在5月12日汶川發(fā)生的8.0級大地震中,建筑物損失巨大。地震災害調查表明，玻璃固定窗破損與主體結構破壞具有明顯的相關(guān)性。地震中只要主體結構尚未倒塌,玻璃幕墻則基本完好，目前尚未發(fā)現幕墻受到震害的事例。

    一、概述

    1.1固定窗和幕墻

    固定窗和幕墻都是由面板和支撐結構組成的維護結構系統。不同的是固定窗通常是鑲嵌在柱子或墻體平面內，在地震時(shí)必然與主體結構有相同的側向位移；而幕墻的構造則使得幕墻與主體結構之間可以有微小的相對位移，或者使得幕墻本身具有非常大的變形能力，可以忍受地震時(shí)主體結構所發(fā)生的側向位移。

    因此，在歷次大地震中玻璃窗的破壞都比較普遍，安裝在墻體嚴重開(kāi)裂、破損或框架明顯側傾建筑中的固定窗往往窗框扭曲、玻璃破碎飛散；而在相同狀態(tài)建筑中的幕墻則震害很少，常常完好無(wú)損。

    1976年唐山大地震的殘存建筑中玻璃窗大多破損，多數只留下空的洞口。而1995年日本阪神大地震和1999年寶島大地震均有大量的玻璃窗震害的報告；雖然大阪、神戶(hù)和臺中、臺南等城市有不少帶有幕墻的建筑，但卻沒(méi)有見(jiàn)到關(guān)于震后尚存建筑中幕墻的震害報道。

    這次四川汶川8.0級大地震中，汶川、北川、德陽(yáng)、綿陽(yáng)等經(jīng)歷了強震的城市，玻璃窗和玻璃幕墻的抗震性能表現出和歷次大地震相同的規律性。

    1.2側向位移大小的估計

    我們不可能實(shí)際測量到玻璃窗和玻璃幕墻在地震中的平面內側移量。但是，通過(guò)觀(guān)測玻璃窗和幕墻所在平面的結構損壞情況，是可以估計它們在地震時(shí)所經(jīng)歷過(guò)的非常大水平位移值。

    磚墻的破壞狀況是較適用的衡量尺度。不僅因為磚墻應用較普遍，而且磚墻的破壞程度與其經(jīng)受的水平位移有較好的對應性。多年來(lái)，進(jìn)行過(guò)大量砌體結構的性能試驗研究，對無(wú)筋磚砌體來(lái)說(shuō)，其基本規律表現為：

    水平位移角小于1/800磚墻完好無(wú)損

    1/800～1/500輕微裂縫1/500～1/300嚴重開(kāi)裂1/300～1/150嚴重破壞、掉磚、局部倒塌大于1/150倒塌因此,我們可以參照窗和幕墻所在平面內磚墻的破壞程度來(lái)估計這一平面的水平側移,從而判定窗和幕墻在這種位移下的工作性能。

    二、固定窗在地震中的工作性能

    在不同的尚存建筑物中，地震震害程度各不相同，相應的玻璃窗的表現也是各不相同。

    2.1主體結構無(wú)震害的建筑物

    主體結構完好，承重磚墻或填充磚墻沒(méi)有產(chǎn)生可見(jiàn)的震害時(shí)，可以認為其水平側移不大于1/800。這時(shí)玻璃窗一般不會(huì )有破損。

    都江堰市的四川農大教學(xué)樓完好,相應其玻璃窗也是完好的。青川的地震烈度較高，中醫醫院病房樓中的病人要從窗口吊下自救，但磚墻無(wú)損，可判斷受地震影響不大，玻璃窗也是完好的。

    汶川雖然是震中，但少量保存完好的建筑相應其窗也完好。

    2.2主體結構有輕微裂縫的建筑物

    承重磚墻、框架填充墻出現少量細裂縫，或者磚墻沒(méi)有裂縫，僅僅是伸縮縫兩側發(fā)生輕微碰撞時(shí)，意味著(zhù)水平位移在1/800～1/500范圍內。這種受震情況下，固定窗一般還是沒(méi)有震害，玻璃不會(huì )破碎。陜西省受這次地震波及西安市的一些高層建筑的伸縮縫發(fā)生輕微碰撞，面磚掉下，但是沒(méi)有傷及玻璃窗。類(lèi)似的情況在震中的汶川也可以看到。

