本书对玻璃热破裂的基础、玻璃热破裂行为规律及水幕保护下的玻璃热破裂行为等方面的最新研究成果进行全面论述。全书共8章。第1章主要介绍玻璃在建筑上的应用及热破裂问题。第2章主要介绍玻璃热破裂的基础。第3章主要介绍玻璃热破裂的随机性规律及分析方法。第4章介绍玻璃热破裂的确定性规律，包括温度场及应力场分布、破裂的判据及裂纹扩展等。第5章重点论述玻璃热破裂的影响因素，包括边框约束、火源条件影响等。第6章讲述水幕保护下的玻璃热破裂行为，包括水幕对钢化玻璃和非钢化玻璃破裂行为的影响等。第7章论述风-热耦合荷载下玻璃的破裂行为。第8章介绍玻璃幕墙消防安全评估。 本书不仅可作为从事火灾科学研究、玻璃（幕墙）设计及施工、消防救援等研究人员和工程技术人员的参考书籍，也可作为高等院校消防工程、安全工程等专业高年级本科生和研究生教材。

第1章　绪论
　　1.1　建筑火灾概述
　　1.1.1　建筑火灾的基本概念
　　建筑物是指供人们生活、学习、工作、居住，以及从事生产和文化活动的房屋。其他如水池、水塔、烟囱、堤坝以及各种管道支架等称为构筑物。根据建筑物的使用性质可以分为民用建筑、工业建筑和农业建筑三大类；根据其层数或高度又可分为单层、多层、高层、超高层和地下建筑五类。建筑物火灾，也称为建筑火灾，是*常见的火灾，据历年火灾统计，建筑火灾次数占火灾总数的90%以上。
　　随着社会经济的发展和城市化进程的不断加快，各式各样的建筑拔地而起，其中高层建筑的发展尤为迅猛，2017年我国已建成投入使用的高层建筑达到61.9万座，百米以上的超高层建筑6457座，百米以上超高层建筑的年均增长率更是高达8%，为世界平均增长率的2.5倍[1，2]。根据世界高层建筑与都市人居学会（Tall Buildings and Urban Habitat，CTBUH)*新发布的世界高层建筑回顾报告中，截止到2018年末，全球200m及以上高层建筑总数达1478座，我国以678座位居第一；300m以上高层建筑中，我国以68座位居第一，我国已成为世界上高层建筑建成*多、*高的国家[3]。与此同时，高层建筑火灾事故也频频发生，公安部消防局数据显示，2008～2018年全国共发生高层建筑火灾3.1万起，造成474人死亡，直接财产损失15.6亿元[4，5]。加上高层建筑火灾具有火灾蔓延途径多、速度快，竖向管井较多，易形成烟囱效应，人员集中且疏散困难，装备要求高，灭火救援困难以及起火原因多等特点，其一旦发生火灾事故，火情将很难控制[1，2]。
　　1.1.2　建筑火灾的发展蔓延过程
　　建筑火灾与其他类型火灾一样，都遵循火灾发展蔓延的一般规律，通常将其发展过程分为初起阶段、成长阶段、全面发展阶段和衰减阶段四个阶段。
　　1.建筑火灾的初起阶段
　　室内发生火灾后，*初只是起火点及其周围可燃物着火燃烧，这时火灾可近似认为是在敞开的空间里发展。初起阶段的特点是：火灾燃烧范围不大，仅限于初始起火点附近；温度差别大，在燃烧区域及其附近存在高温，室内平均温度低；火灾发展速度较慢，在发展过程中火势不稳定；火灾发展时间因受点火源、可燃物性质和分布以及通风条件影响，其长短差别很大。
　　2.建筑火灾的成长阶段
　　该阶段由于燃烧面积快速扩大，室内温度不断升高，热对流和热辐射显著增强。室内可燃物燃烧所产生的燃烧热，因传导、对流和辐射的作用，使未燃部分热分解，放出的气体停滞于天棚下，但因氧气供应不足不能燃烧；当玻璃破碎时，新鲜空气与之快速混合，并突然发火，该现象称为爆燃。爆燃发生时室温急剧上升，大量烟火冲出室外，外部新鲜空气随热对流进入室内，火势猛增，即进入全面发展阶段。
