某會(huì)議中心紅砂巖幕墻系統(tǒng)安全性能檢測(cè)與評(píng)估研究

文｜廣州廣檢建設(shè)工程檢測(cè)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(hù)結(jié)構(gòu)體系，關(guān)于玻璃幕墻的研究已較多，紅砂巖作為裝飾材料也應(yīng)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(qiáng)度較低且抗風(fēng)化腐蝕差，隨著時(shí)間的推移，石材脫落的頻率還可能上升，存在嚴(yán)重安全隱患。由于國(guó)內(nèi)外使用紅砂巖作為幕墻使用的案例少之又少，基于此，關(guān)于紅砂巖幕墻的使用過(guò)程中的檢測(cè)、維護(hù)等問題都還未形成規(guī)范，本文結(jié)合已有規(guī)范以及某會(huì)議中心建筑紅砂巖幕墻，對(duì)系列采用紅砂巖的建筑幕墻展開了性能檢測(cè)評(píng)估研究，包括對(duì)幕墻外觀的檢測(cè)、對(duì)幕墻使用情況的調(diào)查、對(duì)幕墻局部的檢查力學(xué)性能的檢測(cè)等，同時(shí)對(duì)紅砂巖力學(xué)性能展開了力學(xué)性能試驗(yàn)分析，提出相關(guān)的檢測(cè)流程與評(píng)估技術(shù)方法，可為類似工程提供參考。

1 工程概況

某會(huì)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(guó)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(jù)國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》（JGJ133-2001）對(duì)石幕墻要求：“幕墻在正常使用時(shí)，使用單位應(yīng)每隔5年進(jìn)行一次全面檢查?！蓖瑫r(shí)，根據(jù)建筑用戶使用過(guò)程中提供的材料，該建筑在五年使用期內(nèi)多處紅砂巖幕墻出現(xiàn)損傷、脫落情況，如圖2所示。為此，該建筑幕墻按照使用時(shí)間已滿五年，需要進(jìn)行全面檢測(cè)，以保證紅砂巖石材幕墻的安全使用，并為后續(xù)的維護(hù)和管理提供技術(shù)依據(jù)。采用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)和試驗(yàn)室檢測(cè)兩種手段，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)對(duì)紅砂巖幕墻石板的外觀、質(zhì)量、強(qiáng)度、連接件的工作狀態(tài)以及龍骨及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行檢查，試驗(yàn)室檢測(cè)測(cè)試石板的吸水率、彎曲強(qiáng)度等性能指標(biāo)，進(jìn)而對(duì)該建筑紅砂巖幕墻的使用情況展開全面評(píng)估。

圖2 使用過(guò)程中紅砂巖幕墻損毀情況

2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)與結(jié)果評(píng)定

2.1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)主要包括石板現(xiàn)狀檢測(cè)(石板裂縫、石板腐蝕與缺陷、石板松動(dòng)與內(nèi)在質(zhì)量、石板強(qiáng)度)、連接件或緊固件狀況檢測(cè)(銹蝕、松動(dòng)、損壞、失效、連接異常)、龍骨及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)現(xiàn)狀檢測(cè)(銹蝕、變形、連接異常)三大項(xiàng)目，石板現(xiàn)狀檢測(cè)主要采用放大鏡觀察記錄裂縫、設(shè)定距離目測(cè)腐蝕與缺陷、回彈法檢測(cè)石板強(qiáng)度等方式(如圖3(a)所示)，連接件或緊固件狀況檢測(cè)主要采用小錘敲擊、手搖、扳手、目測(cè)等方式(如圖3(b)所示)，龍骨及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)現(xiàn)狀檢測(cè)主要采用目測(cè)及小錘敲擊等方式(如圖3(c)所示)。具體檢測(cè)樣本選取與數(shù)量分布如下：

圖3 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)圖

A棟紅砂巖石板共隨機(jī)抽取了315塊進(jìn)行檢測(cè)，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(cè)5處108個(gè)；龍骨及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)共檢測(cè)5處39條。

B棟共隨機(jī)抽取了400塊進(jìn)行檢測(cè)，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(cè)10處165個(gè)；龍骨及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)共檢測(cè)10處71條。

C棟共隨機(jī)抽取了350塊進(jìn)行檢測(cè)，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(cè)10處130個(gè)；龍骨及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)共檢測(cè)11處76條。

D棟共隨機(jī)抽取了500塊進(jìn)行檢測(cè)，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(cè)10處126個(gè)；龍骨及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)共檢測(cè)10處93條。

E棟共隨機(jī)抽取了315塊進(jìn)行檢測(cè)，其中：西墻面50塊、東墻面50塊、北墻面165塊、天面50塊。檢測(cè)結(jié)果見表2。連接件或緊固件共檢測(cè)14處286個(gè)；龍骨及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)共檢測(cè)5處60條。

