玻璃栏板的安全构造设计

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玻璃

栏板

荷载

扶手

砂袋

竖向

构造

连接

钢片

护栏

随着人们审美观念的不断变化，对各种美的事物需求逐日增加。比如在安全栏杆的应用上，传统的钢管或铁艺栏杆在公共建筑中越来越少见，被取而代之的是具有通透性的玻璃栏板，在这些玻璃栏板中又分为两大构造形式，第一种是玻璃作为镶嵌面板安装在护栏系统中（图1），由护栏系统中的扶手直接承受水平荷载；第二种是栏板玻璃固定在结构上且直接承受人体荷载的护栏系统（图2）。

图1 玻璃面板镶嵌在护栏系统中

图2 玻璃固定在结构上

1、相关规范及标准图集要求：
GB50210《建筑装饰装修工程质量验收规范》14.5.5规定：栏板玻璃的使用应符合设计要求和现行行业标准JGJ113《建筑玻璃应用技术规程》的规定。
GB50096《住宅设计规范》6.1.3强条规定：住宅的外廊、内天井及上人屋面等临空处的栏杆净高，六层及六层以下不应低于1.05m，七层及七层以上不应低于1.10m。防护栏杆必须采用防止少年儿童攀登的构造，当采用垂直杆件做栏杆时，其杆件净距不应大于0.11m。（没有明确对玻璃栏板做出规定）
JGJ62《旅馆建筑设计规范》中4.1.13条规定：中庭栏杆或栏板高度不应低于1.20m，并应以坚固、耐久的材料制作，应能承受现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009规定的水平荷载。
JGJ113《建筑玻璃应用技术规程》中7.2.5条规定：室内栏板用玻璃（1）设有立柱和扶手，栏板玻璃作为镶嵌面板安装在护栏系统中，栏板玻璃应使用符合本规程规定的夹层玻璃；（2）栏板玻璃固定在结构上且直接承受人体荷载的护栏系统，其栏板玻璃应符合下列规定①当栏板玻璃最低点离一侧楼地面高度不大于5m时，应使用公称厚度不小于16.76mm钢化夹层玻璃。②当栏板玻璃最低点离一侧楼地面高度大于5m时，不得采用此类护栏系统。7.3.1条规定：安装在易于受到人体或物体碰撞部位的建筑玻璃，应采取保护措施。7.3.2条规定：根据易发生碰撞的建筑玻璃所处的具体部位，可采取在视线高度设醒目标志或设置护栏等防碰撞措施。碰撞后可能发生高处人体或玻璃坠落的，应采取可靠护栏。
理解分析：7.3.1条和7.3.2条综合起来结合不同人群及不同物体可能发生的对玻璃的碰撞是不可预见的，既然不可预见，只要采取的护栏系统是玻璃直接承受人体荷载基本上就已经存在了不安全隐患，跟玻璃栏板最低点离一侧楼地面高度是否大于5m就无关了，而且人体荷载可能对应的部位或高度也同样存在无法准确预见性。
GB50009《建筑结构荷载规范》中5.5.2条强条规定：楼梯、看台、阳台和上人屋面等的栏杆活荷载标准值不应小于下列规定（1）住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园，栏杆顶部的水平荷载应取1.0KN/m；（2）学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育场，栏杆顶部的水平荷载应取1.0KN/m，竖向荷载应取1.2KN/m，水平荷载与竖向荷载应分别考虑。
国家建筑标准设计图集《建筑玻璃应用构造》11J508中页码A3是建筑室内及室外楼梯玻璃栏板构造做法（图3），图集中说明玻璃栏板不承受水平荷载，也就强调了该构造玻璃栏板不承受人体椅、靠、冲击；页码A40是建筑平台玻璃栏板构造做法（图4），不锈钢立柱的设置间距小于1.2米，强调严禁用于栏板玻璃最低点离一侧楼地面高度大于5米的平台。

图3 室内及室外楼梯玻璃栏板构造做法国标图集

图4 平台玻璃栏板构造做法国标图集

2、真实做法与建议：
既然有了相关的规范和标准图集，那么事实项目应用中是否能做到安全可靠呢？的确没有哪一个项目能做出100%的承诺，原因当然是多方面的。比如以下事实照片：