    分別位于漢旺的兩座建筑，其中東汽小學(xué)外墻已出現明顯的裂縫，面磚掉落，但玻璃窗沒(méi)有受損。綿竹市漢旺鎮的東方汽輪機廠(chǎng)是我國大型機械制造企業(yè)，這次受害嚴重，許多車(chē)間屋蓋全部掉落，但廠(chǎng)房縱墻一般保存較好，顯示平面內位移較小，采光窗基本完好。汶川聚源中學(xué)教學(xué)樓完全倒塌，但宿舍樓卻震害較輕，玻璃窗也保持完好。

    2.3磚墻已嚴重開(kāi)裂的建筑物

    磚墻已出現大量粗裂縫,甚至很粗的交叉斜裂縫時(shí),表明建筑物在地震中遭受反復水平運動(dòng),且位移已達1/300。這種情況下窗玻璃會(huì )大量破碎。

    2.4磚墻嚴重破壞的建筑和產(chǎn)生大側移的框架結構建筑

    當磚墻的側向位移超過(guò)1/300時(shí)，會(huì )產(chǎn)生大的破壞、磚塊掉落，甚至局部倒塌。這時(shí)窗框屈曲、外凸，甚至甩出，玻璃基本上破碎飛散，墻上往往只留下窗洞口。

    框架結構梁柱截面較小，地震中水平位移一般都比非常大。綿竹市漢旺鎮東方汽輪機廠(chǎng)的一個(gè)框架，底層柱柱頭破壞，框架變形很大，室內外的玻璃都幾乎破碎。當位移大于1/150時(shí),磚砌體結構倒塌,玻璃窗也就隨之消失了。

    2.5平面外位移產(chǎn)生的破壞

    除了大量破損是由平面內的變形產(chǎn)生以外,也有一些破壞是由平面外的位移產(chǎn)生的，青川中醫醫院病房樓的屋頂向外滑動(dòng)，推玻璃窗向平面外變形，使頂層玻璃窗破碎飛散,而其他樓層的玻璃窗卻完好無(wú)損。

    2.6活動(dòng)窗扇破壞程度較輕

    平開(kāi)窗窗扇在地震時(shí)往往處于開(kāi)啟狀態(tài),此時(shí)窗扇并不在墻的平面內,受墻體變形擠壓很少,因而開(kāi)啟中的平開(kāi)窗扇破損不多。

    推拉窗扇是可以水平滑動(dòng)的，即使在建筑變形很大時(shí)，它相對于窗框可以有一定程度的相對位移，實(shí)際變形要小于窗框，因而破損程度要小一些。

    2.7固定窗的變形耐受能力

    從這次汶川大地震中玻璃窗的表現來(lái)看,固定窗是有可能耐受到層間位移角1/500而不會(huì )產(chǎn)生破損；即使個(gè)別工程可能有玻璃破裂，破損的數量也會(huì )是較少量。

    之所以如此，是由于在施工安裝時(shí)，一般是墻先留出門(mén)窗口，后安裝門(mén)窗。窗框與洞口之間會(huì )有空隙，窗扇與窗框之間也留有空隙，它們都能吸收掉一些變形量，可以稍稍提高窗的耐受地震能力。

    三、幕墻在汶川大地震中的表現

    3.1幕墻的變形性能

    由于幕墻本身的構造特點(diǎn),使得它能忍受大的平面內變形而不破損。許多工程所進(jìn)行的幕墻平面內變形試驗表明，符合規范設計要求的幕墻可以承受1/100層高的平面內水平位移而不破損，甚至還可以承受更大一些的位移。

    我們曾進(jìn)行過(guò)許多幕墻的振動(dòng)臺試驗，采用了玻璃、石材、鋁板以及陶板、微晶玻璃、石粉板等人造板作為面板。這些幕墻在臺面加速度為0.7～0.9（相當于烈度約為9～10度）時(shí)，位移角達到1/70～1/50，還能保持完好，無(wú)任何破損。這些試驗結果說(shuō)明幕墻具有比固定窗大得多的平面內變形能力，可以在較高烈度的地震中免受震害。

