既有玻璃幕墻安全性評價方法與防治措施探討

吳新光

（深圳市方大建科集團有限公司，廣東 深圳 518057）

1 引言

由于具備施工簡便、美觀、采光性能好等優(yōu)點，玻璃幕墻自上世紀80年代開始逐漸迅速發(fā)展，直至在90年代達到高峰期。目前國內(nèi)已建成的各種式樣的玻璃幕墻超過2億m2，占全世界的85%[1]。但是早期缺少具體的施工標(biāo)準和規(guī)范，以及施工質(zhì)量不高、監(jiān)管不力等原因，隨著使用年限的增長既有玻璃幕墻逐漸出現(xiàn)去各種安全隱患，引發(fā)的安全事故越來越頻繁。例如：上海市有超過50個竣工的玻璃幕墻在使用過程中出現(xiàn)玻璃破碎情況；廣州、深圳、福州等地也相繼出玻璃下墜傷人事故及開啟窗脫落下墜現(xiàn)象。這些事故主要由構(gòu)造設(shè)置的不合理、選用非安全玻璃、鋼化玻璃自爆、施工不規(guī)范、材料供貨質(zhì)量等原因引起。

針對既有玻璃幕墻破壞引起的安全事故，國內(nèi)專家學(xué)者開始越來越重視玻璃幕墻的安全性現(xiàn)狀，并開展了較多的研究。張元發(fā)、陸津龍統(tǒng)計分析了玻璃幕墻的現(xiàn)狀，并采用現(xiàn)場檢測評估技術(shù)，對既有玻璃幕墻進行現(xiàn)場試驗、檢測、分析，綜合評價了玻璃幕墻的安全性能及影響因素[2]。徐琳、梅錦輝等[3，4]詳細的分析了幕墻的施工工藝并總結(jié)了提高幕墻質(zhì)量的措施及對策。吳懿[5]利用現(xiàn)場粘結(jié)強度測試的方法，檢測了硅酮結(jié)構(gòu)膠的強度和拉伸率等，為幕墻的檢測提供寶貴經(jīng)驗。

上述研究主要集中于從施工角度對既有幕墻存在質(zhì)量提出的要求，而對既有幕墻的安全性能評價均未涉及到。趙鳴等[6]采用模糊綜合評判方法對既有玻璃幕墻的安全性能和檢測進行研究。且絕大多數(shù)既有玻璃幕墻的安全性的研究集中于2005年頒發(fā)的玻璃幕墻安全性能檢測評估技術(shù)規(guī)程。本文作者結(jié)合大量玻璃幕墻項目檢查檢測的數(shù)據(jù)結(jié)果，提出一種簡便的安全性評價方法對既有玻璃幕墻的安全性能影響因素進行評價，同時針對影響幕墻安全性能的主要因素，提出相應(yīng)的切實有效的旨在提高幕墻結(jié)構(gòu)安全質(zhì)量及使用功能的措施，便于進行維修與加固。

2 既有玻璃幕墻安全性評價方法

影響玻璃幕墻的安全性能的影響因素較多，根據(jù)已有的工程資料以及相關(guān)文獻，同時考慮到其科學(xué)性和層次性，將玻璃幕墻的安全性能體系按照其影響因素可劃分為以下幾部分：

圖1 既有玻璃幕墻安全性能體系層次圖

2.1 評價模型

既有玻璃幕墻安全性能的評價模型是一個涵蓋不同指標(biāo)、不同層次的綜合評價體系，可以通過選用綜合評價指數(shù)來進行計算（如式1）：

式中，P為既有玻璃幕墻安全性能的綜合評價指數(shù)，指數(shù)越小意味著既有幕墻安全性能降低越嚴重；為評價指標(biāo)的權(quán)重，根據(jù)已有大量工程經(jīng)驗總結(jié)得出（表1列出）；為各因素的權(quán)重（見表2）；為各因素指標(biāo)評分值，根據(jù)多位經(jīng)驗豐富的工程師分別評分（完好4分、基本完好3分、一般損壞2分、嚴重損壞1分），然后取平均值。

