既有幕墻安全性研究

GXF360 2017-06-22

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既有幕墻安全性研究

□文/張帆

摘要：歷年來對于既有幕墻的安全性方面的評估鑒定一般都是套用新建幕墻的檢測方法進行的，但是既有項目與在建工程是截然不同的，無法直接套用在建工程的方法進行。文章根據(jù)幕墻連接構造的主次關系重新為既有建筑幕墻定義了安全性的評估重點與方向。

關鍵詞：既有幕墻；安全性；鑒定

根據(jù)既有幕墻的安全性評估經(jīng)驗，大多數(shù)問題都是發(fā)生在幕墻自身構造方面，而整體結構受力方面卻很保守。本文針對于容易出現(xiàn)問題的幕墻自身構造方面進行總結與提供設計建議。

1　建筑幕墻本身構造系統(tǒng)

綜合測試總結實際工程中出現(xiàn)的問題，構造是影響幕墻安全性的一個重要因素，在評估其安全性中，應重點檢查評估既有幕墻的構造是否會出現(xiàn)嚴重的安全隱患。匯總發(fā)現(xiàn)的問題，主要有以下幾方面。

1）加工孔間隙誤差。在幕墻轉(zhuǎn)接件與幕墻龍骨連接時，一般采用對穿螺栓固定，龍骨上的穿孔一般是在工廠加工而得，在尺寸精度上是有所保障的，但是很多實際工程中，由于施工誤差會導致原在加工廠加工的孔無效，都是采用現(xiàn)場打孔，甚至采用氣割開孔等方式進行調(diào)整，因此所采用的螺栓間隙遠遠大于設計要求，導致建筑幕墻結構系統(tǒng)滑移造成偏心受力，從而影響整個結構的安全。

2）幕墻結構體系中橫梁與立柱未能達到有效連接。一般情況下這種連接會采用4種方式，實際工程中可能產(chǎn)生如下的隱患。

（1）自攻釘。自攻釘采用電鉆方式進行攻入，由于受到施工工作面的影響，可能造成自攻釘不能完全鎖緊或者自攻釘不能水平攻入，在受力上不能完全達到結構計算要求。尤其在鋼鋁組合幕墻中，鋼立柱外包鋁裝飾扣蓋，鋁裝飾蓋與立柱之間有一定間隙，現(xiàn)場施工中由于施工順序問題容易造成橫梁托件不能完全貼合龍骨，造成自攻釘受力不夠形成安全問題。

（2）對穿螺栓。此種方式相比其他三種方式受力比較能夠保證，但施工中穿栓后有時未采用墊片螺栓鎖緊，產(chǎn)生結構松動。

（3）彈簧銷。需要很高的施工精度，在施工過程中一旦精度控制不佳，容易造成彈簧銷無法穿入，需要再進行開孔，孔徑過大會造成彈簧銷與立柱不能有效連接，導致結構松動。

（4）焊接。大多用在石材幕墻與金屬板幕墻龍骨連接體系，焊縫質(zhì)量是保證結構受力安全的前提。而焊接是隱蔽工程，很多項目對此連接方式不能進行有效的監(jiān)控，容易造成焊縫質(zhì)量不高的結構安全隱患。

2　幕墻面板連接構造體系

1）掛鉤式開啟扇未安裝防脫落構造措施。目前很多項目采用的開啟扇掛接方式為掛鉤式連接，施工較為方便、快速。但采用此種連接方式，需要在頂部掛鉤處進行防脫落處理，例如打入防脫落釘或在型材上加限位板作為防脫落措施，施工很容易忽視此防脫落措施的處理，最終形成極大的安全隱患。

2）玻璃面板連接構造。一般采用鋁合金壓塊進行連接。規(guī)范要求壓塊與龍骨連接間距≯300 mm。但結構計算一般情況不會對連接進行復核計算，在實際施工現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)，很多面板的連接壓塊間距＞300 mm，這就形成了面板固定受力有可能不夠，如果壓塊間距不夠，將直接影響在風壓作用下面板與主體連接的可靠性，在面板重力作用下出現(xiàn)面板垂直位移，使得橫梁長期完全受到了板塊的重力作用。

玻璃基本為矩形形狀，壓塊基本是橫向與豎向兩種連接體系，但是在異型面板結構中，壓塊連接有可能出現(xiàn)斜向固定，那么這種斜向固定要求壓塊保持在一定角度，需要在施工時對壓塊進行固定處理，但是在實際工程中很多時候忽略此措施，導致壓塊會在重力作用下出現(xiàn)偏轉(zhuǎn)垂直使得連接處于無效狀態(tài)形成安全隱患。

3）金屬板連接體系。一般金屬板幕墻與主結構通過掛耳進行連接，掛耳與面板采用拉鉚釘或者焊接方式連接。那么拉鉚釘?shù)氖┕すに嚺c焊接工藝直接影響到金屬幕墻的安全性。

