既有幕墙安全性研究

GXF360 2017-06-22

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既有幕墙安全性研究

□文/张帆

摘要：历年来对于既有幕墙的安全性方面的评估鉴定一般都是套用新建幕墙的检测方法进行的，但是既有项目与在建工程是截然不同的，无法直接套用在建工程的方法进行。文章根据幕墙连接构造的主次关系重新为既有建筑幕墙定义了安全性的评估重点与方向。

关键词：既有幕墙；安全性；鉴定

根据既有幕墙的安全性评估经验，大多数问题都是发生在幕墙自身构造方面，而整体结构受力方面却很保守。本文针对于容易出现问题的幕墙自身构造方面进行总结与提供设计建议。

1　建筑幕墙本身构造系统

综合测试总结实际工程中出现的问题，构造是影响幕墙安全性的一个重要因素，在评估其安全性中，应重点检查评估既有幕墙的构造是否会出现严重的安全隐患。汇总发现的问题，主要有以下几方面。

1）加工孔间隙误差。在幕墙转接件与幕墙龙骨连接时，一般采用对穿螺栓固定，龙骨上的穿孔一般是在工厂加工而得，在尺寸精度上是有所保障的，但是很多实际工程中，由于施工误差会导致原在加工厂加工的孔无效，都是采用现场打孔，甚至采用气割开孔等方式进行调整，因此所采用的螺栓间隙远远大于设计要求，导致建筑幕墙结构系统滑移造成偏心受力，从而影响整个结构的安全。

2）幕墙结构体系中横梁与立柱未能达到有效连接。一般情况下这种连接会采用4种方式，实际工程中可能产生如下的隐患。

（1）自攻钉。自攻钉采用电钻方式进行攻入，由于受到施工工作面的影响，可能造成自攻钉不能完全锁紧或者自攻钉不能水平攻入，在受力上不能完全达到结构计算要求。尤其在钢铝组合幕墙中，钢立柱外包铝装饰扣盖，铝装饰盖与立柱之间有一定间隙，现场施工中由于施工顺序问题容易造成横梁托件不能完全贴合龙骨，造成自攻钉受力不够形成安全问题。

（2）对穿螺栓。此种方式相比其他三种方式受力比较能够保证，但施工中穿栓后有时未采用垫片螺栓锁紧，产生结构松动。

（3）弹簧销。需要很高的施工精度，在施工过程中一旦精度控制不佳，容易造成弹簧销无法穿入，需要再进行开孔，孔径过大会造成弹簧销与立柱不能有效连接，导致结构松动。

（4）焊接。大多用在石材幕墙与金属板幕墙龙骨连接体系，焊缝质量是保证结构受力安全的前提。而焊接是隐蔽工程，很多项目对此连接方式不能进行有效的监控，容易造成焊缝质量不高的结构安全隐患。

2　幕墙面板连接构造体系

1）挂钩式开启扇未安装防脱落构造措施。目前很多项目采用的开启扇挂接方式为挂钩式连接，施工较为方便、快速。但采用此种连接方式，需要在顶部挂钩处进行防脱落处理，例如打入防脱落钉或在型材上加限位板作为防脱落措施，施工很容易忽视此防脱落措施的处理，最终形成极大的安全隐患。

2）玻璃面板连接构造。一般采用铝合金压块进行连接。规范要求压块与龙骨连接间距≯300 mm。但结构计算一般情况不会对连接进行复核计算，在实际施工现场发现，很多面板的连接压块间距＞300 mm，这就形成了面板固定受力有可能不够，如果压块间距不够，将直接影响在风压作用下面板与主体连接的可靠性，在面板重力作用下出现面板垂直位移，使得横梁长期完全受到了板块的重力作用。

玻璃基本为矩形形状，压块基本是横向与竖向两种连接体系，但是在异型面板结构中，压块连接有可能出现斜向固定，那么这种斜向固定要求压块保持在一定角度，需要在施工时对压块进行固定处理，但是在实际工程中很多时候忽略此措施，导致压块会在重力作用下出现偏转垂直使得连接处于无效状态形成安全隐患。