表1 評價指標(biāo)權(quán)重

表2 影響因素權(quán)重

2.2 評價等級

根據(jù)有關(guān)資料和現(xiàn)行規(guī)范，將玻璃幕墻的安全性能分成4個等級：安全性能基本符合要求，不影響幕墻的正常使用；安全性能輕微降低，但不影響幕墻的正常使用；安全性能降低較大，顯著影響幕墻正常使用；安全性能嚴重下降且不符合要求，嚴重影響幕墻正常使用。表3列出詳細評價等級。

表3 玻璃幕墻安全性能評價等級

3 工程實例應(yīng)用

某民政局辦公大樓平面大致成矩形，西北角成圓弧形，為主出入口。建筑平面東西長約44.9米，南北向長度約20.3米。大樓含裙樓5層，主樓19層，塔樓2層，裙樓層高5.0米。6樓層高為3.5米，7-18層為標(biāo)準層，層高為3.1米。塔樓位于19層天臺西側(cè)共兩層，層高3.8米。幕墻工程位于大樓外墻北立面，首層、二層為落地玻璃，門廳上方直至主樓頂端的圓弧部分，為弧形隱框玻璃幕墻。北立面及西立面為玻璃及復(fù)合鋁板復(fù)合幕墻。建筑物東立面及南立面、外墻形式為鋁合金推拉窗加條形貼面磚（如圖2所示）。玻璃幕墻總面積為4500平方米。擬采用上述安全性能評價方法來進行安全評估。

3.1 因素指標(biāo)評分

3.1.1 鋁材鋼材質(zhì)量安全

表4 鋁型材表面鍍膜層厚度測量結(jié)果（um）

對既有幕墻所使用的鋁型材及鋼材的表面質(zhì)量、腐蝕、斑跡以及內(nèi)壁和節(jié)點進行檢查。鋁材表面20處取樣點檢測結(jié)果表明（表4所示），氧化膜厚度達到AA15級標(biāo)準，表面質(zhì)量良好。鏡下所見，鋁材未發(fā)現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，表面干燥、光潔如新，無水漬痕跡，表明鋁型材狀態(tài)良好，無損傷滲水現(xiàn)象，如圖3所示，評為3分。

圖2 辦公大樓玻璃幕墻：a）西立面復(fù)合幕墻，b）東立面鋁合金門窗，c）裙樓部分，d）塔樓部分

圖3 鋁材檢測內(nèi)壁圖

3.1.2 玻璃質(zhì)量安全

玻璃的材料、加工等均符合規(guī)范。但部分玻璃出現(xiàn)破裂現(xiàn)象（南立面4樓門窗玻璃、6樓西北角弧形玻璃），評為2分。

3.1.3 硅酮結(jié)構(gòu)膠質(zhì)量安全

結(jié)構(gòu)膠和耐候膠為中性硅酮膠，室外檢測外觀質(zhì)量、注膠施工工藝良好，未發(fā)現(xiàn)年潔面油氣泡、脫膠等缺陷。室內(nèi)檢測與相鄰粘結(jié)材料成分相容，鉸縫無滲水、潮濕現(xiàn)象、密封性能良好。耐候膠大部分偏軟發(fā)粘，少量部位交替變硬變脆，失去彈性（如表5所示）。部分膠體出現(xiàn)龜裂粉化現(xiàn)象。耐候膠粘結(jié)失效，導(dǎo)致室內(nèi)普遍滲水（如圖示4），立柱、天花板等部位隨處可見水漬，室內(nèi)滲水現(xiàn)象嚴重。取結(jié)構(gòu)膠的取樣數(shù)量為10組，隨機分布，取樣分布于9個樓層。其實驗室檢測結(jié)果（拉伸強度、斷裂延伸率、邵氏硬度、質(zhì)量損失率）表明，結(jié)構(gòu)膠老化程度尚不嚴重（如圖示5）；評為2分。

