业大百科提供）幕墙装饰条生根
③装饰条对防火的影响
外侧装饰条设置过密，消防救援窗（词条“窗”由行业大百科提供）部位需要对应的可拆卸或者可开启，满足消防救援尺寸要求。
装饰条可开启设计
5.避免幕墙构件脱落的方式
幕墙构件的脱落主要是面板材料的脱落，主要是材料面板和开启窗扇及门扇两种情况。
5.1 材料面板的脱落
目前常用的防止材料面板脱落的方法主要包括在材料破坏后仍然保持材料的完整性，同时设置附件的连接点，用于防止板块掉落。
如石材幕墙在吊挂部位或者人员密集的重要部位，会在内侧设置玻璃纤维耐碱网格布。对于比较重要的项目或者石材厚度比较厚的项目，可以考虑背衬金属板。同时在石材上设置防坠链，一端通过背栓与石材连接，另一端与主题钢架连接，避免石材挂接失效引起的板块的脱落。
观音圣坛项目石材防坠链石材背衬网格布
对于玻璃产品，为了防止钢化玻璃自爆之后板块掉落，可以采用夹胶玻璃，夹胶玻璃能够保证板块的整体性。
5.2 开启窗扇及门（词条“门”由行业大百科提供）扇
5.2.1 开启扇的防脱措施
目前开启扇主要有上悬窗（词条“上悬窗”由行业大百科提供）、平推窗、平开窗、推拉窗（词条“推拉窗”由行业大百科提供）等形式。其中上悬窗、平推窗、平开窗的窗系统比较类似，开启扇是通过五金或者挂接与窗框进行连接，推拉窗则是靠窗扇与窗框之间的相互配合实现限位。
好的设计可以提高安全性能，如传统挂钩式上悬窗上侧的防脱块在施工的时候存在漏装的可能，目前出现了新的设计方案，销轴式连接，更加安全。
挂钩式开启扇节点销轴式开启扇节点
通过摩擦铰链等五金件连接的窗，通过螺钉将五金件与窗边框连接，螺钉存在拉拔破坏的风险。螺钉部位需要内衬铝垫块，提高螺钉的拉拔性能。同时可以增加防脱链，在开启扇脱落的时候将窗吊住，避免掉落。
摩擦铰链拉拔破坏开启扇防脱链
5.2.2 地弹门的防脱措施
地弹门正常位于一层的主入口部位，是人员最密集的区域，目前已经发生多起地弹门的破坏案例。地弹门的破坏主要是地弹门生根点的破坏。地弹门下部设置地弹簧，上部设置转轴连接点。转轴正常固定在上口横梁部位，横梁是否安全会影响地弹门的安全，该部位横梁建议采用立柱型材，且在内部设置钢衬板，用于加强转轴与横梁的连接部位。同时与开启扇设置的防脱链类似，地弹门也有类似的防脱链做法，通常设置在室内，考虑到地弹门整体的重量比开启扇重很多，防脱链也会进行加强加粗处理。
地弹门顶部加强措施 地弹门防脱链
5.3 单元板（词条“单元板”由行业大百科提供）块的防脱
单元板块是依靠挂接和相互插接实现板块的连接的，单元挂件关系到整个板块的安全，在单元挂件设计中，除了要考虑三维六项调节，还要考虑单元板块的防脱落措施，提高板块在地震作用下的安全性能。
5.4 雨棚的构造安全
近些年出现了多起雨棚坍塌的事故，如深圳龙岗某酒店、合肥公交站台等。在社会上引起了广泛关注。
深圳龙岗区某酒店入口雨棚坍塌 合肥公交站台坍塌
其中深圳龙岗酒店雨棚坍塌原因如下：
该雨棚结构无正规设计，计算承载力不满足安全使用要求，且施工环节降低质量标准，关键节点薄弱，焊缝质量粗糙，并违规对雨棚结构进行改造，以上是造成雨棚结构整体坍塌的主要原因。
涂层厚度偏薄、耐久性差，导致构件及节点锈蚀，加之疏于日常维护，导致结构安全性能进一步降低。
强降雨是造成雨棚坍塌的直接诱因。
合肥公交站台坍塌原因如下：
连接公交站亭顶板（词条“顶板”由行业大百科提供）与立柱的承托弓铸铝件强度不足，发生断裂，造成顶板倒塌。
雨棚作为悬挑构件，属于极易破坏的结构形式。目前雨棚的安全主要通过限制雨棚的悬挑尺寸、增加拉杆、关注生根安全、钢结构整体建模等措施进行综合控制。以下为上海《建筑幕墙工程技术标准》DG/TJ 08-56-2019中关于雨棚的要求。
上海地标关于幕墙悬挑尺寸的要求
6.避免脱落构件与人接触的方式
