某會議中心紅砂巖幕墻系統安全性能檢測與評估研究

文｜廣州廣檢建設工程檢測中心有限公司 毛吉化

0 引言

為了建筑的美觀以及某些文化表征，大量建筑外立面開始使用幕墻作為圍護結構體系，關于玻璃幕墻的研究已較多，紅砂巖作為裝飾材料也應用到某些建筑之中。但紅砂巖也有自身的天然缺陷，由于孔隙率大，抗彎強度較低且抗風化腐蝕差，隨著時間的推移，石材脫落的頻率還可能上升，存在嚴重安全隱患。由于國內外使用紅砂巖作為幕墻使用的案例少之又少，基于此，關于紅砂巖幕墻的使用過程中的檢測、維護等問題都還未形成規范，本文結合已有規范以及某會議中心建筑紅砂巖幕墻，對系列采用紅砂巖的建筑幕墻展開了性能檢測評估研究，包括對幕墻外觀的檢測、對幕墻使用情況的調查、對幕墻局部的檢查力學性能的檢測等，同時對紅砂巖力學性能展開了力學性能試驗分析，提出相關的檢測流程與評估技術方法，可為類似工程提供參考。

1 工程概況

某會議中心，由A～E五棟展廳組成，展廳之間采用連廊連接，外立面的幕墻總面積共約185097m2，其中B、C、D棟展廳和連廊幕墻面積106030.7m2，A、E棟幕墻面積79066.91m2。幕墻材料分別采用了金屬板、玻璃和天然紅砂巖石板材，其中：紅砂巖石幕墻約120000m2、玻璃和金屬幕墻約65000m2，如此大量采用天然紅砂巖石板材幕墻在我國尚屬首次，如圖1所示。天然紅砂巖石板材幕墻均采用背栓式干掛石材幕墻形式，幕墻面積分布見表1。

圖1 建筑紅砂巖幕墻外立面

表1 A～E五棟建筑紅砂巖幕墻面積分布(m2)

根據國家行業標準《金屬與石材幕墻工程技術規范》（JGJ133-2001）對石幕墻要求：“幕墻在正常使用時，使用單位應每隔5年進行一次全面檢查。”同時，根據建筑用戶使用過程中提供的材料，該建筑在五年使用期內多處紅砂巖幕墻出現損傷、脫落情況，如圖2所示。為此，該建筑幕墻按照使用時間已滿五年，需要進行全面檢測，以保證紅砂巖石材幕墻的安全使用，并為后續的維護和管理提供技術依據。采用現場檢測和試驗室檢測兩種手段，現場檢測對紅砂巖幕墻石板的外觀、質量、強度、連接件的工作狀態以及龍骨及結構系統現狀進行檢查，試驗室檢測測試石板的吸水率、彎曲強度等性能指標，進而對該建筑紅砂巖幕墻的使用情況展開全面評估。

圖2 使用過程中紅砂巖幕墻損毀情況

2 現場檢測與結果評定

2.1 現場檢測

現場檢測主要包括石板現狀檢測(石板裂縫、石板腐蝕與缺陷、石板松動與內在質量、石板強度)、連接件或緊固件狀況檢測(銹蝕、松動、損壞、失效、連接異常)、龍骨及結構系統現狀檢測(銹蝕、變形、連接異常)三大項目，石板現狀檢測主要采用放大鏡觀察記錄裂縫、設定距離目測腐蝕與缺陷、回彈法檢測石板強度等方式(如圖3(a)所示)，連接件或緊固件狀況檢測主要采用小錘敲擊、手搖、扳手、目測等方式(如圖3(b)所示)，龍骨及結構系統現狀檢測主要采用目測及小錘敲擊等方式(如圖3(c)所示)。具體檢測樣本選取與數量分布如下：

圖3 現場檢測圖

A棟紅砂巖石板共隨機抽取了315塊進行檢測，其中：西墻面50塊、南墻面150塊、東墻面50塊，北墻面15塊、天面50塊；連接件或緊固件共檢測5處108個；龍骨及結構系統共檢測5處39條。

B棟共隨機抽取了400塊進行檢測，其中：西墻面100塊、南墻面10塊、東墻面40塊、北墻面150塊、天面100塊；連接件或緊固件共檢測10處165個；龍骨及結構系統共檢測10處71條。