2.2 檢測(cè)結(jié)果評(píng)定

A～E棟紅砂巖幕墻的檢測(cè)結(jié)果見表2?！睹裼媒ㄖ煽啃澡b定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50292-1999）關(guān)于安全等級(jí)劃分及含義中規(guī)定：當(dāng)安全性能符合要求、不影響幕墻的繼續(xù)使用時(shí)，定義為Au級(jí)；當(dāng)安全性能略低、尚不顯著影響幕墻的繼續(xù)使用時(shí)，定義為Bu級(jí)；當(dāng)安全性能不足、已顯著影響幕墻的繼續(xù)使用時(shí)，定義為Cu級(jí)；當(dāng)安全性嚴(yán)重不符合要求、已嚴(yán)重影響幕墻的繼續(xù)使用時(shí)，定義為Du級(jí)。則可對(duì)A～E棟紅砂巖幕墻的安全性進(jìn)行評(píng)定，評(píng)定結(jié)果具體如下：

A棟紅砂巖石材幕墻安全評(píng)估共檢測(cè)315塊紅砂巖面板，其中140塊失效，失效率為44.4%；共檢測(cè)108個(gè)連接件或緊固件，其中35個(gè)失效，失效率為32.4%；共檢測(cè)39條龍骨，未發(fā)現(xiàn)連接異常，但多數(shù)焊縫存在輕微銹跡。依據(jù)《民用建筑可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50292-1999）規(guī)定，A棟紅砂巖面板評(píng)定為Du級(jí)，連接件或緊固件評(píng)定為Cu級(jí)，結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（鋼立柱、龍骨）評(píng)定為Bu級(jí)?！睹裼媒ㄖ煽啃澡b定標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定：若不止一個(gè)項(xiàng)目低于Bu級(jí)，可根據(jù)情況定為Cu級(jí)或Du級(jí)，則A棟紅砂巖石材幕墻安全性等級(jí)綜合評(píng)定為Cu級(jí)。

B棟紅砂巖石材幕墻安全評(píng)估共檢測(cè)400塊紅砂巖面板，其中183塊失效，失效率為45.8%；共檢測(cè)165個(gè)連接件或緊固件，其中89個(gè)失效，失效率為54%；共檢測(cè)71條龍骨，有51條達(dá)到銹蝕狀態(tài)，部分達(dá)到嚴(yán)重銹蝕狀態(tài)(如圖4(a)所示)。由此，B棟紅砂巖面板評(píng)定為Du級(jí)，連接件或緊固件評(píng)定為Cu級(jí)，結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（鋼立柱、龍骨）評(píng)定為Cu級(jí)，則該棟紅砂巖石材幕墻安全性等級(jí)綜合評(píng)定為Cu級(jí)。

C棟紅砂巖石材幕墻安全評(píng)估共檢測(cè)350塊紅砂巖面板，其中248塊失效，失效率為70.9%；共檢測(cè)130個(gè)連接件或緊固件，其中62個(gè)失效，失效率為47.7%；共檢測(cè)76條龍骨，有69條達(dá)到銹蝕狀態(tài)，且為少量輕微程度銹蝕。由此，C棟紅砂巖面板評(píng)定為Du級(jí)，連接件或緊固件評(píng)定為Bu級(jí)，結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（鋼立柱、龍骨）評(píng)定為Bu級(jí)，則該棟紅砂巖石材幕墻安全性等級(jí)綜合評(píng)定為Cu級(jí)。

D棟紅砂巖石材幕墻安全評(píng)估共檢測(cè)500塊紅砂巖面板，其中296塊失效，失效率為59.2%；共檢測(cè)126個(gè)連接件或緊固件，其中77個(gè)失效，失效率為61.1%；共檢測(cè)93條龍骨，有73條達(dá)到銹蝕狀態(tài)，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(píng)定為Du級(jí)，連接件或緊固件評(píng)定為Du級(jí)，結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（鋼立柱、龍骨）評(píng)定為Bu級(jí)，則該棟紅砂巖石材幕墻安全性等級(jí)綜合評(píng)定為Cu級(jí)。

表2 A～E五棟建筑紅砂巖幕墻現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)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(píng)估共檢測(cè)315塊紅砂巖面板，其中132塊失效，失效率為41.9%；共檢測(cè)286個(gè)連接件或緊固件，其中46個(gè)失效，失效率為16.1%；共檢測(cè)60條龍骨，有8條達(dá)到銹蝕狀態(tài)，且為少量輕微程度銹蝕，未發(fā)現(xiàn)存在構(gòu)造異常。由此，E棟紅砂巖面板評(píng)定為Du級(jí)，連接件或緊固件評(píng)定為Du級(jí)，結(jié)構(gòu)和構(gòu)造（鋼立柱、龍骨）評(píng)定為Bu級(jí)，則該棟紅砂巖石材幕墻安全性等級(jí)綜合評(píng)定為Cu級(jí)。