在建筑方案设计阶段，就要考虑幕墙破坏可能对下方人员产生的伤害，可以采用绿地等设计，将人员活动范围限制在伤害可能产生的范围以外。同时可以通过设置挑檐、雨棚等做法，减少主入口等部位的风险。
同时对于玻璃雨（词条“玻璃雨”由行业大百科提供）棚、采光顶等水平玻璃构件，要避免玻璃倒吊设计，玻璃要安装在龙骨的上端，避免玻璃破碎后直接坠落伤人。同时建议在玻璃下侧设置格栅，用于玻璃破碎后托住玻璃，避免伤人。
雨棚玻璃下面设置铝合金格栅
7.其它安全设计新技术
7.1 传统建造工艺的现代安全加强措施
传统建造工艺仍然使用在某些特定建筑中，比如砌筑石材在传统佛教建筑的应用。在传统砌筑石材的基础上，通过现代特制石材砌筑胶粘剂、不锈钢拉结件等新措施，能够提高砌筑石材的抗震性能，提高安全性能。
观音圣坛砌筑石材 抗震拉结件设计
7.2 改造建筑幕墙安全
幕墙最早出现在上个世纪90年代，目前市场上出现了一批使用年限超过20年的幕墙产品 ，正常幕墙的使用年限为25年，鉴于早期幕墙技术的不成熟和幕墙材料（词条“幕墙材料”由行业大百科提供）的缺陷，很多比较老的幕墙项目需要进行后期改造。早期为非幕墙构造的建筑也有很多通过改造将外立面调整为了幕墙。对于改造建筑，幕墙在构造安全方面需要重点关注幕墙的生根安全。改造建筑的结构一般为老结构，如老的混凝土结构在施工之前需要进行检查，并提供混凝土检测报告，后置埋件需要进行拉拔试验，确保埋件生根安全。早期的埋件因为锈蚀等原因，质量不可靠，所以改造建筑在条件允许的情况下，不应使用老的埋件。
老结构的检测
7.3 钢化玻璃自爆的新研究
随着对钢化玻璃破坏的深入研究，我们发现钢化玻璃破坏后并不总是分解为危害小的颗粒，也就是会出现裂而不碎的大块玻璃，成为“钢化玻璃被”，这种形态的玻璃如果从高空坠落，带来的危害是灾难性的。出现这种情况的原因是玻璃板块越来越大，对应的玻璃厚度越来越厚，阻碍了钢化玻璃自爆后的碎片化。
还有一个研究发现就是并不是所有的钢化玻璃破坏都是自爆，钢化玻璃自爆是硫化镍粒子相变引起的，张应力是引起硫化（词条“硫化”由行业大百科提供）镍粒子相变膨胀的必要条件。传统意义上认为的钢化玻璃千分之三的自爆概率其实来自硫化镍粒子的存在概率，硫化镍存在并不一定会引起自爆。目前大部分钢化玻璃破坏是玻璃中的结石、气泡、杂质等处在应力集中区域而引起的断裂破坏。判断是否是钢化玻璃自爆的方法是看玻璃破坏是否产生蝴蝶裂纹及对应的裂暴点是否有有色硫化镍粒子颗粒。
钢化玻璃裂纹
7.4防火设计
超高层建筑因为高度原因，超过了消防登高车的灭火范围，一旦着火，很难扑灭。
幕墙作为建筑的外围护结构，在火灾中主要起到不同防火分区之间相互隔离，避免火灾蔓延的作用。层间部位作为上下层之间的分隔，除了避免下层的火蔓延到上一层，还需要避免下层的烟通过层间进入上一层。根据最新的《建筑设计防火规范》GB 50016-2014(2018年版) 的要求，层间需要设置两道防火，防火棉高度为200mm.防火棉要做好保护，避免受潮破坏。
防火规范图集 防火棉受潮
同时为了更好的防烟，建议层间采用弹性防火封堵，如防火密封漆等。
防烟密封漆施工
8.结语
人类生活在建筑组成的森林，幕墙作为建筑的表皮，其安全影响着所有在城市生活的人们。没有百分之百的安全，也没有万无一失的措施，我们所能做的是采用科学的方法，以安全要素分析法为基础，针对幕墙可能产生的安全问题进行逐项梳理，通过合理的设计，在不影响幕墙美观性和保证成本的情况下，尽可能的提高幕墙的安全性能，降低伤害可能发生的概率。幕墙安全也不是仅仅是设计阶段，后期的施工也是重中之重，需要设计师与业主、监理单位、施工单位等共同协作，进行全过程的管理和把控。
作者单位：苏州金螳螂幕墙有限公司
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