C棟共隨機抽取了350塊進行檢測，其中：南墻面125塊、北墻面125塊、天面100塊；連接件或緊固件共檢測10處130個；龍骨及結構系統共檢測11處76條。

D棟共隨機抽取了500塊進行檢測，其中：西墻面100塊、南墻面150塊、東墻面100塊、北墻面50塊、天面100塊；連接件或緊固件共檢測10處126個；龍骨及結構系統共檢測10處93條。

E棟共隨機抽取了315塊進行檢測，其中：西墻面50塊、東墻面50塊、北墻面165塊、天面50塊。檢測結果見表2。連接件或緊固件共檢測14處286個；龍骨及結構系統共檢測5處60條。

2.2 檢測結果評定

A～E棟紅砂巖幕墻的檢測結果見表2。《民用建筑可靠性鑒定標準》（GB50292-1999）關于安全等級劃分及含義中規定：當安全性能符合要求、不影響幕墻的繼續使用時，定義為Au級；當安全性能略低、尚不顯著影響幕墻的繼續使用時，定義為Bu級；當安全性能不足、已顯著影響幕墻的繼續使用時，定義為Cu級；當安全性嚴重不符合要求、已嚴重影響幕墻的繼續使用時，定義為Du級。則可對A～E棟紅砂巖幕墻的安全性進行評定，評定結果具體如下：

A棟紅砂巖石材幕墻安全評估共檢測315塊紅砂巖面板，其中140塊失效，失效率為44.4%；共檢測108個連接件或緊固件，其中35個失效，失效率為32.4%；共檢測39條龍骨，未發現連接異常，但多數焊縫存在輕微銹跡。依據《民用建筑可靠性鑒定標準》（GB50292-1999）規定，A棟紅砂巖面板評定為Du級，連接件或緊固件評定為Cu級，結構和構造（鋼立柱、龍骨）評定為Bu級。《民用建筑可靠性鑒定標準》規定：若不止一個項目低于Bu級，可根據情況定為Cu級或Du級，則A棟紅砂巖石材幕墻安全性等級綜合評定為Cu級。

B棟紅砂巖石材幕墻安全評估共檢測400塊紅砂巖面板，其中183塊失效，失效率為45.8%；共檢測165個連接件或緊固件，其中89個失效，失效率為54%；共檢測71條龍骨，有51條達到銹蝕狀態，部分達到嚴重銹蝕狀態(如圖4(a)所示)。由此，B棟紅砂巖面板評定為Du級，連接件或緊固件評定為Cu級，結構和構造（鋼立柱、龍骨）評定為Cu級，則該棟紅砂巖石材幕墻安全性等級綜合評定為Cu級。

C棟紅砂巖石材幕墻安全評估共檢測350塊紅砂巖面板，其中248塊失效，失效率為70.9%；共檢測130個連接件或緊固件，其中62個失效，失效率為47.7%；共檢測76條龍骨，有69條達到銹蝕狀態，且為少量輕微程度銹蝕。由此，C棟紅砂巖面板評定為Du級，連接件或緊固件評定為Bu級，結構和構造（鋼立柱、龍骨）評定為Bu級，則該棟紅砂巖石材幕墻安全性等級綜合評定為Cu級。

D棟紅砂巖石材幕墻安全評估共檢測500塊紅砂巖面板，其中296塊失效，失效率為59.2%；共檢測126個連接件或緊固件，其中77個失效，失效率為61.1%；共檢測93條龍骨，有73條達到銹蝕狀態，且為少量輕微程度銹蝕，有4條連接異常(如圖4(b)所示)。由此，D棟紅砂巖面板評定為Du級，連接件或緊固件評定為Du級，結構和構造（鋼立柱、龍骨）評定為Bu級，則該棟紅砂巖石材幕墻安全性等級綜合評定為Cu級。

表2 A～E五棟建筑紅砂巖幕墻現場檢測結果

圖4 龍骨銹蝕與連接異常失效判定

E棟紅砂巖石材幕墻安全評估共檢測315塊紅砂巖面板，其中132塊失效，失效率為41.9%；共檢測286個連接件或緊固件，其中46個失效，失效率為16.1%；共檢測60條龍骨，有8條達到銹蝕狀態，且為少量輕微程度銹蝕，未發現存在構造異常。由此，E棟紅砂巖面板評定為Du級，連接件或緊固件評定為Du級，結構和構造（鋼立柱、龍骨）評定為Bu級，則該棟紅砂巖石材幕墻安全性等級綜合評定為Cu級。