3 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試與結(jié)果評(píng)定

實(shí)驗(yàn)室測(cè)試主要針對(duì)石板吸水率展開試驗(yàn)，如圖5所示。A～E棟均隨機(jī)抽取5塊紅砂巖面板進(jìn)行吸水率試驗(yàn)。依據(jù)《紅砂巖石材幕墻工程技術(shù)規(guī)程》要求，防護(hù)劑在有效期內(nèi)，石板吸水率大于1%，可判定防護(hù)劑不符合要求。該中心紅砂巖防護(hù)劑的設(shè)計(jì)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(guò)1%，且與未進(jìn)行防護(hù)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(hù)劑失效。

圖5 紅砂巖石板實(shí)驗(yàn)室測(cè)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(yán)重腐蝕，其次是部分連接件或緊固件的松動(dòng)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(huán)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(chǎn)生了裂縫、裂紋、及不同程度的風(fēng)化、腐蝕、缺棱、掉角和防護(hù)劑失效等問題；連接件或緊固件產(chǎn)生了松動(dòng)、銹蝕；鋼龍骨、立柱等幕墻的主要受力構(gòu)件產(chǎn)生了不同程度的脫漆、銹蝕。隨著時(shí)間的推移，石材脫落的頻率還可能上升，存在嚴(yán)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(guò)程中出現(xiàn)的裂縫、裂紋將導(dǎo)致面板裂碎、跌落，對(duì)周邊行人的生命安全造成嚴(yán)重影響，而且，隨著時(shí)間的推移，面板中出現(xiàn)裂縫、裂紋和防護(hù)劑失效的可能性會(huì)進(jìn)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(fēng)化腐蝕，尤其是風(fēng)化腐蝕點(diǎn)的連貫，造成紅砂巖面板的局部粉碎和塊狀脫落；風(fēng)化腐蝕點(diǎn)在背栓附近時(shí)，易造成整塊紅砂巖面板的脫落，對(duì)行人的安全造成嚴(yán)重后果。而且，隨著時(shí)間的推移，石板的風(fēng)化腐蝕將加劇。需要特別指出的是，當(dāng)夏季紅砂巖面板在陽(yáng)光暴曬處于高溫狀態(tài)時(shí)，突如其來(lái)的暴雨使得面板溫度急降，加之雨水的侵入和風(fēng)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(shí)應(yīng)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(dòng)；連接件或緊固件的銹蝕，會(huì)對(duì)紅砂巖面板及其他構(gòu)件的更換和維修造成困難。立柱、龍骨等幕墻的主要受力構(gòu)件，現(xiàn)階段僅檢查到少量鋼構(gòu)件存在輕微銹蝕，目前尚不會(huì)影響紅砂巖幕墻結(jié)構(gòu)的承載力。但是隨著時(shí)間的推移，鋼構(gòu)件表面防護(hù)漆將繼續(xù)脫落，立柱和龍骨的銹蝕程度也將進(jìn)一步加深，幕墻結(jié)構(gòu)主要構(gòu)件的承載力儲(chǔ)備也將越來(lái)越少；即紅砂巖幕墻使用時(shí)間越長(zhǎng)，立柱及龍骨的安全隱患越突出。若立柱及龍骨構(gòu)件失效，則可能造成幕墻結(jié)構(gòu)的局部失穩(wěn)或整體破壞等嚴(yán)重后果，必須對(duì)此問題引起足夠的重視。

由此，建議對(duì)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(jié)論

本文針對(duì)某使用五年的會(huì)議中心紅砂巖幕墻系統(tǒng)的安全性能展開檢測(cè)與評(píng)估研究，得到以下結(jié)論：

（1）紅砂巖板大量風(fēng)化腐蝕，紅砂巖板存在多處裂縫、裂紋、粉碎及塊狀脫落現(xiàn)象，連接件或緊固件亦存在較為嚴(yán)重的損壞、松動(dòng)、銹蝕及連接異常情況，立柱、龍骨等幕墻主要受力構(gòu)件產(chǎn)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(guò)1%，且與未進(jìn)行防護(hù)劑處理的吸水率基本相同，紅砂巖幕墻面板防護(hù)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(píng)估處于較為嚴(yán)重的Du和Cu等級(jí)，龍骨及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的安全性能較好，多處于Bu等級(jí)。五棟紅砂巖幕墻系統(tǒng)安全性等級(jí)綜合評(píng)定為Cu級(jí)，系統(tǒng)的整體安全性能不足，已顯著影響幕墻繼續(xù)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(cè)試結(jié)果