【论文原创精选0201】浅析气压差（相对海拔高度）对中空玻璃的影响

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作者：中建深圳装饰有限公司   曾 兵、赵庆旭

【摘  要】：根据《建筑玻璃应用技术规范》（JGJ113-2015）第4.1.12.5条规定：当中空玻璃制作与使用地理位置有较大气压变化时，宜采用呼吸管平衡装置，且在使用地对呼吸管做封闭密封处理。但规范中未对气压差值的数据做具体规定或说明。

　　影响中空玻璃内部大气压的主要因素有海拔高度、温度和湿度等。其中海拔高度是影响大气压的重要因素。我国西部部分地区海拔较高，如青海、西藏、云南、甘肃、四川西部等，上述地区目前成规模的玻璃生产厂家相对较少，致使上述地区的幕墙工程使用的中空玻璃大部分都在低海拔地区加工，再运输到使用地进行安装。因两地间海拔差较大，导致气压差大，若处理不好，中空玻璃经常出现鼓包、进水、漏气、玻璃炸裂等现象，严重影响工程质量和使用安全。针对这种情况，本文将对气压差（相对海拔高度引起）对中空玻璃的影响做出计算分析。

【关键词】：相对海拔高度、影响因数、中空玻璃内外部气压平衡、结构胶

　　当中空玻璃生产地和安装地都处于相同和相近的海拔高度范围内，在其它条件相同的情况下，中空玻璃空气层内的压强与外部的压强基本相同，中空玻璃不会产生因气压差(海拔高度因素)导致的变形。

　　当中空玻璃在低海拔地区制作，然后在较高海拔地区安装时，在没有采用适合的处理方法的情况下，经常出现中空玻璃的两片玻璃会外向挠曲（鼓包现象）、玻璃视觉变形、进水、漏气,甚至中空玻璃炸裂等一系列问题。之所以产生上述问题，是因为制作时中空玻璃空气层的压强大于安装地的空气压强。

　　若压强差过大至超过玻璃自身强度，中空玻璃就会出现炸裂。

　　若压强差较大至超过结构胶承载力和变位能力时，结构胶失效，导致中空玻璃粘接和密封性能失效，中空层会有水汽进入，节能性能降低，镀膜层变色或脱落等影响使用功能安全和外饰效果。若采用隐框玻璃，则外片玻璃因结构胶失效存在脱落的隐患，影响使用安全。

　　假定中空玻璃为达到内外部气压平衡最大允许的变形为3mm，玻璃外观不受太大影响（对于大板块玻璃3mm变形可能不明显，但对于小版块玻璃3mm变形还是很明显的）。且综合考虑其他因素等，如钢化玻璃加工时，玻璃可能出现弓形弯曲，弓形弯曲变形控制值为0.3%（按1500mm宽度计算，弓形弯曲最大变形量为1500×0.3%＝4.5mm）。这样玻璃表面最大变形量可能达到7.5mm，严重影响外饰效果。

　　根据《建筑门窗幕墙用钢化玻璃》（JG/T 455-2014）第4.2.1条规定，玻璃最大许用面积如下：

　　由于此规范只规定了一个最大许用面积，我们就假定玻璃宽度为1.5米，则6＋12A＋6钢化中空玻璃最大分格尺寸为2.0m×1.5m，8＋12A＋8钢化中空玻璃最大分格尺寸为2.66m×1.5m。

　　根据有限元软件ansys计算结果， 6mm（2.0m×1.5m）单片钢化玻璃变形3mm，施加的面荷载为0.127 kpa。8mm（2.66m×1.5m）单片钢化玻璃变形3mm，施加的面荷载为0.208 kpa。由于压强差较小，对中空玻璃强度和结构胶密封性影响较小。但是对于分格尺寸更小的玻璃板块，中空玻璃鼓包3mm所需的压强差更大，甚至超过1.5 kpa。这样中空玻璃内外就一直存在较大气压差，将对结构胶产生永久荷载。参照《玻璃幕墙工程技术规范》（JGJ102-2003）第5.6.3.3条规定：

　　结构胶在永久荷载作用下，粘结宽度：

　　Cs＝（Pah×a×b）/（2000×（a＋b）×f₂）

　　＝（1.5×1000×1000）/（2000×（1000＋1000）×0.01）

　　＝37.5 mm

　　（假定玻璃板块为1.0m×1.0m）

　　然而，实际上常规工程中空玻璃中空层位置结构胶宽度为7~12mmm，远小于计算宽度37.5mm，这样结构胶在长期荷载作用下，极易产生破坏。

　　玻璃变形3mm与施加的面荷载大小计算截图如下：

6mm玻璃变形3mm示意图

8mm玻璃变形3mm示意图

8mm玻璃变形3mm示意图

　　根据cad三维放样结果，计算出中空玻璃内外两片玻璃同时向外鼓3mm，玻璃中空层增加的体积为25%（与玻璃分格尺寸无关）。则根据理想气体状态方程:P₁V₁＝P₂V₂＝Nrt计算出中空玻璃鼓包3mm后玻璃内部气压为P₂＝P₁×V₁/(1.25 V₁) ＝101.3×V₁/(1.25 V₁) ＝81.04 kpa。根据海拔高度与气压关系，可以得出气压为81.04 kpa对应海拔高度为1600 m。

　　P₁ ——中空玻璃生产地理想气体压强

　　（假定玻璃生产地海拔高度为0m，则玻璃中空层内部气压为P₁ ＝101.3 kpa）

　　V₁——中空玻璃生产地理想气体体积

　　V₂——中空玻璃使用地理想气体体积V₂＝1.25 V₁

　　P₂——中空玻璃使用地理想气体压强

　　n ——气体物质的量

　　T ——理想气体的热力学温度

　　R ——理想气体常数

　　（本文假定Nrt为定量，则中空玻璃气体腔体内部压强与体积成反比。）

海拔高度与气压关系

　　实际上，影响中空玻璃内部气压大小的主要因数还有：1,温度影响（假定生产温度为15度，使用温度为40度，中空玻璃内部空气膨胀约15%，影响很大）；2，中空玻璃使用地建筑高度；3，玻璃板块大小分格尺寸（玻璃板块越小，影响越大）。所以综合考虑，我们认为实际海拔高度差值达到1600/2＝800米，就应该考虑海拔高度差对中空玻璃的影响;对于800米以下部分，也应考虑海拔高度差对于中空层位置结构胶影响，考虑是否会对结构胶产生破坏。

　　总结：

　　中空玻璃生产地与使用地海拔高度差超过800米，就应该考虑海拔高度差对中空玻璃的影响，建议增加呼吸管平衡装置或者在使用地进行中空玻璃合片加工等工作；

　　对于800米以下部分，如果玻璃板块分格较小，也应考虑海拔高度差对于中空层位置结构胶影响，考虑是否会对结构胶产生破坏。

（文章版权归作者所有）

本文刊发在《幕墙设计》杂志2020年第二期