3 實驗室測試與結果評定

實驗室測試主要針對石板吸水率展開試驗，如圖5所示。A～E棟均隨機抽取5塊紅砂巖面板進行吸水率試驗。依據《紅砂巖石材幕墻工程技術規程》要求，防護劑在有效期內，石板吸水率大于1%，可判定防護劑不符合要求。該中心紅砂巖防護劑的設計使用年限為10年，可見，A～E棟樓紅砂巖幕墻石板在使用五年后的吸水率均值都超過1%，且與未進行防護劑處理的吸水率基本相同，則可判定A～E棟紅砂巖幕墻面板的防護劑失效。

圖5 紅砂巖石板實驗室測試圖

4 安全性問題分析

紅砂巖石幕墻為干掛式幕墻，其突出問題是紅砂巖面板裂縫及部分嚴重腐蝕，其次是部分連接件或緊固件的松動和銹蝕。由于紅砂巖材料本身存在天然缺陷，以及紅砂巖面板的工作環境、工作條件及施工缺陷，使得紅砂巖石幕墻的紅砂巖面板產生了裂縫、裂紋、及不同程度的風化、腐蝕、缺棱、掉角和防護劑失效等問題；連接件或緊固件產生了松動、銹蝕；鋼龍骨、立柱等幕墻的主要受力構件產生了不同程度的脫漆、銹蝕。隨著時間的推移，石材脫落的頻率還可能上升，存在嚴重安全隱患。

以上問題在不同程度上影響了紅砂巖幕墻的安全使用，尤其是紅砂巖面板在使用過程中出現的裂縫、裂紋將導致面板裂碎、跌落，對周邊行人的生命安全造成嚴重影響，而且，隨著時間的推移，面板中出現裂縫、裂紋和防護劑失效的可能性會進一步提高，將加劇紅砂巖面板的裂碎和跌落。紅砂巖面板的風化腐蝕，尤其是風化腐蝕點的連貫，造成紅砂巖面板的局部粉碎和塊狀脫落；風化腐蝕點在背栓附近時，易造成整塊紅砂巖面板的脫落，對行人的安全造成嚴重后果。而且，隨著時間的推移，石板的風化腐蝕將加劇。需要特別指出的是，當夏季紅砂巖面板在陽光暴曬處于高溫狀態時，突如其來的暴雨使得面板溫度急降，加之雨水的侵入和風力作用，已存在裂縫、裂紋或腐蝕的紅砂巖面板更易碎裂脫落，此時應特別注意行人的安全。

連接件或緊固件的失效造成紅砂巖面板的松動；連接件或緊固件的銹蝕，會對紅砂巖面板及其他構件的更換和維修造成困難。立柱、龍骨等幕墻的主要受力構件，現階段僅檢查到少量鋼構件存在輕微銹蝕，目前尚不會影響紅砂巖幕墻結構的承載力。但是隨著時間的推移，鋼構件表面防護漆將繼續脫落，立柱和龍骨的銹蝕程度也將進一步加深，幕墻結構主要構件的承載力儲備也將越來越少；即紅砂巖幕墻使用時間越長，立柱及龍骨的安全隱患越突出。若立柱及龍骨構件失效，則可能造成幕墻結構的局部失穩或整體破壞等嚴重后果，必須對此問題引起足夠的重視。

由此，建議對該中心紅砂巖幕墻采取整體處理措施，徹底消除安全隱患，保證幕墻的正常使用安全。

5 結論

本文針對某使用五年的會議中心紅砂巖幕墻系統的安全性能展開檢測與評估研究，得到以下結論：

（1）紅砂巖板大量風化腐蝕，紅砂巖板存在多處裂縫、裂紋、粉碎及塊狀脫落現象，連接件或緊固件亦存在較為嚴重的損壞、松動、銹蝕及連接異常情況，立柱、龍骨等幕墻主要受力構件產生了不同程度的脫漆和銹蝕。

（2）紅砂巖幕墻石板在使用五年后的吸水率均值都超過1%，且與未進行防護劑處理的吸水率基本相同，紅砂巖幕墻面板防護劑失效。

（3）五棟紅砂巖幕墻石板及連接件/緊固件的安全性能評估處于較為嚴重的Du和Cu等級，龍骨及結構系統的安全性能較好，多處于Bu等級。五棟紅砂巖幕墻系統安全性等級綜合評定為Cu級，系統的整體安全性能不足，已顯著影響幕墻繼續使用，存在較大的安全隱患。

表3 A～D棟紅砂巖幕墻石板吸水率測試結果