4）石材面板連接體系。早期的石材幕墻主要是使用強度比較高的天然花崗石，但近年來石灰石和砂巖等天然石材也用于建筑外墻，而這些石材的吸水率及強度等性能與花崗石相比差別較大。因此，首先要鑒別其面板所使用的天然石材品種，以便正確掌握其實際的物理力學性能。盡可能在石材風化侵蝕最嚴重的部位抽取樣品檢測其性能，同時要考慮在用的石材幕墻使用安全、拆卸方便。

石材幕墻通過T型掛件或蝴蝶型掛件、SE掛件、背栓等方式進行連接。

（1）T型掛件。目前在北京、天津幕墻項目中已經(jīng)禁止使用，但是原有幕墻基本上采用此類方式連接，T型掛件對安裝精度要求相當高并且對石材開槽的質(zhì)量要求非常高，T型掛件連接不能對石材面板安裝進行調(diào)整，屬于一次成型。因此，很多T型掛件因安裝精度要求不能與石材面板形成有效結合或者石材在開槽施工時本身對連接槽口產(chǎn)生破壞，形成了巨大的安全隱患。目前既有石材幕墻的安全隱患及安全問題基本由T型掛件產(chǎn)生，而且T型掛件連接在抗震性能上不優(yōu)。

（2）SE掛件。幕墻石材掛接采用比較普遍。施工時石材面板可以調(diào)節(jié)，但是掛件嵌入面板的質(zhì)量也是影響其安全性的主要因素。

（3）背栓。相對其他兩種連接方式是安全的。但是背栓造價太高，對材質(zhì)要求較高。一般工程由于造價限制，應用不是很廣且國產(chǎn)背栓的質(zhì)量參差不齊。另外，背栓開孔要求很高，石材的材質(zhì)不均勻?qū)е麻_孔質(zhì)量存在隱患，比如遇到質(zhì)地不密實的石材，進行背栓開孔時，在鉆的震動作用下孔徑尺寸很難保證，石材的抗裂強度也難于保證。這一系列因素均對石材幕墻的安全性產(chǎn)生直接的隱患。

5）結構密封膠。早期幕墻均為框架式玻璃幕墻，分為明框和隱框。明框采用壓塊、壓板與幕墻結構連接。隱框采用結構膠粘接附框，然后采用壓塊與幕墻結構連接，所以結構膠的質(zhì)量直接關系到隱框或者半隱框幕墻的安全性問題。

建筑用硅酮結構密封膠主要用于建筑隱框玻璃幕墻。硅酮結構密封膠的外觀檢查主要包括結構膠是否有龜裂、起粉、起皮、變色等老化現(xiàn)象并根據(jù)程度的不同對結構膠老化程度進行粗略評價。對于硅酮結構密封膠的邵氏硬度，GB 16776—2005《建筑用硅酮結構密封膠》規(guī)定其指標值為30～60。經(jīng)研究表明，隨著硅酮結構密封膠的老化，其邵氏硬度會變大。因此檢測硅酮結構密封膠的邵氏硬度可簡捷、迅速地反映其老化情況。但由于硅酮結構密封膠的品種很多，其初始邵氏硬度、硬度發(fā)展趨勢不同，現(xiàn)有的試驗數(shù)據(jù)尚不能全部反映各種硅酮結構密封膠邵氏硬度隨時間而變化的規(guī)律，故邵氏硬度只作為定性判斷的一個參考指標。當外觀檢查達不到相關要求、邵氏硬度超過或者接近規(guī)定限值時，可以進一步采用合適的方法進行粘結強度檢測，從而對結構密封膠的老化性能有比較準確的定性把握。

目前國外對于結構密封膠的評估方法也在探索階段。以美國為例，ASTMC 1392-00（2005）《結構密封膠裝配玻璃失效評估標準指南》中所采用的就是荷載試驗法。在已安裝好的結構密封膠裝配玻璃系統(tǒng)中，通過測量在局部加載的條件下所獲得的撓度，來確定結構密封膠的失效部位。其大致步驟：首先，1個用結構密封膠完全粘接而成的現(xiàn)有方格，在其邊緣處以不連續(xù)的定位方式從其側(cè)面進行加載的條件下，測出該方格的撓度；然后，在幾個被選定的方格上，故意對結構密封膠進行切割以模擬其失效狀態(tài)，而且，在與前述相同的側(cè)面加載條件下測量出這些方格的撓度；在隨后對該系統(tǒng)其他方格的測試過程中，上述這些撓度的測量結果便作為確定密封膠是否已經(jīng)失效的依據(jù)。評估其他方格，即測量其撓度，從而確定所有結構密封膠失效的程度。確定結構密封膠失效的方法是將所測得的撓度數(shù)值與先前所測得的失效件(即故意切割的)和未失效件的撓度結果進行比較。該指南給出了一種模擬失效(文中提到的有意切割)和實際失效之間對比來判定失效部位及其失效程度的新穎方法，值得借鑒。但是該指南僅僅是初步評估的指導性規(guī)范，未對儀器設備和檢測步驟進行量化和細化，在測量變形裝置方面規(guī)定模糊，還有待于進一步完善。

