既有建筑玻璃幕墻安全性檢測技術及改造案例研究

徐 勤，王 驊，劉 宇（上海建科檢驗有限公司， 上海 201108）

1 上海市建筑玻璃幕墻管理規范

部分調查研究數據表明，既有建筑玻璃幕墻存在著較大安全隱患，主要表現為鋼化玻璃自爆、面板脫落、開啟扇墜落、結構膠老化、連接件失效、五金件缺失等多項問題。

2012年頒布實施的《上海市建筑玻璃幕墻管理辦法》（77號滬府令）明確規定：“采用玻璃幕墻的建設工程，建設單位應當在初步設計文件階段，編制玻璃幕墻結構安全性報告，并提交建設行政管理部門組織專家論證。”“建設單位在申請施工圖設計文件審查時，應當提交結構安全性論證報告、光反射環境影響技術評估報告和專家論證報告。”

同期配套出臺的《關于實施建筑玻璃幕墻結構安全性論證的通知》（滬建交[2012]100號）更是明確規定：“本市行政區域內新建、改建、擴建工程和立面改造工程中采用玻璃幕墻的建設工程，均應按照《上海市建筑玻璃幕墻管理辦法》的規定，實施建筑玻璃幕墻結構安全性論證?！薄敖ㄔO單位在申請委托建筑玻璃幕墻結構安全性論證時，應提交建筑玻璃幕墻結構安全性論證申請表、玻璃幕墻結構安全性報告、玻璃幕墻結構計算書、上海市建設工程報建表、規劃部門審批意見?！?/p>

2 玻璃幕墻安全性檢測

依據上海市工程建設規范 DG/TJ 08-803—2013《建筑幕墻安全性能檢測評估技術規程》，開展幕墻玻璃鑒別技術和結構性能研究、硅酮結構密封膠老化性能和現場檢測技術研究、幕墻主要受力框架和連接件抗風壓性能現場檢測技術研究、既有玻璃幕墻工程安全檢測評估和其他檢測技術的應用、既有玻璃幕墻工程水密性能、氣密性能現場檢測技術的研究，逐一解決在調研過程中發現的問題，建立既有建筑玻璃幕墻安全性能綜合檢測評估方法。

2.1 玻璃檢測評估

在用幕墻玻璃計算可考慮以下因素：①長期使用強度衰減，國外文獻資料表明玻璃強度每 10 a 約衰減 5%；②采用合適的強度計算理論，目前采用在彈性薄板小撓度計算理論基礎上進行部分非線性修正的方法，新工程設計應用較為簡單且較為安全。針對即有幕墻的玻璃可按彈性薄板大撓度理論進行計算，目前采用有限元方法可較為精確地進行計算評估，包括單片玻璃、中空玻璃、夾層玻璃和點式玻璃，尤其是點式玻璃的孔邊應力驗算非常重要。針對既有幕墻玻璃評估，應充分考慮壽命全過程各種不利因素的影響，并參考四邊支撐 6 mm 玻璃的計算公式，對既有建筑玻璃應力和撓度進行檢測評估。

2.2 硅酮結構密封膠

通過大量的紫外老化和熱老化試驗，已證明膠在一定條件下會出現老化現象，膠體的硬度增加、強度下降。在用硅酮結構膠的檢測評估主要分為老化性能、黏結性能等方面。

硅酮結構膠邵氏硬度的檢測也是一種非常簡捷有效的手段。在用硅酮結構膠實際拉伸強度和延伸率可采用實體取樣，制作成可拉伸的樣品進行試驗室檢測分析，通過試驗室可確定實際強度，并進行硅酮結構膠的壽命評估。

當硅酮結構密封膠黏結強度經檢驗不符合 GB 16776—2016《建筑用硅酮結構密封膠》規定時，在規定年限內隱框（或半隱框）玻璃幕墻必須更換硅酮結構密封膠或采取合適的加固措施。

影響硅酮結構膠安全使用的關鍵是黏結面的質量，在用硅酮結構膠檢測評估時較難采用手拉試驗的方法進行黏結面質量的檢測。主要通過以下方法面評估硅酮結構膠質量：①觀察檢查，檢查硅酮結構膠是否出現變（退）色、化學析出物、潮濕、漏水現象，檢查玻璃與硅酮結構密封膠黏結面不應出現黏結不連續的缺陷，黏結面處玻璃反射率應均勻一致，黏結面處玻璃不應有彩虹現象；②定量檢測，黏結面質量的定量檢測可采用集中力加載的方式進行。硅酮結構密封膠集中力加載示意見圖1。