3.1.4 其他材料質(zhì)量安全

所有支座以及不銹鋼連接件均狀態(tài)良好；評為3分。

圖4 天花板滲水

圖5 密封膠與鋁板脫膠

3.1.5 立柱質(zhì)量安全

立柱與主體的連接部位表面質(zhì)量良好，采用非金屬墊片防腐蝕和降噪。立柱與橫梁連接處的連接螺絲光亮如新（如圖示3）。立柱正面壁厚達到4mm，側(cè)面壁厚達到2.8mm，橫梁壁厚達到2.7mm，能滿足規(guī)范要求；評為4分。

3.1.6 橫梁質(zhì)量安全

橫梁與立柱的連接質(zhì)量良好評；3分。

3.1.7 開啟窗

室外觀察開啟窗狀況良好，室內(nèi)檢查開啟窗可壓緊，無明縫出現(xiàn)，窗框無變形。防水膠條未能形成連續(xù)防水構(gòu)造，膠條老化嚴重，執(zhí)手損壞嚴重，窗鉸固定螺絲脫落、窗鉸變形普遍、無法有效鎖閉窗扇；評為2分。

3.1.8 防火構(gòu)造

防火構(gòu)造基本符合規(guī)范要求評；為3分。

3.1.9 開啟窗、密封膠、防墜落措施設(shè)計

開啟窗、密封膠、防墜落措施的選材、施工設(shè)計均按照規(guī)范要求；評為4分。

3.2 綜合評價指數(shù)

根據(jù)2.1評價模型，可以得出該辦公大樓玻璃幕墻安全性能綜合評價指數(shù)為P=2.4x0.5+3.5x0.2+2.4x0.2+4x0.1=2.78，因此其安全性能屬于嚴重影響幕墻正常使用，應(yīng)采取措施予以加固維修，與最終檢測結(jié)論趨于一致。

4 幕墻安全性能主要影響因素分析及其對應(yīng)措施

針對上述工程實例及大量工程項目以及文獻中影響安全性能的權(quán)重大的因素進行分析，并給出相應(yīng)應(yīng)對措施及對策，具體如以下所述：

4.1 結(jié)構(gòu)密封膠失效

80年代以來，尤其是隱框玻璃幕墻所用的密封膠均不符合GB16776-2005 《建筑用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠》規(guī)定，導(dǎo)致幕墻玻璃墜落占幕墻所有質(zhì)量問題的40%。早期由于缺乏具體的施工標(biāo)準和規(guī)范，導(dǎo)致玻璃幕墻的設(shè)計、選材以及施工中的密封膠存在各種質(zhì)量問題。研究表明[7]，使得密封膠失效的最主要原因是密封膠的老化。在幕墻的使用過程中，密封膠受到環(huán)境中光、熱、氧（臭氧）以及各種介質(zhì)甚至微生物等因素的影響與作用，其粘結(jié)性能會逐漸下降，甚至被破壞。當(dāng)濕度＞95%，溫度高于0℃的環(huán)境，會使得密封膠的老化加重。另外，熱老化-熱失重對密封膠的拉伸強度和粘結(jié)破壞面積影響最大，鹽霧和建筑物清潔劑對密封膠的彈性模量影響最大，但是對密封膠的變形影響不大。密封膠中的礦物油的揮發(fā)使得密封膠變脆、變硬，出現(xiàn)開裂，同時其易于溶解在丁基密封膠中導(dǎo)致中空玻璃流油、出霧、脫粘等現(xiàn)象。對于密封膠的失效可以采取以下措施：有機硅聚合物總量（硅膠+硅油）決定了密封膠的質(zhì)量和壽命，在密封膠的檢測醒目中增加熱老化和有機硅聚合物總量的檢測，降低密封膠失效概率[8]。核查幕墻粘結(jié)現(xiàn)狀、維修、事故玻璃更換記錄，核定結(jié)構(gòu)極限承載。其中以幕墻中空玻璃以及開啟窗粘結(jié)結(jié)構(gòu)承載為重點核查項目。加大對幕墻粘結(jié)結(jié)構(gòu)對荷載及變位的響應(yīng)特性，以及對玻璃粘結(jié)結(jié)構(gòu)的承載可靠性監(jiān)測和評定方法的定量化研究[9]。

