《達人專欄》颱風天,鋁窗玻璃破裂的原因探討與改善之策(中)

【窗裡乾坤】專欄  編者:左大鈞

雖然,目前鋁窗與玻璃的抗風壓強度大多能達到360kgf/m2(每平方公尺可承受360公斤力),這已是相當於16級強烈颱風的風壓強度了,但換個角度來說,這個抗風壓的強度是屬於平均分佈的負荷受力,也就是一平方公尺面積下的均佈受力總和,如果將這一平方公尺面積切割成一塊塊10公分見方的小區塊(0.01m2),則每個小區塊就僅是分擔概約3.6公斤上下的受力而已(玻璃位置不同,所受應力也有差異);

因此,如果玻璃被強風颳起的飛物撞擊時,如果玻璃的強度不夠,而飛來物的能量又相對較大,玻璃就會被輕易地擊穿(破)。

因較大型的景觀窗,玻璃面積也較大,所以被飛物擊中的機率相對比較高,因此玻璃在規劃時,建議採用膠合式的強化玻璃,因為強化玻璃的耐衝擊性較好,且用以黏合玻璃的PVB膜又能與玻璃產生極佳的結合性,如果不慎被飛物撞擊,除能降低破裂的可能性,就算玻璃不慎碎裂,碎玻璃的飛濺量也會較少,對室內的人員、物件傷害程度也相對較輕。

由於許多人家中目前所使用的玻璃,只是一般的平板玻璃,或是較薄的強化玻璃,因此颱風來襲前,會在玻璃上黏貼棕色的布紋膠帶,以增加玻璃的強度,但其實這樣的做法效果真的有限。

由於布紋膠帶為PVC材質,所以有不錯的延展性,因此當玻璃出現撓曲時,膠帶並無法提供有效的支撐與固定力來抵抗玻璃所受的應力,故而對玻璃抗拉強度的提升幫助並不算大;

此外,布紋膠帶的貼覆範圍也只是玻璃的局部面積,無法及於整片玻璃,且黏著性與結合力也無法與膠合玻璃夾層內的PVB相比,假如玻璃的表面髒汙不潔,更是會影響布紋膠帶的黏合性,因此當玻璃無法承受風壓而發生破裂,或被飛襲物件撞擊時,還是會因強風的助勢,而出現碎片飛濺四散的狀況。

而除了布紋膠帶外,也有人會以橫桿或其他物件來支撐或頂住玻璃,以減少玻璃在受壓時的形變量與破裂的風險;針對這個做法,我們在探究是否合宜之前,就必須先了解一下玻璃的特性,基本上,玻璃具有較高的抗壓強度(玻璃所能承受同一軸線施加壓力的最大極限;當施加壓力超過抗壓強度時,玻璃即會出現碎裂),然而其抗拉強度(玻璃受外力形變,在破裂前所能承受的最大應力)卻遠不如抗壓強度,因此使其具有易碎的特性。

當玻璃受壓產生撓曲時,玻璃表層的一面會處在受擠壓的狀態,而另一面卻是處在被拉伸的狀態,如果拉伸的應力大於玻璃的抗拉強度,或玻璃因形變過大導致內部應力失去平衡時,就會發生破裂或自爆的情形;

因此,使用橫桿來抵抗風壓,理論上,是把原本由自己弱勢(較差的抗拉強度)所承擔的風險,轉由自己的優勢(較優的抗壓強度)來分擔,這樣的確可以達到減少玻璃形變量的效果,並進而減少了玻璃破裂的可能因子,但還是要特別提醒,雖然橫桿可以抑制玻璃的形變量,但因為玻璃所受的風壓是所謂的均布負荷受力(整片玻璃同時受力),而以橫幹撐住玻璃,所有的受力就會集中在玻璃與橫桿的接觸面上,在總體受力能量不變的情形下,如果橫桿的受力面積(與玻璃的接觸面)愈小,則相對施在這個接觸面上的應力就會愈大,這就像是一腳站立會比兩腳站立來得累的狀況相同,受力面積縮小了,所承擔的受力就會變大;

