既有建筑幕墻的現狀研究及安全性檢測與評價

狄軍杰 太原市建筑工程質量檢測站有限公司

1 前言

建筑結構幕墻主要作為高層建筑外墻的圍護結構或建筑裝飾圍護結構，長期可以承受建筑重力在水荷載、風荷載、溫度波動作用及多種自然環境下的侵蝕作用。

2 既有建筑幕墻安全檢測的原因、目的及現狀

對于目前既有各類建筑物和使用幕墻的安全性能、特性進行檢測，主要目的之一是為了有效保證既定各類建筑物的幕墻使用安全，為既有各類建筑物安全投入使用提供更為堅實的企業政策保障支持和專業技術支撐，大大降低各類既有建筑物幕墻事故發生概率，保障廣大企業安全生產和人們的生命財產安全。既有建筑幕墻主要有以下問題。

隨著建筑時間的不斷推移，設計和材料裝飾圍護施工工藝存在缺陷、材料裝飾加工工程磨損、腐蝕和材料加工老化等各類重大安全隱患，在高層建筑結構幕墻上均會有不同程度的表現。小到建筑幕墻上的雨水沉積或者滲漏、面板劃傷、材料磨損或者腐蝕等美觀效果，直接影響高層建筑幕墻結構安全性。如建筑裝飾幕墻面板上的黏結材料開裂、玻璃自爆、墜落，或建筑幕墻圍護結構支撐體系腐蝕、變形，連接結構破損等，造成嚴重破壞各類安全較大質量事故，帶來人民公共財產嚴重損失、人身安全嚴重傷害和其他重大社會不良影響。由于這些既有高層建筑圍護結構裝飾幕墻正常使用安全管理周期通常被規定為25年，因此，20世紀80～90年代初期開工建造的新型建筑結構幕墻已接近甚至完全超過了其施工設計正常使用安全管理周期。此外，1995 年以前尚未施工建成的新型有色玻璃建筑幕墻以及2001年6月以前施工建成的新型有色金屬與相同石材類的幕墻，建造時還可能缺乏相關的建筑設計標準及竣工驗收標準問題。另外，對玻璃幕墻安全防護工作重視不夠，維護管理責任落實不到位也是安全風險存在的重要原因。隱框玻璃幕墻中使用硅酮結構膠的安全年限通常僅為10～20年，當臨近硅酮結構膠使用安全年限時，隱框玻璃幕墻的使用安全性也容易出現問題。

如果出現上述幾種情況，說明既有建筑幕墻安全性受到了嚴重威脅可能導致嚴重安全事故，既有建筑幕墻部分功能無法使用，還會對建筑外圍結構安全性和穩定性產生影響。對于既有建筑幕墻安全性檢測中發現的問題，應該有針對性的進行維護和整改，保證既有建筑幕墻結構穩定，功能的正常發揮，避免后期使用中出現幕墻倒塌或面板墜落事故。

3 既有建筑幕墻安全性檢測內容和方法

3.1 資料核查

由于是既有建筑，許多建筑的設計、建設、施工、監理、進場材料復驗等資料既是全面了解該建筑信息的必不可少的條件，也是不得不依靠的資料，因為許多建筑材料都在施工過程中被隱蔽，或無法探查、或代價過大，以及檢測的破壞性會影響建筑本身的結構安全性。所以要先盡可能的查閱既有幕墻設計文件，相關工程技術資料、主要材料的生產廠家、出廠合格證、出廠檢測報告等質量保證資料，再對現場進行初步調查，了解幕墻的整體情況。這樣資料中的信息會減輕既有建筑幕墻檢測的工作量及難度，使檢測工作更有目的性與針對性。

3.2 現場檢測

關于各種既有建筑幕墻安全性現場檢測可以劃分為幕墻結構構件檢查，結構連接構造檢查兩部分。當前我國在各種既有建筑工程幕墻結構安全性技術檢測中，逐漸形成了一套完整的既有建筑工程幕墻結構檢測技術規范。主要是在既有建筑幕墻安全檢測相關專業技術規范要求基礎上，系統的現場檢查、檢測既有建筑幕墻，評價其安全性。

（1）既有建筑幕墻支撐結構構件的檢測，即材料檢測

所用材料主要包括建筑幕墻面板材料、支撐結構主體框架材料和建筑幕墻黏結材料等。

首先，是幕墻面板的檢測。最常見的面板材料為玻璃面板，先用觀察法檢查面板外觀質量，看是否有劃傷、內部焊接溶蝕玻璃等現象；現場采用玻璃測厚儀檢測幕墻玻璃厚度，確定厚度是否符合設計要求，是否有因玻璃板厚度不足造成的面板破壞；采用玻璃表面應力儀檢測玻璃表面應力，該項是檢測玻璃鋼化程度，是否因應力不足造成面板損壞；使用光彈掃描法檢測玻璃缺陷，硫化鎳是玻璃生產過程中不可避免的有害雜質，當含有硫化鎳的幕墻玻璃由于外界溫度升高，使玻璃內部產生微小的裂縫，可能造成玻璃破碎。該項檢測為檢查玻璃內部是否有鎳的雜質點，也就是“蝴蝶斑”，是否為面板破碎的原因及安全隱患。