    3.2汶川地震中幕墻的性能

    到目前為止,我們尚未收到震中地區未倒塌房屋上幕墻發(fā)生震害的報告，這與1995年阪神大地震和1999年寶島大地震的情況類(lèi)似。

    原因是很清楚的，幕墻達到其可耐受的平面內位移角較限1/70～1/50時(shí)，絕大多數主體結構已經(jīng)倒塌。因此可以說(shuō)，只要房子不倒，幕墻是不會(huì )破壞的，至多個(gè)別情況下有一些輕微的損傷。

    據報道,在受災較嚴重的北川，一片廢墟之中，劉漢希望小學(xué)依然屹立，長(cháng)十余米、三層樓高的玻璃幕墻居然連一塊玻璃都沒(méi)有破損。這不能不認為是玻璃幕墻的一個(gè)奇跡。

    從位于震中地區的建筑,幕墻能保持完好的事例來(lái)看，上述關(guān)于幕墻有較好耐震性能的觀(guān)點(diǎn)是可以令人信服的。

    3.3玻璃幕墻耐受地震性能和其他建筑部件的比較

    如果在一座建筑物中同時(shí)有玻璃幕墻和其他建筑部件,又經(jīng)受同樣地震，那么幕墻和其他部件的耐震性能就有可比性了。從地震中許多例子可見(jiàn)，磚墻、固定窗、面磚已經(jīng)發(fā)生明顯震害時(shí)，同一建筑的幕墻卻完好無(wú)損。

    四、小結

    從目前初步了解的情況來(lái)看，固定窗的耐震能力與玻璃幕墻相比是有非常大差別的。

    強震區沒(méi)倒塌建筑中的固定窗，玻璃的破損程度相差懸殊，取決于主體結構側向位移的大小。平面內側向位移角不大于1/500時(shí)，窗玻璃可望保持完好；位移角大于1/300時(shí)，破壞就非常嚴重了。

    玻璃幕墻的位移耐受性能遠大于固定窗。地震中只要主體結構尚未倒塌，幕墻一般都能保持完好。這次汶川地震中玻璃幕墻的表現就充分反映了這一規律。我們有理由相信，只要我們按照規范的要求，認真設計，認真施工，就可以使幕墻達到小震完好，中震可修，大震不掉的要求。

    編后資料記載，1976年唐山大地震的殘存建筑中玻璃窗大多破損，多數只留下空的洞口。而1995年日本阪神大地震和1999年我國寶島大地震均有大量的玻璃窗震害的報告；雖然日本大阪、神戶(hù)和我國臺中、臺南等城市有不少帶有幕墻的建筑，卻沒(méi)有見(jiàn)到關(guān)于震后尚存建筑中幕墻的震害報道。這次四川汶川8.0級大地震中，汶川、北川、德陽(yáng)、綿陽(yáng)等經(jīng)歷了強震的城市，玻璃窗和玻璃幕墻的抗震性能表現出和歷次大地震相同的規律性。到目前為止,相關(guān)部門(mén)還沒(méi)有看到震中地區未倒塌房屋上幕墻發(fā)生震害的報告，這與1995年日本阪神大地震和1999年我國寶島大地震的情況類(lèi)似。

    據報道,在受災較嚴重的北川，一片廢墟之中，劉漢希望小學(xué)依然屹立，長(cháng)十余米、三層樓高的玻璃幕墻居然連一塊玻璃都沒(méi)有破損。這不能不認為是玻璃幕墻的一個(gè)奇跡。從目前初步了解的情況來(lái)看，固定窗的耐震能力與玻璃幕墻相比是有非常大差別的。玻璃幕墻的位移耐受性能遠大于固定窗。地震中只要主體結構尚未倒塌，幕墻一般都能保持完好。今天發(fā)表的《對四川汶川大地震中玻璃窗和玻璃幕墻抗震性能的初步分析》一文，就是中國建筑科學(xué)研究院相關(guān)人士趙西安對這一現象認真研究的成果。我們希望能有更多的相關(guān)人士和學(xué)者關(guān)注這一現象，并共同來(lái)探討玻璃幕墻在地震中具有減災功能的規律。