目前國內(nèi)比較可行的方法是將結構膠從基材上割下來，修整成長50mm、寬6mm、厚6mm的長方形樣塊，各表面應盡量平滑，避免出現(xiàn)粗糙或缺口。將膠樣用最大強度不低于1.2 MPa的硅酮結構膠粘結在GB 16776—2005規(guī)定的玻璃和（或）鋁材上，按GB 16776—2005規(guī)定的養(yǎng)護條件進行養(yǎng)護，然后按照GB/T13477.8—2002《建筑密封材料試驗方法》規(guī)定的方法進行拉伸試驗，即可獲得膠樣的最大拉伸強度及最大強度伸長率。粘結時應注意與基材粘結的面應該是原來的粘結面，而不是原來的側(cè)面；新結構膠能覆蓋滿粘結面即可，新結構膠在上下兩個粘結面的粘結厚度總和≯2 mm；可以使用底漆增強新舊結構膠或新結構膠與基材的粘結性?？蓪⒃囼灲Y果與硅酮結構膠產(chǎn)品標準的性能指標對比，按其偏離的程度進行判定。GB 16776—2005規(guī)定，結構膠在23℃時的拉伸粘結強度不低于0.6 MPa，最大拉伸強度時伸長率不低于100%。實際上，一般各企業(yè)新生產(chǎn)的硅酮結構膠的性能數(shù)據(jù)都比產(chǎn)品標準規(guī)定的指標高不少，如果既有幕墻結構膠的檢測試驗結果比產(chǎn)品標準規(guī)定指標降低很多，說明該結構膠的老化比較嚴重，不宜再繼續(xù)使用。當然，具體項目的判定，還要通過對結構膠粘結承載能力的驗算，看其是否滿足該幕墻目標使用年限的可靠度需要來確定。

3　既有幕墻可靠性評估

由于現(xiàn)行技術規(guī)范是以擬建的工程為對象制定的（即新幕墻設計指導性規(guī)范），不可能系統(tǒng)地考慮已有建筑幕墻所能遇到的各種問題，也不能作為已有建筑幕墻鑒定的唯一依據(jù)。因此，建設部建標函[2005]85號文啟動了行業(yè)標準《既有建筑幕墻可靠性鑒定及加固規(guī)程》的制定，目前尚在編制過程中。同時，全國也先后出臺了地方的既有建筑幕墻安全性可靠性鑒定地方技術標準。因此對幕墻進行可靠性評估鑒定是時代的需要、是社會的需要更是建筑幕墻發(fā)展到一定歷史階段的需要。

我國現(xiàn)行建筑幕墻行業(yè)標準規(guī)定，幕墻在正常使用時應5 a進行一次全面檢查，張拉索桿結構的幕墻每3 a進行一次全面預拉力檢查，采用硅酮結構膠粘結的幕墻在10 a后進行首次粘接性能檢查后每3 a檢查一次結構膠粘接性能。但這些定期檢查應如何進行，標準中并未具體規(guī)定。除此之外，有的建筑幕墻在設計或制造安裝過程中遺留下較嚴重的缺陷，也需檢查鑒定其實際承載能力和工作性能。

建筑幕墻作為可更換的建筑外圍護結構，其設計使用年限一般只有建筑主體結構的一半，但實際使用年限很可能超過其設計使用年限或是雖未超過設計使用年限但缺乏正常的維護與檢修，這都需要進行安全性可靠性評估鑒定。

根據(jù)GB50068—2001《建筑結構可靠度設計統(tǒng)一標準》，結構的可靠性是結構安全性、適用性和耐久性的統(tǒng)稱，是結構在規(guī)定的時間內(nèi)，在規(guī)定的條件下，完成預定功能的能力。建筑幕墻作為可更換的建筑外圍護結構，其可靠性要求的涵義與建筑主體結構可靠性要求是一致的，即幕墻的安全性，是指幕墻在正常施工和正常使用時能承受可能出現(xiàn)的各種作用，在設計規(guī)定的偶然事件發(fā)生時及發(fā)生后，仍能保持必需的整體穩(wěn)定性；而幕墻的正常使用性是適用性和耐久性的總稱，是指幕墻在正常使用時具有良好的工作性能，在正常維護下具有足夠的耐久性能。

為此，天津市也應頒布天津市既有建筑幕墻安全性評估鑒定規(guī)程且該規(guī)程應采用與GB 50292—1999《民用建筑可靠性鑒定標準》對民用建筑總體可靠性鑒定相一致的方法，即對既有建筑幕墻的可靠性鑒定劃分為安全性鑒定和正常使用性鑒定以及同時包含這兩種鑒定的全面的可靠性鑒定。

建筑幕墻使用的材料繁多、支承結構與構造形式多樣，應用環(huán)境和使用功能不盡相同，因此，可根據(jù)業(yè)主對幕墻鑒定的目的和要求，具體確定是進行安全性鑒定，還是進行正常使用性鑒定或是進行包含這兩種鑒定的全面的可靠性鑒定。