其次，是幕墻支撐結構構件的檢測。支撐結構構件多數為鋁合金型材，先檢測外觀質量，看型材有無明顯變形、裝配偏差、明顯傷痕等安全隱患；采用核查資料結合現場檢測法檢測幕墻支撐結構的鋁合金型材的尺寸、規格和壁厚，看鋁合金型材的尺寸、規格和壁厚是否滿足設計要求或標準要求，排除或找出因鋁合金型材的尺寸、規格和壁厚等造成的承載性能不足，致使型材材料變形的問題或因此造成面板的脫落和破碎；采用分辨率不低于0.5μm的膜厚檢測儀檢測鍍膜厚度，判斷型材是否腐蝕；若條件允許或不影響構件安全的前提下，還可破壞取樣檢測型材現狀性能。還有部分支撐結構構件使用鋼型材，其檢測方法與項目也與上述鋁合金型材大致相同，都是外觀、尺寸、涂層、性能的順序。

再次，是硅酮結構膠這一面板與支撐材料連接的最重要也是最易出現問題的材料。硅酮密封結構膠自身力學性能上的高低將直接影響幕墻密封結構膠的整體檢測安全性，同時也是當前國內幕墻實驗檢測管理工作中重要的一個組成部分。對于幕墻硅酮密封結構膠用于檢測幕墻力學性能有兩種判斷標準方法，主要是根據幕墻硅酮密封結構膠檢測力學性能在某一恒定系數值以上，卻并未充分考慮到幕墻密封結構膠檢測力學性能發生衰減時所帶來的不良影響，還有待進一步研究完善。現有大型建筑物在幕墻現場實驗檢測中，更多的是將現場檢驗取樣的檢測樣品直接送到相關實驗室檢測，了解硅酮結構膠力學表象和結構硬化程度情況。而現場實體檢測中，更多的還是檢查硅酮結構膠的外觀質量，看硅酮結構膠外觀是否明顯老化斷裂或裂紋，或是否存在硅酮結構密封膠未打滿，表面不光滑，打膠不連續等現象。從玻璃幕墻內側檢查密封膠與相鄰粘接材料處是否觀察到變褪色、化學析出物等現象。如對硅酮結構膠老化程度存在懷疑，或少量取樣無法使雙方信服或有力證明硅酮結構膠力學性能和結構硬化程度，可使用邵氏硬度計檢測膠體硬度，看硅酮結構膠或密封膠條是否滿足性能指標要求20℃～60℃內。也可進行手試試驗，驗證硅酮結構膠或密封膠條老化程度。

近年來隨著幕墻振動質量檢測系統技術操作方法的不斷創新和逐步完善，出現了一系列新式的現場常見振動檢測技術方法，如現場振動吸盤法，主要是指通過現場吸盤技術模擬現場，檢測幕墻機械結構建筑中的振動荷載來起振動檢測作用的一種現場檢測方法，檢測的振動效果性和可靠性也比較高。此外，為了盡可能地避免幕墻振動質量檢測操作過程中基層振動損傷帶來的現場幕墻結構損壞，提出了一種現場檢測幕墻結構中橡膠的基層振動損傷幕墻振動質量檢測系統技術設計方法，根據現場檢測幕墻建筑結構膠的參數動態變化、實際使用情況，用來準確性地判斷現場幕墻建筑結構中橡膠的基層損傷程度，可以說具有較高效率，大大降低了幕墻振動質量檢測操作過程中振動帶來的現場幕墻結構損傷。

在利用既有玻璃幕墻基層結構膠現場損傷檢測法方面，目前國內采用最多的是現場加工切割部分，制成樣品后送回特定實驗室進行實驗室檢測，或者直接在特定性實驗地進行觀測幕墻結構膠的間接外表撕裂現象，以及用邵氏振動硬度計等測量結構膠體的振動硬化應變程度。近幾年也逐漸出現了一些新的現場損傷檢測研究方法，比如橡膠吸盤檢測法用于模擬了在集中均布荷載振動作用下的現場損傷檢測法，氣囊檢測法用于模擬均布荷載振動作用下的現場損傷檢測研究方法、現場幕墻拉伸損傷測試方法等。此外，在完全無損傷檢測法方面，如敲擊振動傷測試方法；陳振宇等提出了一種基于振動功率譜的全振動隱框門窗玻璃幕墻基層結構膠間接脫膠撕裂長度分析檢測研究方法；劉小根等提出了一種基于新型振動應變測試方法技術的全隱框門窗玻璃幕墻基層結構膠間接損傷分析檢測研究方法；林圣忠等提出了一種基于振動應變的隱框玻璃幕墻基層結構膠間接損傷研究檢測方法。這些無損傷研究檢測法，主要是通過振動測量玻璃幕墻的各種動態應力參數及其變化程度，準確識別幕墻結構膠的間接脫膠與撕裂斷膠，是一種完全無損的間接檢測。