4.2 開啟窗安全問題

開啟窗的構(gòu)造設(shè)計不當(dāng)以及使用中的脫落問題及五金配件的不匹配或劣質(zhì)也是引起幕墻質(zhì)量的一個重要因素。早期的隱框玻璃幕墻中，存在較多的玻璃下端沒有托塊的不當(dāng)設(shè)計。采用中空玻璃的開啟窗存在密封膠與中空玻璃以及窗框粘結(jié)的密封膠位置不重疊問題以及開啟窗開口角度過大。除了不當(dāng)設(shè)計外，開啟窗的整體脫落同樣會引起幕墻質(zhì)量。采用以下相應(yīng)措施可以降低開啟窗安全性能問題：開啟窗的面積應(yīng)該按照合理通光量選取，開啟部分面積不應(yīng)大于幕墻面積的15%。開啟窗宜采用上懸式結(jié)構(gòu)，以利于通風(fēng)。開啟窗四周應(yīng)接縫嚴密確保不滲漏水。

4.3 質(zhì)量不合格及金屬構(gòu)件銹蝕

表5 結(jié)構(gòu)膠樣品實驗室檢測結(jié)果（啞鈴型試件）

玻璃幕墻中所使用的不符合要求的鋁材、鋼材等框架、玻璃面板以及連接構(gòu)件也是引起幕墻質(zhì)量問題的另一個重要因素。采用如下的應(yīng)對措施可以降低幕墻的安全性能隱患：鋁合金型材應(yīng)符合《鋁合金建筑型材》標(biāo)準中規(guī)定的高精級。其氧化鍍膜厚度須大于15um（AA15級），滿足規(guī)范要求，且鍍膜表面不得出現(xiàn)斑點、條紋等缺陷。劃傷深度＜兩倍膜厚度，劃傷長度＜150mm，傷數(shù)＜4。另外還須具有一定的耐腐蝕性能。鋁合金立柱或橫梁的壁厚要大于規(guī)范要求的厚度。選取的玻璃試件必須經(jīng)過國家認定的檢測機構(gòu)進行氣密性能、水密性能、抗風(fēng)壓變形性能、平面內(nèi)變形性能等四項基本性能檢測。玻璃須經(jīng)過鋼化均質(zhì)處理；根據(jù)規(guī)范JGJ102的強制性條款，在人員流動密度大、青少年或幼兒活動的公共場所以及使用中易受撞擊的部位，其玻璃幕墻應(yīng)采用安全玻璃并進行玻璃的撞擊檢測及專家論證并使用鋼化真空內(nèi)鍍膜反射玻璃。各種鋼材、緊固件一律熱浸鍍鋅處理，并在焊接后鍍鋅。外露的螺栓選用不銹鋼材質(zhì)。使用鋅鉻酸鹽或者瀝青漆處理玻璃幕墻與混凝土接觸的鋁表面，并進行良好的水密處理。

5 結(jié)論

結(jié)合既有玻璃幕墻相關(guān)工程資料以及對其進行的相關(guān)初步探討，提出基于層次分析方法的既有玻璃幕墻安全性能評價模型，該評價模型具有一定的科學(xué)性，并且操作簡單方便；且根據(jù)評價結(jié)果，可以及時地對既有玻璃幕墻進行加固與維修，保障幕墻結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性；針對引起既有玻璃幕墻安全性能的主要因素進行分析，并提出相應(yīng)的應(yīng)對措施及對策。