非預(yù)期外力作用后建筑幕墻安全性鑒定的研究與分析

常記莽

1.福建省建筑科學(xué)研究院有限責(zé)任公司,福建 福州 350025; 2.福建省綠色建筑技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350025

0 前言

非預(yù)期外力為幕墻設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)法預(yù)測(cè)的因素，其發(fā)生往往具有時(shí)間、地點(diǎn)及施力方式不確定等特點(diǎn)。處于臺(tái)風(fēng)環(huán)境中的建筑幕墻，所承受的風(fēng)荷載大大超過(guò)當(dāng)?shù)鼗撅L(fēng)壓。幕墻是建筑大廈抵抗風(fēng)荷載的第一道防線，也是薄弱環(huán)節(jié)；在臺(tái)風(fēng)中面板、構(gòu)件及連接構(gòu)造可能遭遇不可逆破壞。隨著我國(guó)基建蓬勃發(fā)展，地鐵、管廊等需挖掘道路的大型工程在城市中隨處可見(jiàn)。如果施工防護(hù)不當(dāng)，可能會(huì)給道路兩側(cè)地面造成沉降，如果沉降較大，會(huì)給底部采用座立式結(jié)構(gòu)的幕墻帶來(lái)安全隱患。廣東、福建、上海、江蘇、山東、四川等省已頒布的地方性建筑幕墻鑒定規(guī)程要求：當(dāng)幕墻遭受臺(tái)風(fēng)、地震等不可抗力以及面板和連接構(gòu)件出現(xiàn)異常變形、脫落等情況時(shí)，需進(jìn)行安全性鑒定。下面以兩種不同非預(yù)期外力分別作用建筑幕墻后的項(xiàng)目為鑒定案例，對(duì)建筑幕墻安全性展開(kāi)分析研究，與大家分享。

1 臺(tái)風(fēng)作用后玻璃幕墻安全性鑒定的研究與分析

1.1 背景信息

臺(tái)風(fēng)信息：“莫蘭蒂”達(dá)15 級(jí)，風(fēng)速約48m/s，局部達(dá)17 級(jí)，風(fēng)速約67 m/s；按照GB50009-2012 給出的風(fēng)速與風(fēng)壓的轉(zhuǎn)換公式P=v2/1600 進(jìn)行近似計(jì)算,風(fēng)速（48m/s）對(duì)應(yīng)的風(fēng)壓為1.44kN/m2、風(fēng)速（67 m/s）對(duì)應(yīng)的風(fēng)壓為2.81kN/m2，均遠(yuǎn)超廈門(mén)基本風(fēng)壓0.80kN/m2（50 年重現(xiàn)期）。項(xiàng)目概況：該綜合體位于廈門(mén)海岸地帶，但周圍有密集建筑群（包括商業(yè)大廈集中區(qū)和高層住宅區(qū)）；綜合體主要包含A、B 塔樓（高度均約195m），A、B 塔樓之間為一座酒店（高度約85.4m），B 塔樓裙樓為集中商業(yè)樓（高度約33m）；本項(xiàng)目竣工驗(yàn)收時(shí)間為2015 年，其外裝飾主要為玻璃幕墻。“莫蘭蒂”（2016 年）直襲廈門(mén)后，造成B 塔樓和酒店的玻璃幕墻、集中商業(yè)樓采光頂玻璃呈現(xiàn)大面積、多區(qū)域破碎的現(xiàn)象。

1.2 鑒定關(guān)鍵點(diǎn)分析

臺(tái)風(fēng)災(zāi)害后幕墻安全性重點(diǎn)鑒定內(nèi)容主要有：①外觀檢查幕墻表面受損情況，是否有裝飾扣板、面板、開(kāi)啟扇脫落，是否存在玻璃破碎的現(xiàn)象，如出現(xiàn)玻璃破碎，分析其破碎的原因；②檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)膠與基材是否脫膠，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)膠是否被撕裂并核驗(yàn)其在臺(tái)風(fēng)環(huán)境下的承載能力；③檢驗(yàn)面板連接構(gòu)造、金屬框架及其與主體的連接構(gòu)造是否出現(xiàn)松動(dòng)，五金件是否存在被剪斷的現(xiàn)象，檢驗(yàn)焊縫是否被拉斷；④檢驗(yàn)立柱、橫梁是否出現(xiàn)永久變形；⑤檢驗(yàn)后置錨栓是否出現(xiàn)滑移，檢驗(yàn)后錨固件/預(yù)埋件周圍混凝土的開(kāi)裂情況等。