（2）結構連接構造檢查包括建筑幕墻支撐結構體系檢查，連接節點檢查，幕墻開啟部分檢查，外裝飾、防雷、防火等檢測

首先，幕墻支撐結構體系檢查。先依據提供的設計圖紙，判斷該幕墻使用何種方式連接、轉接。例如：幕墻豎框與轉接件通過M24螺栓連接，轉接件與后置預埋件為焊接連接，后置預埋件與主體通過兩個M12 膨脹螺栓+兩個M12 化學錨栓連接。根據連接體系依次檢查既有建筑幕墻，確定現場是否符合圖紙設計要求。嚴格試驗檢查既有建筑幕墻的體系本身性能，進行建筑幕墻面板淋雨檢測試驗和風載（抗風壓）能力檢測試驗，以及對既有建筑幕墻進行最新的振動測試法。

其次，通過現場局部拆卸打開隱蔽部分進行抽查，檢查局部連接節點做法與設計圖紙是否存在偏差或缺陷。查看連接框是否錯位、位置有無明顯異常，化學錨栓或膨脹螺栓是否缺少、位置是否正確；膨化學錨栓或膨脹螺栓是否緊固；埋件與預埋件有無錯位；轉接件與掛件之間有無安裝水平調節系統，沒有橫向定位，板塊可能會發生位移；如焊接連接，則查看有無焊瘤，轉接件與埋件連接焊縫表面是否有夾渣、未滿焊，焊縫不飽滿，虛焊，漏焊等現象。

再次，對幕墻開啟部分檢查。主要對開啟窗部分配件功能件、牢固性進行現場檢查。開啟窗的外觀檢查包括產品表面損傷情況、表面涂層質量、腐蝕情況；開啟窗的完好性檢查包括產品有無損傷、有無過度變形、零部件有無缺失；開啟窗配件功能檢查包括五金配件能否正常開啟、正常關閉、正常限位等。檢查方法采用目視觀察、手動試驗；對牢固件的牢固性檢查包括有無松動等。

最后，檢測外裝飾、防雷、防火等部分。由于幕墻外裝飾件外懸在圍護結構外，容易出現安全隱患，幕墻外裝飾件的連接固定必須要仔細檢查，確定是否滿足圖紙設計要求，查看是否腐蝕或松動，必要時對其在各工況下的受力及變形進行數值模擬計算，包括考慮自重和風荷載工況標準組合下、自重和負溫差無風作用下、自重和正溫差（空氣溫度）無風作用下、自重和正溫差（擬定構件表面溫度）無風作用下，外裝飾連接部分強度設計是否滿足規范要求。如無必要，建議拆除既有建筑幕墻外裝飾結構。查看防雷設施是否完善，接地電阻等相關情況；檢查每層的防火構造，查看是否有層與層之間防火構造破壞貫通。

4 既有幕墻評價體系和方法

如何根據現有檢測結果數據，對國內既有建筑幕墻的檢測可靠性進行分級評價，也一直是既有幕墻分級檢測的重要研究內容。國內各地現有檢測規范指的是直接采用評價分級檢測方法進行建立幕墻評價分級體系，其具體內容主要如下。

正常安全性和正常安全使用性的等級鑒定應用評級標準應按基本鑒定單位、子基本單元和等級鑒定應用單元3 個鑒定層次，每一單個層次一般分為4個正常安全性技術等級和3個正常使用性技術等級。每一單個層次的正常安全性等級鑒定應用等級一般分為四級正常安全使用性等級；鑒定技術等級一般分為三級，可靠性等級鑒定應用等級一般分為四級。

5 結束語

雖然國內目前已有既有建筑幕墻安全檢測的相關規程，但是這些檢測規程基本都還是參考國內新建建筑幕墻的安全質量檢測相關規范進行的，針對國內既有建筑幕墻現場安全檢測的主要內容和檢測方法、抽樣檢測數量以及幕墻安全性檢測評價標準體系還大多為地方性標準，國家或行業標準還有待進一步研究。

需要提出解決的若干技術關鍵問題簡述如下：①研究確定針對既有建筑幕墻進行安全性現場檢測的必要技術項目，研發配套相應的現場幕墻檢測試驗設備；隱蔽檢測部位的構件和主體部件如幕墻預埋件、立柱間芯保護套、玻璃幕墻面板底部隔熱墊塊、隔墻導熱條、石材幕墻背栓等現場檢測檢驗項目和現場檢測圖紙技術價值是其中一大難點。②通過研發和改進完善現場隱框幕墻結構硅酮隔熱結構膠的現場檢測無損抽樣檢測圖紙技術，確定其結構硬度、變形穩定能力、強度等關鍵檢測指標。③通過綜合分析考慮現場既有隱框幕墻結構待檢測材料部位的性能重要性、檢測抽樣方法及其實施的基本可操作性和使用經濟性，確定現場隱框幕墻主要檢測部位抽樣圖紙數量。④幕墻防雷、防火隔熱構造均可作為隱蔽檢測部位，其現場抽樣圖紙數量和現場檢測圖紙技術價值需重點加以關注。