單元式幕墻板塊在強臺風(fēng)中整體墜落案例分析

常銀昌，汪四新

（深圳市建筑科學(xué)研究院股份有限公司，廣東 深圳 518049）

0 引言

單元式幕墻因其工業(yè)化生產(chǎn)，現(xiàn)場裝配化施工，減少現(xiàn)場人工作業(yè)量，施工速度快，質(zhì)量更有保證等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于高層特別是超高層建筑外圍護結(jié)構(gòu)中，單元式幕墻是指由面板與支承框架在工廠制成的不小于一個樓層高度的幕墻結(jié)構(gòu)基本單位（俗稱單元板塊），直接通過連接節(jié)點安裝在主體結(jié)構(gòu)上組合而成的框支承建筑幕墻。

在幕墻質(zhì)量檢驗中，大家重點關(guān)注幕墻預(yù)埋件、主次龍骨及玻璃面板等主要材料的質(zhì)量，而幕墻各構(gòu)件的連接質(zhì)量檢驗內(nèi)容較少且籠統(tǒng)，特別是關(guān)于單元式幕墻的連接內(nèi)容更少［1］；近幾年幕墻排查、檢測鑒定及幕墻事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)，幕墻構(gòu)件之間的連接失效是影響幕墻安全最主要的問題。本文以某大廈單元式幕墻板塊在強臺風(fēng)中被整體吹落的事故為例，對單元板塊墜落原因進行分析，總結(jié)和探討單元式幕墻支座設(shè)計及施工中應(yīng)關(guān)注的技術(shù)等問題。

1 工程概況

某大廈位于市中心區(qū)域，建筑層數(shù)為 34 層，高度約 159 m，主體結(jié)構(gòu)形式為框架-核心筒結(jié)構(gòu)，外圍護結(jié)構(gòu)為單元式玻璃幕墻。2018 年 9 月 16 日，臺風(fēng)“山竹”來襲時，該大廈 21 層、22 層共計 8 個幕墻單元板塊發(fā)生整體墜落，圖1 為幕墻板塊墜落過程視頻截圖及墜落后的照片。

圖1 幕墻板塊墜落照片

2 墜落機理分析

現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，墜落的板塊均在單元式幕墻板塊支座節(jié)點處整體脫開。該支座節(jié)點構(gòu)造由固定在單元幕墻板塊上的鋁合金掛件、固定在主體結(jié)構(gòu)上的 L 形鋁合金掛座 2 及固定在掛座 2 上的鋁合金掛座 1 組成，如圖2 所示。掛件與掛座 1 均開設(shè)有槽口，通過槽口處掛接形成掛鉤式連接。連接后槽口可限制板塊在水平方向的活動，并把板塊荷載傳遞至主體結(jié)構(gòu)。現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)，墜落的幕墻板塊均由槽口處脫開，且部分鄰近墜落區(qū)的節(jié)點掛件也已經(jīng)從掛座槽口中脫出，有隨時墜落的危險，如圖3 所示。

圖2 幕墻節(jié)點

圖3 墜落位置節(jié)點

正常情況下，幕墻板塊在自重及上下板塊相互擠壓下，不易從槽口處脫落。通過對墜落的掛件仔細檢查，發(fā)現(xiàn)部分掛件的調(diào)節(jié)螺栓調(diào)節(jié)深度較大，使掛件槽口可搭接長度大大減少，如圖4 所示。因此懷疑節(jié)點搭接存在缺陷。

圖4 墜落板塊掛件細部

為驗證掉落原因，對節(jié)點掛鉤進行了擴大檢測。如圖5 所示，掛座槽設(shè)置有 45°的坡口，當掛件位于該坡口處時，幕墻板塊在水平風(fēng)荷載作用下存在滑出的風(fēng)險，因此檢測時把掛件相互咬合長度減去坡口高度稱為“有效搭接長度”。由于規(guī)范及圖紙未對有效搭接長度進行限制，經(jīng)與幕墻設(shè)計等相關(guān)單位溝通，把有效搭接長度≥8 mm 作為滿足要求的依據(jù)。

圖5 掛鉤有效搭接長度示意圖

由于大廈已經(jīng)投入使用，為降低影響，先以抽樣檢測的方式進行了擴大檢測。通過抽樣發(fā)現(xiàn)，該大廈 15 層及以下樓層掛座 1 為鋼制掛座，掛座開槽深度約 50 mm，掛鉤有效搭接長度基本都在 30 mm 以上，有效搭接量均能滿足要求。16 層及以上樓層掛座 1 均為鋁合金材質(zhì)，掛座開槽深度約 24 mm，部分掛鉤有效搭接長度不能滿足要求，甚至為負值，存在安全隱患。為保障幕墻安全性，決定對 16 層及以上樓層節(jié)點進行全數(shù)檢測，檢測結(jié)果如表1 所示。

表1 掛鉤有效搭接長度檢測結(jié)果

檢測結(jié)果顯示，有效搭接長度不滿足要求的板塊比例高達 76.7 %，遠超預(yù)期。

海恩法則指出：每一起嚴重事故的背后，必然有 29 次輕微事故和 300 起未遂先兆以及 1 000 起事故隱患。本項目幕墻板塊掉落事件顯然為嚴重事故。缺少掛件（鉤）或掛件松動表明節(jié)點已經(jīng)失效，幕墻板塊可隨時掉落。掛鉤有效搭接長度≤-5 mm 表明掛件與掛座已經(jīng)完全不存在咬合關(guān)系，幕墻板塊僅靠板塊間的摩擦力抵御風(fēng)荷載，風(fēng)險非常高，且有的掛件已經(jīng)從槽口中脫出，如圖6 所示，幕墻板塊也可隨時掉落，如果把每一塊可隨時會掉落的幕墻板塊視為一次輕微事故的話，本項目共存在 80 次輕微事故，比海恩法則的 29 次略高，但在一個數(shù)量級。掛鉤有效搭接長度在（-5，0］mm 區(qū)間時，表明掛件位于掛座坡口處，幕墻板塊在風(fēng)荷載作用下存在向上向外滑脫的危險，可視為未遂先兆，那么本項目共存在 317 起未遂先兆，與海恩法則的 300 起未遂先兆幾乎相等。掛鉤有效搭接長度在（0，8）mm 區(qū)間，表明搭接不符合要求，可被視為事故隱患，那么本項目共存在 1 386 起事故隱患，也與海恩法則的 1 000 起事故隱患非常接近。本項目的檢測數(shù)據(jù)幾乎是對海恩法則的完美驗證。