此外,以橫桿來抵抗玻璃的形變,會使玻璃出現腹背受敵的情形,即玻璃的一面要承受室外的風壓,而同時與橫桿的貼附面上又會承受著另一個相對的反作用力;因此,面積愈大的玻璃,受力總量就愈大,如果用來支撐的橫桿太細、支撐點太小,則集中負荷的受力就會變得極大,假使橫桿本身強度不夠,就無法抵抗玻璃在受壓時的形變,並可能導致支撐物發生斷裂或不可復原的變形,又玻璃在與橫桿的接觸面上,還必須同時承受一個相對的反作用力,如果這個接觸面的面積太小,則位在接觸面上的玻璃,所需承受的反作用力就變得相當大,一旦內、外夾擊的受力已超過玻璃可以承受的臨界強度時,玻璃就會有破裂的可能。

因此,如家中係採用較薄、強度不足、面積過大的玻璃,或颱風來襲時就會出現明顯撓曲狀況的玻璃,建議應加裝質地較厚的窗簾,並在颱風侵襲時將窗簾放下,如此較能阻擋玻璃爆裂時的衝擊,減輕玻璃因不慎破裂飛濺所造成的傷害;

而如果還是想要以布紋膠帶、架設橫桿等方式來增加玻璃的抗風壓強度時,建議布紋膠帶應選擇寬板、較厚且黏合性較佳的材質,而黏貼時應先將玻璃擦拭乾淨,如玻璃形狀偏正方形,則黏貼方式以「米」字形覆蓋玻璃中心點的抗撓曲效果較佳,如果玻璃形狀屬狹長形時,因其撓曲現象較顯著的位置是落在長邊的中腰帶上,不像正方形玻璃是落在中心點,因此以「口」字形沿玻璃邊緣黏貼的抗撓曲效果較佳;

另外膠帶的頭、尾端應該能夠黏貼於窗框上,這樣膠帶才能又較好的抓附性,而不會在玻璃破裂時,就直接隨玻璃碎片被強風吹落。

如玻璃形狀偏正方形,則黏貼方式以「米」字形覆蓋玻璃中心點為佳(如上圖左);如果玻璃形狀屬狹長形時,因其撓曲現象較顯著的位置是落在長邊的中腰帶上,因此以「口」字形沿玻璃邊緣黏貼效果較佳(如上圖右)。

至於,架設用的橫桿或支撐物則須有一定的強度與寬度,如此才能有效抵抗玻璃的形變,其與玻璃的貼附面積也不宜太小,這樣也有助受力的分散;另外,橫桿或支撐物與玻璃的接觸面應能平整貼附,接觸面也要確實清潔乾淨,以免接觸面出現有尖銳角、沙礫或其他不規則凸物等狀況,而導致受力過於集中在這個尖銳且細小的接觸面上,並肇致玻璃發生破裂。

此外,要改善玻璃強度不足的問題,亦可考慮在鋁窗溝槽寬度足夠的情況下,更換較厚或是膠合式的強化玻璃,來提高玻璃的強度與安全性,或是在現有的玻璃面上加貼防爆膜,如此均能有效降低玻璃在大風壓情況下破裂及碎裂玻璃飛散四濺的風險。

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《窗裡乾坤》專欄,撰文:左大鈞,FB粉絲專頁官網

簡介:名匠鋁窗工藝有限公司總經理,曾任正新精品門窗行銷、客服與業務主管、News 98新聞台「居家達人到你家」節目企劃製作、萬能科大業師。

我常跟人說:「無限大乘上零,永遠等於零;所以再華麗的裝修、再名貴的傢俱,如果沒有好的窗戶把關,所有價值都會大打折扣」,想想這幾年風災,許多家戶飽受漏水之苦,不就是這個道理嗎?期望「窗裡乾坤」的推出,能包羅各種大家所關心的鋁窗問題,進而讓大家能夠體認:愛家,就從窗出發。

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