玻璃窗和玻璃幕墙抗震性能初步分析

一、概述
1.1固定窗和幕墙
固定窗和幕墙都是由面板和支撑结构组成的维护结构系统。不同的是固定窗通常是镶嵌在柱子或墙体平面内，在地震时必然与主体结构有相同的侧向位移；而幕墙的构造则使得幕墙与主体结构之间可以有微小的相对位移，或者使得幕墙本身具有较大的变形能力，可以忍受地震时主体结构所发生的侧向位移。
因此，在历次大地震中玻璃窗的破坏都比较普遍，安装在墙体严重开裂、破损或框架明显侧倾建筑中的固定窗往往窗框扭曲、玻璃破碎飞散；而在相同状态建筑中的幕墙则震害很少，常常完好无损。
1.2侧向位移大小的估计
我们不可能实际测量到玻璃窗和玻璃幕墙在地震中的平面内侧移量。但是，通过观测玻璃窗和幕墙所在平面的结构损坏情况，是可以估计它们在地震时所经历过的最大水平位移值。
砖墙的破坏状况是最适用的衡量尺度。不仅因为砖墙应用最普遍，而且砖墙的破坏程度与其经受的水平位移有较好的对应性。多年来，进行过大量砌体结构的性能试验研究，对无筋砖砌体来说，其基本规律表现为：水平位移角小于1/800 砖墙完好无损1/800～1/500轻微裂缝1/500～1/300严重开裂1/300～1/150严重破坏、掉砖、局部倒塌大于1/150 倒塌
因此,我们可以参照窗和幕墙所在平面内砖墙的破坏程度来估计这一平面的水平侧移,从而判定窗和幕墙在这种位移下的工作性能。
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，相应的玻璃窗的表现也是各不相同。
1主体结构无震害的建筑物2主体结构有轻微裂缝的建筑物3砖墙已严重开裂的建筑物
4砖墙严重破坏的建筑和产生大侧移的框架结构建筑5平面外位移产生的破坏6活动窗扇破坏程度较轻2.7固定窗的变形耐受能力
三、幕墙在汶川大地震中的表现
3.1幕墙的变形性能
由于幕墙本身的构造特点,使得它能忍受大的平面内变形而不破损。许多工程所进行的幕墙平面内变形试验表明，符合规范设计要求的幕墙可以承受1/100层高的平面内水平位移而不破损，甚至还可以承受更大一些的位移。
我们曾进行过许多幕墙的振动台试验，采用了玻璃、石材、铝板以及陶板、微晶玻璃、石粉板等人造板作为面板。这些幕墙在台面加速度为0.7～0.9（相当于烈度约为9～10度）时，位移角达到1/70～1/50，还能保持完好，无任何破损。这些试验结果说明幕墙具有比固定窗大得多的平面内变形能力，可以在较高烈度的地震中免受震害。
3.2汶川地震中幕墙的性能
到目前为止,我们尚未收到震中地区未倒塌房屋上幕墙发生震害的报告，这与1995年阪神大地震和1999年台湾大地震的情况类似。
原因是很清楚的，幕墙达到其可耐受的平面内位移角极限1/70～1/50时，绝大多数主体结构已经倒塌。因此可以说，只要房子不倒，幕墙是不会破坏的，至多个别情况下有一些轻微的损伤。
据报道,在受灾最严重的北川，一片废墟之中，刘汉希望小学依然屹立，长十余米、三层楼高的玻璃幕墙居然连一块玻璃都没有破损。这不能不认为是玻璃幕墙的一个奇迹。
从位于震中地区的建筑,幕墙能保持完好的事例来看，上述关于幕墙有较好耐震性能的观点是可以令人信服的。
3.3玻璃幕墙耐受地震性能和其他建筑部件的比较
如果在一座建筑物中同时有玻璃幕墙和其他建筑部件,又经受同样地震，那么幕墙和其他部件的耐震性能就有可比性了。从地震中许多例子可见，砖墙、固定窗、面砖已经发生明显震害时，同一建筑的幕墙却完好无损。
四、小结
从目前初步了解的情况来看，固定窗的耐震能力与玻璃幕墙相比是有较大差别的。
强震区没倒塌建筑中的固定窗，玻璃的破损程度相差悬殊，取决于主体结构侧向位移的大小。平面内侧向位移角不大于1/500时，窗玻璃可望保持完好；位移角大于1/300时，破坏就非常严重了。
玻璃幕墙的位移耐受性能远大于固定窗。地震中只要主体结构尚未倒塌，幕墙一般都能保持完好。这次汶川地震中玻璃幕墙的表现就充分反映了这一规律。我们有理由相信，只要我们按照规范的要求，认真设计，认真施工，就可以使幕墙达到小震完好，中震可修，大震不掉的要求。