圖6 部分掛件已脫出槽口

該項目轉(zhuǎn)角處節(jié)點與大面處節(jié)點構(gòu)造不同，轉(zhuǎn)角處節(jié)點為鋼質(zhì)掛件，掛件槽口深度較大，搭接量應(yīng)基本沒問題，但轉(zhuǎn)角處節(jié)點卻出現(xiàn)了較多的缺少掛件（鉤）或掛件松動等質(zhì)量問題，如表1 及圖7 所示。另外在檢測中發(fā)現(xiàn)支座節(jié)點還存在其他問題，如有的節(jié)點掛座 1 與掛座 2 間塞墊片導(dǎo)致咬合不穩(wěn)，個別 T 形螺栓頭角度不正確存在脫出的危險，如圖8 所示。

圖7 幕墻轉(zhuǎn)角處節(jié)點質(zhì)量問題

圖8 幕墻節(jié)點其他質(zhì)量問題

檢查發(fā)現(xiàn)，該大廈幕墻節(jié)點存在大量質(zhì)量問題，且部分風(fēng)險較大，存在繼續(xù)墜落的可能，可見該大廈幕墻板塊在臺風(fēng)中墜落并非偶然。

3 問題探討

1）規(guī)范問題。目前幕墻工程中常用的規(guī)范主要有GB/T 21086-2007《建筑幕墻》［2］、JGJ 102-2003《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》［3］和 JGJ/T 139-2001《玻璃幕墻工程質(zhì)量檢驗標準》等。規(guī)范制定年代都比較久遠，規(guī)范中關(guān)于單元式幕墻的規(guī)定較少，關(guān)于單元式幕墻支座節(jié)點的內(nèi)容更少。建議在規(guī)范修訂時考慮增加單元式幕墻支座節(jié)點的相關(guān)內(nèi)容，例如對掛鉤式連接的掛鉤開槽深度、掛接后的有效搭接量等進行規(guī)定，建議掛接后采取防脫措施，并對掛接完畢后的檢查驗收等進行規(guī)定，保證工程質(zhì)量。

2）幕墻圖紙設(shè)計深度不足的問題。早期的幕墻圖紙中僅能看到平面圖、立面圖、大樣圖及節(jié)點詳圖，沒有型材模型圖，導(dǎo)致立柱、橫梁等重要構(gòu)件的細部尺寸缺失，為后期幕墻檢測鑒定計算帶來不小的困難。目前很多幕墻圖紙中增加了主要型材模型圖，但次要構(gòu)件經(jīng)常會有疏漏，例如本項目圖紙中缺少連接掛件的細部尺寸、搭接尺寸等，到了事故發(fā)生后的檢測階段設(shè)計單位才匆忙補充。這就表明在幕墻施工階段無論是施工單位、監(jiān)理單位或檢測機構(gòu)均無法對該節(jié)點搭接情況進行有效檢測。建議幕墻設(shè)計圖進一步深化，更清晰展現(xiàn)連接處細部構(gòu)造，如支座連接件細部尺寸、開啟扇五金件布置及構(gòu)造等。

3）土建施工質(zhì)量問題。本項目掛鉤掛接不到位大多是由于預(yù)埋件位置偏差過大導(dǎo)致的。預(yù)埋件位置偏差過大是主體結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量問題，幕墻施工前應(yīng)予以糾正，如果不采取補救措施，就會把主體結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量問題帶入到幕墻中，為幕墻安全帶來隱患，成為幕墻施工質(zhì)量問題。建議掛鉤設(shè)計時適當考慮土建質(zhì)量問題，增大掛鉤設(shè)計深度。

4）單元板塊的更換維修問題。單元式幕墻新建時安裝方便、快捷，但由于單元板塊是按固定順序插接安裝，安裝后無法單塊更換。本項目掉落了 8 塊單元板，維修時無法采用填補單元板塊的方式進行維修，只能重新設(shè)計，把該局部范圍由單元式幕墻改為構(gòu)件式幕墻，維修時間較長、成本較高。當前玻璃自爆頻頻發(fā)生，單元式幕墻更換自爆玻璃時往往只能采取現(xiàn)場打膠的方式進行更換，存在安全隱患。如果單元板塊設(shè)計為可獨立更換式，當出現(xiàn)玻璃自爆或局部損壞時，更換板塊即可，維修快捷且安全可靠。

4 結(jié)語

本文以某大廈單元式幕墻板塊在強臺風(fēng)中被整體吹落的事故為例，對單元板塊墜落原因進行分析，結(jié)論顯示幕墻節(jié)點質(zhì)量問題是導(dǎo)致幕墻板塊被整體吹落的主要原因。為了解造成該問題的深層次原因，本文從規(guī)范、圖紙深度及土建施工質(zhì)量等角度進行剖析，并提出了相應(yīng)的建議。最后又結(jié)合該項目后續(xù)維修過程中發(fā)現(xiàn)的問題，對單元式幕墻設(shè)計提了一點建議。Q