3）金属板连接体系。一般金属板幕墙与主结构通过挂耳进行连接，挂耳与面板采用拉铆钉或者焊接方式连接。那么拉铆钉的施工工艺与焊接工艺直接影响到金属幕墙的安全性。

4）石材面板连接体系。早期的石材幕墙主要是使用强度比较高的天然花岗石，但近年来石灰石和砂岩等天然石材也用于建筑外墙，而这些石材的吸水率及强度等性能与花岗石相比差别较大。因此，首先要鉴别其面板所使用的天然石材品种，以便正确掌握其实际的物理力学性能。尽可能在石材风化侵蚀最严重的部位抽取样品检测其性能，同时要考虑在用的石材幕墙使用安全、拆卸方便。

石材幕墙通过T型挂件或蝴蝶型挂件、SE挂件、背栓等方式进行连接。

（1）T型挂件。目前在北京、天津幕墙项目中已经禁止使用，但是原有幕墙基本上采用此类方式连接，T型挂件对安装精度要求相当高并且对石材开槽的质量要求非常高，T型挂件连接不能对石材面板安装进行调整，属于一次成型。因此，很多T型挂件因安装精度要求不能与石材面板形成有效结合或者石材在开槽施工时本身对连接槽口产生破坏，形成了巨大的安全隐患。目前既有石材幕墙的安全隐患及安全问题基本由T型挂件产生，而且T型挂件连接在抗震性能上不优。

（2）SE挂件。幕墙石材挂接采用比较普遍。施工时石材面板可以调节，但是挂件嵌入面板的质量也是影响其安全性的主要因素。

（3）背栓。相对其他两种连接方式是安全的。但是背栓造价太高，对材质要求较高。一般工程由于造价限制，应用不是很广且国产背栓的质量参差不齐。另外，背栓开孔要求很高，石材的材质不均匀导致开孔质量存在隐患，比如遇到质地不密实的石材，进行背栓开孔时，在钻的震动作用下孔径尺寸很难保证，石材的抗裂强度也难于保证。这一系列因素均对石材幕墙的安全性产生直接的隐患。

5）结构密封胶。早期幕墙均为框架式玻璃幕墙，分为明框和隐框。明框采用压块、压板与幕墙结构连接。隐框采用结构胶粘接附框，然后采用压块与幕墙结构连接，所以结构胶的质量直接关系到隐框或者半隐框幕墙的安全性问题。

建筑用硅酮结构密封胶主要用于建筑隐框玻璃幕墙。硅酮结构密封胶的外观检查主要包括结构胶是否有龟裂、起粉、起皮、变色等老化现象并根据程度的不同对结构胶老化程度进行粗略评价。对于硅酮结构密封胶的邵氏硬度，GB 16776—2005《建筑用硅酮结构密封胶》规定其指标值为30～60。经研究表明，随着硅酮结构密封胶的老化，其邵氏硬度会变大。因此检测硅酮结构密封胶的邵氏硬度可简捷、迅速地反映其老化情况。但由于硅酮结构密封胶的品种很多，其初始邵氏硬度、硬度发展趋势不同，现有的试验数据尚不能全部反映各种硅酮结构密封胶邵氏硬度随时间而变化的规律，故邵氏硬度只作为定性判断的一个参考指标。当外观检查达不到相关要求、邵氏硬度超过或者接近规定限值时，可以进一步采用合适的方法进行粘结强度检测，从而对结构密封胶的老化性能有比较准确的定性把握。

目前国外对于结构密封胶的评估方法也在探索阶段。以美国为例，ASTMC 1392-00（2005）《结构密封胶装配玻璃失效评估标准指南》中所采用的就是荷载试验法。在已安装好的结构密封胶装配玻璃系统中，通过测量在局部加载的条件下所获得的挠度，来确定结构密封胶的失效部位。其大致步骤：首先，1个用结构密封胶完全粘接而成的现有方格，在其边缘处以不连续的定位方式从其侧面进行加载的条件下，测出该方格的挠度；然后，在几个被选定的方格上，故意对结构密封胶进行切割以模拟其失效状态，而且，在与前述相同的侧面加载条件下测量出这些方格的挠度；在随后对该系统其他方格的测试过程中，上述这些挠度的测量结果便作为确定密封胶是否已经失效的依据。评估其他方格，即测量其挠度，从而确定所有结构密封胶失效的程度。确定结构密封胶失效的方法是将所测得的挠度数值与先前所测得的失效件(即故意切割的)和未失效件的挠度结果进行比较。该指南给出了一种模拟失效(文中提到的有意切割)和实际失效之间对比来判定失效部位及其失效程度的新颖方法，值得借鉴。但是该指南仅仅是初步评估的指导性规范，未对仪器设备和检测步骤进行量化和细化，在测量变形装置方面规定模糊，还有待于进一步完善。