　　3.建筑火灾的全面发展阶段
　　在火灾成长阶段后期，火灾范围迅速扩大，当火灾房间温度达到一定值时，积聚在房间内的可燃气体突然起火，整个房间都充满了火焰，房间内所有可燃物表面部分都卷入火灾中，燃烧很猛烈，温度升高很快。房间内局部燃烧向全室性燃烧过渡的这种现象通常称为轰燃。轰燃是室内火灾*显著的特征之一，它标志着火灾全面发展阶段的开始。
　　轰燃发生之后，房间所有可燃物都在猛烈燃烧，放热速度很快，因而房间内温度升高很快，并出现持续性高温，*高温度可达1100℃左右。火焰、高温烟气从房间的开口部位大量喷出，火灾蔓延到建筑物的其他部分。室内高温还对建筑物构件产生热作用，使建筑物构件的承载能力下降，甚至造成建筑物局部或整体倒塌破坏。通常在起火后，由于耐火建筑的房间四周墙壁和顶棚、地面坚固而不会烧穿，所以发生火灾时房间通风开口的大小没有什么变化，当火灾发展到全面发展阶段时，室内燃烧大多由通风控制，室内火灾保持稳定的燃烧状态。火灾全面发展阶段的持续时间取决于室内可燃物的性质、数量和通风条件等。
　　4.建筑火灾的衰减阶段
　　在火灾全面发展阶段后期，随着室内可燃物的挥发物质不断减少以及可燃物数量的减少，火灾燃烧速度递减，温度逐渐下降。一般认为，当室内平均温度降到温度*高值的80%时，火灾进入衰减阶段。随后，房间温度明显下降，直到把房间内的全部可燃物燃尽，室内外温度趋于一致，火灾结束。
　　1.2　玻璃在建筑上的应用
　　1.2.1　玻璃的分类
　　随着工业建设的迅猛发展，玻璃这种古老而又新兴的材料在工业和民生领域的应用日趋扩大，在现代建筑业的应用更是前所未有的广泛，玻璃在装修中的使用非常普遍，从外墙窗户到室内屏风、门扇等都会使用。因此，根据研究需要，本节将对玻璃尤其是建筑玻璃的分类进行探讨。
　　玻璃不仅种类繁多，而且其范围十分广泛，通常可以按照其化学组成成分、生产工艺和用途进行分类。按其化学组成成分进行分类，可以分为钠钙玻璃、钾玻璃、铝镁玻璃、铅玻璃、硼硅玻璃、石英玻璃及高硅氧玻璃。按照其生产工艺和用途可以分为建筑玻璃、日用玻璃、汽车玻璃、军用玻璃及其他工业技术玻璃等。
　　从建筑玻璃的发展趋势可以看出，玻璃已经不仅仅只承担单一的采光功能了，在现代建筑物中更作为一种结构材料和装饰材料得到普遍应用。现在建筑玻璃的深层次加工已经具备了除控制光线以外的其他多种功能，如调节温度、防噪声、防辐射、防火防爆、提高建筑艺术装饰性等[6]。常见的建筑玻璃按照其性能和应用划分，可以分成三大类[7]。
　　1.平板玻璃
　　平板玻璃就是指没有经过其他加工的平板状玻璃，包括无色透明和本体着色的平板玻璃，具有透光、隔热、隔声、耐磨、耐气候变化的性能，有的还有保温、吸热、防辐射等特征，因而是建筑玻璃中生产量*大、使用*多的一种，广泛应用于镶嵌建筑物的门窗、墙面、室内装饰等，同时也是进一步加工成其他技术玻璃的原片。它可以是采用各种工艺生产的硅酸盐玻璃，如浮法、平拉法、引上法等，但是采用压延法生产的夹丝玻璃和压花玻璃并不属于平板玻璃。平板玻璃的规格按厚度通常可分为2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、8mm、10mm、12mm、15mm、19mm、22mm和25mm。