圖1 硅酮結構密封膠集中力加載示意圖

2.3 主要受力框架

其他涉及既有幕墻的檢測評估技術還包括主要受力框架、幕墻連接構造、安裝工藝質量的檢查檢測等?？刹捎镁C合內窺技術，檢查幕墻隱蔽部位的構造和工藝。主要受力框架一般采用結構計算復核的方式，需選取工程各種類型板塊中較為不利的典型板塊進行復核。幕墻主要受力框架與主體結構的連接可靠性是非常重要的檢測評估環節，目前通常以預埋形式的連接方式為主。針對非預埋形式的連接方式應采用可靠方法和手段進行檢測評估。采用機械膨脹螺栓、化學錨栓作為連接方式要尤其注意評估安全可靠性。

既有建筑玻璃幕墻安全檢測評估方法主要包括以下內容：①幕墻材料的檢測；②結構和構造的檢測；③結構承載力驗算；④安全性能評定。

根據承載能力、結構和構造、構件和節點變形 3 個子項的等級進行整體安全性能等級的綜合評定。

安全性能等級評定一般以承載力為主線，但結構和構造、變形等與承載力的等級差異不應＞ 1 級。當任一子項存在 Du 級時，均應立即采取措施，所以該幕墻工程的安全性能等級為 Du 級。當玻璃幕墻的安全性能等級定為 Bu 級、Cu 級或 Du 級時，應根據缺陷嚴重程度和具體情況有選擇地提出處理措施。

3 既有建筑玻璃幕墻安全性改造案例

3.1 項目背景

本項目位于上海市，占地面積為 3.5 萬 m2。該建筑分A、B 兩幢。A 樓總高度約 53.12 m，為一幢地上 13 層建筑物；B 樓總高度約 45.57 m，為一幢地上 11 層建筑物。建筑物外立面主要采用雙層玻璃幕墻與點式幕墻作為外部圍護結構，A 樓及 B 樓的西立面緊靠主干道，A 樓的南立面比鄰商業區，相對其他立面安全風險程度更高。根據委托方要求，對上述區域約 1.6 萬 m2玻璃幕墻進行現場檢測。

3.2 安全性鑒定檢測內容

針對本項目進行的安全性鑒定檢測內容見表1。

表1 本項目安全性鑒定檢測內容

3.3 抽樣檢測方案

經現場踏勘及調查，將該項目的 A 樓南立面、A 樓西立面、B 樓西立面分為 3 個幕墻鑒定單位工程。其中 A 樓南立面包含雙層玻璃幕墻、點式幕墻 2 個鑒定單元，A 樓西立面包含 2 個區域的雙層玻璃幕墻、點式幕墻 3 個鑒定單元，B樓包含雙層玻璃幕墻 1 個鑒定單元。幕墻劃分鑒定單元（單個單元面積一般不超過 5 000 m2）見表2。

表2 幕墻劃分鑒定單元

3.4 安全性鑒定評級

參考既有玻璃幕墻安全性等級評定方法，對應既有玻璃幕墻各鑒定層次，進行安全性鑒定等級的評定，確定最終幕墻的安全性能等級。

（1）面板子單元安全性鑒定等級按上海市工程建設規范 DG/TJ 08-803—2013 表4-16 確定，支承結構子單元安全性鑒定等級按規范確定。

（2）鑒定單元安全性鑒定等級依據所含面板子單元安全性評級結果評定時，按 DG/TJ 08-803—2013 表4-23 的規定執行；鑒定單元安全性鑒定等級依據所含支承結構子單元安全性評級結果評定時，按規范執行。

（3）鑒定單元安全性鑒定時，依據所含面板子單元、支承結構子單元的安全性評級結果分別評定，并取較低等級作為安全性鑒定等級。

3.5 安全風險評估

應用有關“建筑安全運營風險等級劃分標準”的研究成果，對本項目的玻璃幕墻進行風險評估。

本項目玻璃幕墻的玻璃面板頻繁發生爆裂脫落事故，其工程風險概率等級標準定位為 D 級；本項目已竣工處在運營管理階段，面板脫落安全事故未造成人員傷亡和財產損失；不存在工期延誤損失；本項目是跨國大公司的技術中心位于楊浦區 CBD 地區，毗鄰地鐵出入口，人流密集，社會影響大，風險影響程度為較嚴重的。因此，按風險評價矩陣，本項目風險等級定為二級。