目前国内比较可行的方法是将结构胶从基材上割下来，修整成长50mm、宽6mm、厚6mm的长方形样块，各表面应尽量平滑，避免出现粗糙或缺口。将胶样用最大强度不低于1.2 MPa的硅酮结构胶粘结在GB 16776—2005规定的玻璃和（或）铝材上，按GB 16776—2005规定的养护条件进行养护，然后按照GB/T13477.8—2002《建筑密封材料试验方法》规定的方法进行拉伸试验，即可获得胶样的最大拉伸强度及最大强度伸长率。粘结时应注意与基材粘结的面应该是原来的粘结面，而不是原来的侧面；新结构胶能覆盖满粘结面即可，新结构胶在上下两个粘结面的粘结厚度总和≯2 mm；可以使用底漆增强新旧结构胶或新结构胶与基材的粘结性。可将试验结果与硅酮结构胶产品标准的性能指标对比，按其偏离的程度进行判定。GB 16776—2005规定，结构胶在23℃时的拉伸粘结强度不低于0.6 MPa，最大拉伸强度时伸长率不低于100%。实际上，一般各企业新生产的硅酮结构胶的性能数据都比产品标准规定的指标高不少，如果既有幕墙结构胶的检测试验结果比产品标准规定指标降低很多，说明该结构胶的老化比较严重，不宜再继续使用。当然，具体项目的判定，还要通过对结构胶粘结承载能力的验算，看其是否满足该幕墙目标使用年限的可靠度需要来确定。

3　既有幕墙可靠性评估

由于现行技术规范是以拟建的工程为对象制定的（即新幕墙设计指导性规范），不可能系统地考虑已有建筑幕墙所能遇到的各种问题，也不能作为已有建筑幕墙鉴定的唯一依据。因此，建设部建标函[2005]85号文启动了行业标准《既有建筑幕墙可靠性鉴定及加固规程》的制定，目前尚在编制过程中。同时，全国也先后出台了地方的既有建筑幕墙安全性可靠性鉴定地方技术标准。因此对幕墙进行可靠性评估鉴定是时代的需要、是社会的需要更是建筑幕墙发展到一定历史阶段的需要。

我国现行建筑幕墙行业标准规定，幕墙在正常使用时应5 a进行一次全面检查，张拉索杆结构的幕墙每3 a进行一次全面预拉力检查，采用硅酮结构胶粘结的幕墙在10 a后进行首次粘接性能检查后每3 a检查一次结构胶粘接性能。但这些定期检查应如何进行，标准中并未具体规定。除此之外，有的建筑幕墙在设计或制造安装过程中遗留下较严重的缺陷，也需检查鉴定其实际承载能力和工作性能。

建筑幕墙作为可更换的建筑外围护结构，其设计使用年限一般只有建筑主体结构的一半，但实际使用年限很可能超过其设计使用年限或是虽未超过设计使用年限但缺乏正常的维护与检修，这都需要进行安全性可靠性评估鉴定。

根据GB50068—2001《建筑结构可靠度设计统一标准》，结构的可靠性是结构安全性、适用性和耐久性的统称，是结构在规定的时间内，在规定的条件下，完成预定功能的能力。建筑幕墙作为可更换的建筑外围护结构，其可靠性要求的涵义与建筑主体结构可靠性要求是一致的，即幕墙的安全性，是指幕墙在正常施工和正常使用时能承受可能出现的各种作用，在设计规定的偶然事件发生时及发生后，仍能保持必需的整体稳定性；而幕墙的正常使用性是适用性和耐久性的总称，是指幕墙在正常使用时具有良好的工作性能，在正常维护下具有足够的耐久性能。

为此，天津市也应颁布天津市既有建筑幕墙安全性评估鉴定规程且该规程应采用与GB 50292—1999《民用建筑可靠性鉴定标准》对民用建筑总体可靠性鉴定相一致的方法，即对既有建筑幕墙的可靠性鉴定划分为安全性鉴定和正常使用性鉴定以及同时包含这两种鉴定的全面的可靠性鉴定。

建筑幕墙使用的材料繁多、支承结构与构造形式多样，应用环境和使用功能不尽相同，因此，可根据业主对幕墙鉴定的目的和要求，具体确定是进行安全性鉴定，还是进行正常使用性鉴定或是进行包含这两种鉴定的全面的可靠性鉴定。