　　平板玻璃按照其生产方法的不同，可以分为普通平板玻璃和浮法玻璃。普通平板玻璃亦称为窗玻璃，主要适用于门窗、装修、温室、暖房、太阳能集热器、家具和柜台等；浮法玻璃与普通平板玻璃的生产工艺不同，具有表面坚硬、光滑、平整等优点，主要适用于高级建筑门窗、镜面、夹层玻璃、装饰用玻璃、仿水晶制品等。
　　2.安全玻璃
　　与普通玻璃相比，安全玻璃具有更高的力学强度和更强的抗冲击能力。这种玻璃经剧烈振动或撞击不易破碎，即使被击碎时，其碎片也不会伤人，并具有防盗、防火的功能，这对主体玻璃结构的现代建筑具有特别重要的意义。它的主要品种包括钢化玻璃、夹丝玻璃、夹层玻璃、钛化玻璃、防火玻璃、防弹玻璃和防盗玻璃。
　　1）钢化玻璃
　　钢化玻璃也称强化玻璃，这种玻璃是在玻璃表层预制一定的压应力，玻璃遇到外力时首先抵消表层应力，以此提高玻璃的强度。钢化玻璃按工艺分为化学钢化玻璃和物理钢化玻璃。物理钢化玻璃又称为淬火钢化玻璃。它是将普通平板玻璃加热到接近玻璃的软化温度（600℃)，通过自身的形变消除内部应力，然后在高压冷空气的作用下迅速冷却至室温而成。钢化玻璃的应力状态为内部受拉应力，外部受压应力，应力分布区如图1.1所示。
　　化学钢化玻璃则是通过改变玻璃表面的化学成分来提高玻璃的强度，一般是应用离子交换法进行钢化。化学钢化玻璃的应力状态与物理钢化玻璃类似，也是内层受拉、外层受压。钢化玻璃破碎后，碎片小且无锋利尖角，相对其他种类玻璃而言更加安全，所以应用非常广泛。
　　2）夹丝玻璃
　　夹丝玻璃也称防碎玻璃或钢丝玻璃，它是在压延成型时，于其内部嵌入金属丝（网)的玻璃。当玻璃破碎时，它的碎片会依然悬挂在金属丝（网)上而不会掉落下来。而且，在遭遇火灾时能够于较短时间阻止火焰蔓延，从而有效延缓火势扩大，可以用作防火建筑的窗和隔烟间壁。一般适用于建筑物的透明防护结构、天窗和庭院、公园、动物园及运动场地的透明栏栅。
　　3）夹层玻璃
　　夹层玻璃是指在两片或多片玻璃原片之间夹以聚乙烯醇缩丁醛（polyvinyl- butyral，PVB)树脂胶片，经过加热、加压黏合而成的平面或曲面的复合玻璃制品。由于这种玻璃中间层具有弹性，黏合力强，能够提高抗冲击强度，所以在受到冲击破碎时，它的碎片不会飞溅和掉落，也不会像普通玻璃那样破碎后产生锋利的碎片，可以有效地避免和减轻对人体的伤害。其主要运用于交通运输车辆及建筑物中有特殊要求的部位。
　　4）钛化玻璃
　　钛化玻璃也称永不碎铁甲箔膜玻璃，是将钛金箔膜紧贴于任意一种玻璃基材之上，使之结合成一体的新型玻璃，具有高抗碎能力、高防热及防紫外线等功能。
　　5）防火玻璃
　　防火玻璃是指在两片玻璃间凝聚一种透明的凝胶，当遇到高温时，会分解而吸收大量的热，使得玻璃能够暂时保持不破裂，从而进一步防止火势蔓延。一般用于建筑群的防火格栅或防火道等。
　　6）防弹玻璃和防盗玻璃
　　防弹玻璃和防盗玻璃都是用钢化玻璃、夹丝（网)玻璃、化学增强玻璃或者高强有机材料（如定向有机玻璃、聚碳酸酯等)，并采用夹层工艺所制成的复合玻璃。可以根据不同的要求，选用不同材料从而组成不同的复合结构，达到在一定距离内抵御枪弹射击的性能和防范偷盗的效果。一般用于有特殊防弹或防盗要求的建筑物及边防观察哨所等。
　　3.节能型玻璃
　　应用在建筑物上的传统玻璃主要用于采光，然而，随着人们对门窗保温隔热要求的提高，集节能性和装饰性于一体的节能型玻璃就此诞生。节能型玻璃具有特殊的对光和热的吸收、透射和反射能力，隔热和遮阳性能优越，将其应用于建筑物的外墙窗玻璃幕墙，可以起到显著的节能效果，已经广泛地应用于各种高级建筑物上。常用于建筑上的节能型玻璃主要有吸热玻璃、热反射玻璃、低辐射玻璃（Low-E玻璃)、中空玻璃和真空玻璃。