图5 木扶手与金属钢片及竖向金属立柱的连接 图6 木扶手与金属钢片及竖向金属立柱的连接

图7 木扶手与金属钢片及竖向金属立柱的连接

图5、图6、图7均是玻璃作为镶嵌面板安装在护栏系统中的构造做法，从常规角度分析应该不会有问题，因为玻璃没有直接承受人体或外界荷载，而是由木质扶手来承担，但照片中的木质扶手的确成了一种美观的摆设，木质扶手通过连接金属钢片与竖向结构立柱连接，此处应该做到牢固而且连接要充分，事实告诉我们两者均没有满足，由此成了摆设以后贴上“严禁攀爬倚座”的标签。
看完这几张照片，也许有人会说这个简单，不就是把连接金属钢片连接充分牢固吗，施工的时候做到就行了，其实事实并不是那么简单，因为金属钢片与木质扶手之间是采用自攻螺钉锚固连接的构造设计，首先我们先假设金属钢片与竖向金属结构立柱的连接非常牢固，那么当木扶手受到水平荷载冲击的时候，很难保证自攻螺钉在受力过程中不会拉拔出来，因为自攻螺钉本身的特点是一头大一头小直径是变化的（就是一头是尖的），否则就失去了自攻的特性；其次要想真正做到金属钢片与竖向金属立柱的连接牢固，首先要确定金属钢片和竖向金属立柱的材质特性，材质特性不同连接方式是不同的，否则一旦两种材料材质特性不同仍然采用同种连接方式，那么就非常有可能在竣工使用过程中由于材料连接方式不符合材料学生产工艺要求带来一定的安全隐患。
比如（图8）从安全的角度来对比具有一定的安全性构造。

图8 木扶手与竖向金属立柱的可靠连接示意图

 如（图8）所示，首先将选择一根能够符合木直扶手卡住的不锈钢管作为木扶手的主受力连接龙骨，因为钢管在受到木扶手水平荷载的状态下传递来的承受荷载的截面属于面受力状况，如果像经常看到的那样采用金属钢带在受到木扶手水平荷载的状态下传递来的承受荷载的截面属于线受力状况，承受荷载的能力相比面荷载状况差距非常大，采用同种材料的目的是便于选择焊接焊条，直接采用不锈钢焊条焊接以后材料性能不会产生变化，如果采用不同种材料，比如不锈钢与碳素结构钢焊接，就必须采用特殊焊条焊接，否则焊接后将会改变焊接部位材料性能，使得焊接部位脆性较大容易产生脆性断裂。
3、现场检测牢固性：
无论采取哪种类型的玻璃栏板设计构造，在施工安装以后竣工交付以前，都应该通过现场检测来判定构造设计是否符合安全性能要求。
检测方法：
准备好质量60KG重和80KG重的铅砂袋，将袋口用绳索扎紧，选择被检验玻璃栏板的中心位置。
（1）当玻璃直接承受水平荷载的玻璃栏板（图9、与10），将砂袋垂直悬挂在玻璃栏板内侧（预计可能产生人体或物体撞击的一侧）上部悬挂构造上，悬挂点与铅砂袋中心（玻璃栏板上部中心）的长度约为1.5m，将砂袋紧贴玻璃上部，然后向后向上按照约2m/min成45度角轨迹拉起砂袋，当砂袋绳索与玻璃成45度夹角以后自然松开砂袋撞击玻璃，分别连续3次撞击玻璃无异常变化为合格；

图9 玻璃镶嵌在体系中栏板立面示意图

图10 玻璃镶嵌在体系中栏板检测示意图

（2）当玻璃镶嵌在构造体系内不直接承受水平荷载的玻璃栏板（图11、图12），将砂袋垂直悬挂在玻璃栏板扶手内侧（预计可能产生人体或物体撞击的一侧）上部悬挂构造上，悬挂点与铅砂袋中心（玻璃栏板上部中心）的长度约为1.5m，将砂袋紧贴扶手内侧，然后向后向上按照约2m/min成45度角轨迹拉起砂袋，当砂袋绳索与玻璃成45度夹角以后自然松开砂袋撞击玻璃，分别连续3次撞击玻璃无异常变化为合格。

图11 玻璃栏板立面示意图 图12 玻璃栏板检测示意图