1.3 玻璃破碎原因分析

該項(xiàng)目玻璃破碎原因的分析研究是重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。玻璃破碎主要原因分析如下：

（1）核驗(yàn)玻璃面板是否能夠承受臺(tái)風(fēng)環(huán)境下的風(fēng)荷載。分別以廈門(mén)地區(qū)基本風(fēng)荷載和臺(tái)風(fēng)環(huán)境下風(fēng)荷載對(duì)玻璃面板進(jìn)行承載力驗(yàn)算。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，玻璃在48m/s 風(fēng)速臺(tái)風(fēng)環(huán)境中的強(qiáng)度計(jì)算值仍能滿足要求。（2）建筑物總平面布置對(duì)幕墻玻璃破碎情況的影響。酒店和B 塔樓相鄰，兩者僅間隔一條步行街。曾經(jīng)有科研機(jī)構(gòu)對(duì)城市“峽谷風(fēng)”現(xiàn)象進(jìn)行風(fēng)洞數(shù)值模擬試驗(yàn)：當(dāng)平地上3～4 級(jí)和6～7 級(jí)的風(fēng)穿越城市高樓之間時(shí)，如能形成“狹管效應(yīng)”，放大后的風(fēng)力可以超過(guò)10 級(jí)［1］。本次強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“莫蘭蒂”直襲廈門(mén)島，且臺(tái)風(fēng)達(dá)15 級(jí)，局部地方達(dá)17 級(jí)，如果在酒店和B 塔樓之間形成“狹管效應(yīng)”，放大后的風(fēng)力值之大是非常駭人的。（3）幕墻日常的管理與使用情況。經(jīng)了解，本項(xiàng)目在遭受強(qiáng)臺(tái)風(fēng)作用時(shí)個(gè)別外窗未有效鎖閉，這些外窗在臺(tái)風(fēng)存在反復(fù)啟閉撞擊的可能性，進(jìn)而引起玻璃破碎。（4）風(fēng)攜碎物及穿堂風(fēng)。①該項(xiàng)目面板為8+12A+6+1.52PVB+8鋼化玻璃，但是中空層位于室外側(cè)，夾膠玻璃位于室內(nèi)側(cè)。外片玻璃一旦破碎，將會(huì)與受損脫落的水平遮陽(yáng)板、碎石等其它各類物體在臺(tái)風(fēng)的作用下四處飛射，進(jìn)一步擴(kuò)大玻璃破碎的區(qū)域。②破碎的面板被臺(tái)風(fēng)吹落之后，建筑將不再是一閉合系統(tǒng)。臺(tái)風(fēng)從破碎的洞口侵入建筑物內(nèi)部，使玻璃面板遭受風(fēng)荷載正、負(fù)壓的疊加作用。此時(shí)，幕墻處于最危險(xiǎn)狀態(tài)，極易造成關(guān)聯(lián)區(qū)域面板的破碎。

2 地面沉降后玻璃幕墻安全性鑒定的研究與分析

正常情況下，新建工程的主體結(jié)構(gòu)都會(huì)產(chǎn)生一定的沉降，在主體結(jié)構(gòu)允許的沉降范圍內(nèi)不會(huì)給主體或幕墻造成破壞。本文針對(duì)非預(yù)期外力（道路施工引起）引起道路兩側(cè)地面較大沉降，并給底部采用座立式結(jié)構(gòu)幕墻帶來(lái)的破壞現(xiàn)象進(jìn)行分析研究。

2.1 背景信息

B 項(xiàng)目位于福州市，其明框玻璃幕墻的總面積約700m2，高度約9m，立柱、橫梁均為鋼方通，立柱與橫梁焊接連接。工程于2016 年3 月竣工并投入使用。2019 年由于道路地下管廊施工引起地面沉降，造成了路側(cè)旁幕墻的立柱被拉斷及龍骨連接的焊縫被撕裂等現(xiàn)象。

2.2 安全性鑒定關(guān)鍵點(diǎn)