3.6 貼膜安全改造

3.6.1 一般規定

（1）既有建筑采用非安全玻璃或為防止鋼化玻璃破裂脫落時，宜貼安全膜。

（2）建筑玻璃膜應進行相應的安全或隔熱設計。

（3）正常使用條件下，室內貼膜、涂膜設計使用年限不應 ＜ 10 a，室外貼膜設計使用年限不應＜ 5 a，中空玻璃內部貼膜設計使用年限不應＜ 15 a。

3.6.2 安全設計

安全貼膜設計文件應包括下列內容：設計目的、依據，安全設計的立面圖、典型構造節點及安全保證的說明。

安全貼膜厚度不應＜ 0.05 mm，實際選用最小厚度應根據玻璃厚度、面積按 JGJ/T 351—2015 《建筑玻璃膜應用技術規程》確定，同時應考慮使用地區、使用部位的風壓、外力沖擊等影響。

安全貼膜與建筑玻璃支承構件連接應可靠。建筑玻璃安全貼膜時宜采用滿貼方式，且玻璃膜與框支承構件應打注硅酮結構密封膠和硅酮密封膠處理，硅酮結構密封膠厚度不應＜ 3 mm，寬度不應＜ 6 mm，硅酮耐候密封膠厚度不應＜2 mm。既有建筑玻璃安全貼膜也可采用貼膜與框邊緣齊平后硅酮結構密封膠連接方式，硅酮結構密封膠直角邊不應＜12 mm，硅酮耐候密封膠厚度不應＜ 2 mm。

幕墻外貼安全膜，應經過殘余抗風壓強度試驗驗證，殘余抗風壓強度不應＜0.4 Wk（Wk 為圍護結構風壓設計標準值），且不應＜ 1 kPa。外貼膜玻璃的殘余抗風壓強度可按JGJ/T 351-2015 附錄 A 確定，試驗用貼膜材料及邊部連接構造應與工程實際一致，且應選取典型尺寸的玻璃板塊試驗。

3.6.3 改造效果檢驗

對貼膜玻璃幕墻進行抗風壓試驗，樣品采用反向安裝，即明框幕墻室內側向外，室外側面向壓力箱，直接承受風壓作用。試驗一的風荷載標準值為 4.000 kPa，參照 GB/T 15227—2007 的試驗方法進行抗風壓性能試驗；試驗二至試驗六依次進行，其風荷載標準值從 1.000 kPa 逐級升到4.000 kPa，每級 0.500 kPa，按照 GB/T 15227—2007的試驗方法逐級進行反復加壓檢測和安全檢測。貼膜玻璃幕墻抗風壓試驗結果匯總見表3。

表3 貼膜玻璃幕墻抗風壓試驗結果匯總表

3.6.4 貼膜施工

貼膜工具及輔助材料應齊全，安裝液應與功能膜配套。

（1）貼膜施工工藝包括下列流程：玻璃檢查和清潔→噴安裝液→上膜→擠水→裁邊→封邊（室外施工）→檢查。

（2）室內安裝裁邊時，貼膜與四周密封材料間隙不應＞1 mm。

（3）采用濕法（硅酮結構密封膠或密封膠）作業時，應保證現場施工環境的清潔，且環境溫度、濕度條件應符合硅酮結構膠產品的規定，注膠種類、寬度和厚度應符合設計要求。

（4）當膜的寬幅小于玻璃邊長時，隔熱貼膜可采用拼接工藝；安全貼膜或隔熱安全貼膜應采用對接加覆蓋貼膜方式，覆蓋貼膜的寬度不應＜50 mm，并通過試驗確定殘余抗風壓性能。

（5）在貼膜施工后 3 d 內，不應移動貼膜玻璃；在貼膜施工后 15 d 內，不得用水清洗貼膜玻璃。

4 結 語

針對上海地區存量巨大的既有幕墻，2012年頒布實施的《上海市建筑玻璃幕墻管理辦法》和上海市工程建設規范DG/TJ 08-803—2013 使幕墻行業設計水平得到整體提升，特別在建筑幕墻的公共安全及運維方面實現了非常有效的管控。

本項目地處上海市中心地帶，是地標建筑之一。在不影響本項目正常辦公的前提下，實施玻璃幕墻整體的安全性改造，消除了高昂的時間成本。運用玻璃幕墻貼膜改造技術進行防脫落整治，整治后安全性能大大提升，杜絕了玻璃幕墻高空墜落傷人的事故發生，對上海 1 萬多棟既有建筑幕墻的安全性整治具有很大的推廣應用價值。這項工作意義重大，將在不斷完善和發展中更好地為城市服務。