　　1）吸热玻璃
　　吸热玻璃是能够吸收大量红外线辐射能，并保持良好的可见光透过率的平板玻璃。吸热玻璃生产工艺中加入着色的氧化物或者在平板玻璃表面镀上有色的氧化物膜层，因此它可以吸收太阳的可见光、红外线热辐射和紫外线，能够保持较好的隔热性能。
　　2）热反射玻璃
　　热反射玻璃是指在玻璃表面通过加热、蒸汽、化学等方法，镀上金属、非金属及其氧化物薄膜从而使其具有较高的热反射能力的平板玻璃。它能够将太阳能反射回大气中，从而阻挡太阳能进入室内，使得太阳能不在室内转化为热能。热反射玻璃对于太阳辐射能的反射能力较强，但是可见光的透过率较低，热反射玻璃在厚度为6mm时要比同一厚度的浮法玻璃的可见光透过率减少75%以上，也要比吸热玻璃减少60%。
　　3）低辐射镀膜玻璃
　　低辐射镀膜玻璃，简称低辐射玻璃，也称Low-E玻璃（low emissivity coating glass)，是一种对波长范围为4.5～25μm的远红外线有较高反射比的镀膜玻璃。上述膜层与普通浮法玻璃相比具有很低的辐射系数（普通浮法玻璃的辐射系数为0.84，Low-E玻璃一般为0.1～0.2甚至更低)，因此将镀有这种膜层的玻璃称为Low-E玻璃[8，9]。Low-E玻璃安装生产工艺可以分为在线Low-E玻璃和离线Low-E玻璃，按照使用性能（主要是遮阳性能)分为高透型Low-E玻璃和遮阳型Low-E玻璃。Low-E玻璃虽然在我国起步较晚，但是在建筑市场和建材市场上，现在几乎成了建筑节能型玻璃的代名词。
　　4）中空玻璃
　　中空玻璃是在两片或多片封闭的玻璃之间充入干燥气体或惰性气体之后，通过胶结或焊接方法密封玻璃边缘而形成的玻璃组合。玻璃中间限制了中间空气层的流动，从而减少玻璃的对流和传导换热，因此中空玻璃具有良好的保温隔热能力。此外，中空玻璃的单片还可以采用镀膜玻璃和其他节能型玻璃，将这些玻

目录
前言
第1章　绪论　1
1.1　建筑火灾概述　1
1.1.1　建筑火灾的基本概念　1
1.1.2　建筑火灾的发展蔓延过程　1
1.2　玻璃在建筑上的应用　3
1.2.1　玻璃的分类　3
1.2.2　玻璃在建筑中的应用举例　6
1.3　玻璃破裂对建筑火蔓延的影响　7
1.4　研究玻璃破裂行为的必要性　9
1.5　国内外研究现状　10
1.5.1　实验研究　11
1.5.2　理论模型研究　12
1.5.3　数值模拟研究　13
1.6　本章小结　13
参考文献　13
第2章　玻璃热破裂的基础　18
2.1　玻璃的基本属性　18
2.2　玻璃的传热方程　19
2.3　热应力基本理论　20
2.4　裂纹萌生及扩展基础　21
2.5　数值方法　24
2.5.1　温度场的求解　24
2.5.2　应力场的求解　26
2.6　本章小结　26
参考文献　26
第3章　玻璃热破裂的随机性规律　28
3.1　玻璃破裂的随机性　28
3.2　*弱链理论　28
3.3　玻璃首次破裂主要参数的随机性分析　31
3.3.1　玻璃首次破裂时间统计分析　32
3.3.2　玻璃向火面中心点温度的统计分析　37
3.3.3　玻璃破裂位置处平均温度差的统计分析　42
3.3.4　玻璃破裂位置处热应力的统计分析　47
3.4　本章小结　52
参考文献　53
第4章　玻璃热破裂的确定性规律　54