B 項(xiàng)目重點(diǎn)鑒定的內(nèi)容有：①檢驗(yàn)立柱、橫梁是否已出現(xiàn)永久性變形，記錄變形情況，分析出現(xiàn)變形的原因。②檢驗(yàn)立柱與橫梁、金屬龍骨與主體結(jié)構(gòu)之間的焊縫質(zhì)量，如焊縫是否飽滿、銹蝕、被撕裂，并檢驗(yàn)焊縫被撕裂的位置及數(shù)量，并核驗(yàn)焊縫承載力是否滿足要求。③檢驗(yàn)金屬龍骨與主體的連接構(gòu)造，重點(diǎn)檢查連接節(jié)點(diǎn)是否松動(dòng)、脫落，混凝土是否開(kāi)裂。④對(duì)金屬龍骨進(jìn)行承載力驗(yàn)算。

2.3 安全隱患的分析研究

（1）由于道路管廊施工，建筑物附近的地面往道路基坑處沉降，部分后置錨板附近的混凝土被拉裂（見(jiàn)圖1）。后置錨板隨開(kāi)裂的混凝土一起往室外方向移動(dòng)，位移量在15～110mm之間。（2）立柱上支承點(diǎn)與主體工字鋼梁直接焊接，下支承點(diǎn)與后置錨板焊接（嚴(yán)重違反了規(guī)范要求：立柱單獨(dú)設(shè)置在樓層內(nèi)時(shí)，其上、下兩端均宜采用鉸接）［2］。這種立柱兩端全部焊死做法限制了立柱與主體的相對(duì)位移，在日常使用中立柱不可避免要承受熱脹冷縮帶來(lái)的內(nèi)部應(yīng)力；B 項(xiàng)目由于道路管廊施工引起地面沉降，后置錨板隨被拉裂的混凝土產(chǎn)生垂直于幕墻平面向外的位移，給立柱及其連接節(jié)點(diǎn)造成巨大的應(yīng)力。在這種拉力下已造成3 處立柱被拉裂（見(jiàn)圖2），裂口距地面約510～520mm。（3）原有施工質(zhì)量存在缺陷：金屬骨架之間及與主體結(jié)構(gòu)的焊縫焊縫質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，存在不飽滿，焊縫銹蝕等現(xiàn)象。在收到因沉降產(chǎn)生的拉力時(shí)，部分立柱與橫梁焊接處已出現(xiàn)有2 處焊縫開(kāi)裂現(xiàn)象（見(jiàn)圖3）。

圖1 混凝土被拉裂

圖2 立柱被拉裂

圖3 焊縫開(kāi)裂

3 整改與建議

對(duì)影響承載力的構(gòu)件、構(gòu)造整改前應(yīng)委托有資質(zhì)的單位進(jìn)行設(shè)計(jì)，并委托有施工資質(zhì)的單位進(jìn)行加固。在役幕墻隱患整改要考慮其適修性，當(dāng)幕墻適修性良好時(shí)，針對(duì)安全隱患進(jìn)行加固或更換構(gòu)件；當(dāng)幕墻適修性差時(shí)，可考慮對(duì)幕墻局部或整體拆除重建。

針對(duì)A 項(xiàng)目整改建議為：對(duì)破碎的面板進(jìn)行更換處理；對(duì)金屬龍骨與主體連接構(gòu)造排查，排除構(gòu)造中松動(dòng)、變形、脫落、漏裝等問(wèn)題；普查開(kāi)啟扇構(gòu)造，對(duì)玻璃、五金件等在臺(tái)風(fēng)中出現(xiàn)損壞、脫落、變形的進(jìn)行加固；加強(qiáng)幕墻日常維護(hù)管理。B 項(xiàng)目整改建議為：由于金屬龍骨與主體結(jié)構(gòu)焊接的連接方式不合規(guī)、混凝土已開(kāi)裂、多數(shù)立柱已變形（部分立柱已被撕裂）、金屬龍骨間焊縫不合規(guī)且部分已被撕裂等問(wèn)題較為嚴(yán)重，且加固難度大和成本高等原因，建議拆除重建。

4 結(jié)束語(yǔ)

非預(yù)期外力的發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)及施力方式具有不確定性，故當(dāng)其發(fā)生時(shí)難以做好防護(hù)措施。建筑幕墻遭遇非預(yù)期外力之后，應(yīng)委托具有相應(yīng)檢驗(yàn)資質(zhì)的機(jī)構(gòu)對(duì)大樓幕墻進(jìn)行安全性鑒定，以及時(shí)排除安全隱患。本文為設(shè)計(jì)、施工及非預(yù)期外力作用后建筑幕墻的安全性鑒定等工作提供了參考價(jià)值。