4.1　玻璃热破裂的确定性及其判据　54
4.2　玻璃的温度场　55
4.2.1　一维温度场　55
4.2.2　二维温度场　58
4.3　玻璃的应力场　60
4.4　玻璃首次破裂时间　64
4.4.1　验证算例分析　64
4.4.2　对比分析　66
4.5　裂纹扩展　68
4.5.1　准静态裂纹扩展　68
4.5.2　动态裂纹扩展　78
4.6　本章小结　89
参考文献　89
第5章　玻璃热破裂的影响因素　92
5.1　玻璃参数的影响　92
5.1.1　热荷载作用下玻璃破裂因素显著性分析　92
5.1.2　实验结果分析　95
5.2　安装方式的影响　98
5.2.1　火源热释放速率和热通量　98
5.2.2　玻璃温度随时间变化规律　100
5.2.3　玻璃的脱落行为　106
5.2.4　遮蔽方式对脱落的影响　110
5.3　空气夹层厚度的影响　115
5.3.1　四边遮蔽工况下中空玻璃的热响应　115
5.3.2　上下水平遮蔽工况下中空玻璃的热响应　117
5.3.3　左右垂直遮蔽工况下中空玻璃的热响应　119
5.4　玻璃厚度的影响　121
5.5　热辐射源升温速率的影响　131
5.5.1　浮法玻璃热破裂行为研究　131
5.5.2　Low-E玻璃热破裂行为研究　139
5.6　表面遮蔽宽度的影响　146
5.6.1　浮法玻璃热破裂行为研究　146
5.6.2　Low-E玻璃热破裂行为研究　153
5.7　本章小结　159
参考文献　159
第6章　水幕保护下的玻璃热破裂行为　161
6.1　玻璃爆裂概述　161
6.2　水幕实验设计　162
6.2.1　相关国家标准、规范　162
6.2.2　实验台总体设计　162
6.2.3　实验方案设计　166
6.3　水幕对受热钢化玻璃破裂行为的影响　168
6.3.1　总体实验现象及结果　168
6.3.2　不施加水幕实验　169
6.3.3　防护冷却型水幕实验　172
6.3.4　防火分隔型水幕实验　180
6.4　水幕对受热非钢化玻璃破裂行为的影响　181
6.4.1　总体实验现象及结果　181
6.4.2　不施加水幕实验　182
6.4.3　防护冷却型水幕实验　183
6.5　本章小结　190
参考文献　190
第7章　风-热耦合荷载下玻璃的破裂行为　192
7.1　实验模拟的设计及实现　193
7.1.1　实验台的总体设计与搭建　193
7.1.2　实验的设计　195
7.2　风-热耦合荷载下框式安装玻璃的破裂行为　201
7.2.1　风速与玻璃表面温度变化的关系　204
7.2.2　风速与玻璃破裂温度差的关系　208
7.2.3　风速与玻璃首次破裂时间的关系　209
7.2.4　传热分析　210
7.2.5　玻璃裂纹的产生、扩展及脱落　212
7.3　风-热耦合荷载下点式支承玻璃的破裂行为　214
7.3.1　玻璃表面温度变化　217
7.3.2　风速与玻璃破裂时间及温度差的关系　219
7.3.3　玻璃裂纹的产生及扩展　221
7.4　本章小结　223
参考文献　223
第8章　玻璃幕墙消防安全评估　225
8.1　消防安全评估方法概述　225
8.1.1　消防安全评估方法的分类　225
8.1.2　消防安全评估的程序　225
8.2　高层建筑玻璃幕墙的安全评估方法　226
8.2.1　玻璃幕墙安全评估方法概述　227
8.2.2　玻璃幕墙的多因素安全评估方法　228
8.3　不足与展望　232
参考文献　233