既有建筑玻璃幕墙安全性检测技术及改造案例研究

徐 勤，王 骅，刘 宇（上海建科检验有限公司， 上海 201108）

1 上海市建筑玻璃幕墙管理规范

部分调查研究数据表明，既有建筑玻璃幕墙存在着较大安全隐患，主要表现为钢化玻璃自爆、面板脱落、开启扇坠落、结构胶老化、连接件失效、五金件缺失等多项问题。

2012年颁布实施的《上海市建筑玻璃幕墙管理办法》（77号沪府令）明确规定：“采用玻璃幕墙的建设工程，建设单位应当在初步设计文件阶段，编制玻璃幕墙结构安全性报告，并提交建设行政管理部门组织专家论证。”“建设单位在申请施工图设计文件审查时，应当提交结构安全性论证报告、光反射环境影响技术评估报告和专家论证报告。”

同期配套出台的《关于实施建筑玻璃幕墙结构安全性论证的通知》（沪建交[2012]100号）更是明确规定：“本市行政区域内新建、改建、扩建工程和立面改造工程中采用玻璃幕墙的建设工程，均应按照《上海市建筑玻璃幕墙管理办法》的规定，实施建筑玻璃幕墙结构安全性论证。”“建设单位在申请委托建筑玻璃幕墙结构安全性论证时，应提交建筑玻璃幕墙结构安全性论证申请表、玻璃幕墙结构安全性报告、玻璃幕墙结构计算书、上海市建设工程报建表、规划部门审批意见。”

2 玻璃幕墙安全性检测

依据上海市工程建设规范 DG/TJ 08-803—2013《建筑幕墙安全性能检测评估技术规程》，开展幕墙玻璃鉴别技术和结构性能研究、硅酮结构密封胶老化性能和现场检测技术研究、幕墙主要受力框架和连接件抗风压性能现场检测技术研究、既有玻璃幕墙工程安全检测评估和其他检测技术的应用、既有玻璃幕墙工程水密性能、气密性能现场检测技术的研究，逐一解决在调研过程中发现的问题，建立既有建筑玻璃幕墙安全性能综合检测评估方法。

2.1 玻璃检测评估

在用幕墙玻璃计算可考虑以下因素：①长期使用强度衰减，国外文献资料表明玻璃强度每 10 a 约衰减 5%；②采用合适的强度计算理论，目前采用在弹性薄板小挠度计算理论基础上进行部分非线性修正的方法，新工程设计应用较为简单且较为安全。针对即有幕墙的玻璃可按弹性薄板大挠度理论进行计算，目前采用有限元方法可较为精确地进行计算评估，包括单片玻璃、中空玻璃、夹层玻璃和点式玻璃，尤其是点式玻璃的孔边应力验算非常重要。针对既有幕墙玻璃评估，应充分考虑寿命全过程各种不利因素的影响，并参考四边支撑 6 mm 玻璃的计算公式，对既有建筑玻璃应力和挠度进行检测评估。

2.2 硅酮结构密封胶

通过大量的紫外老化和热老化试验，已证明胶在一定条件下会出现老化现象，胶体的硬度增加、强度下降。在用硅酮结构胶的检测评估主要分为老化性能、黏结性能等方面。

硅酮结构胶邵氏硬度的检测也是一种非常简捷有效的手段。在用硅酮结构胶实际拉伸强度和延伸率可采用实体取样，制作成可拉伸的样品进行试验室检测分析，通过试验室可确定实际强度，并进行硅酮结构胶的寿命评估。

当硅酮结构密封胶黏结强度经检验不符合 GB 16776—2016《建筑用硅酮结构密封胶》规定时，在规定年限内隐框（或半隐框）玻璃幕墙必须更换硅酮结构密封胶或采取合适的加固措施。

影响硅酮结构胶安全使用的关键是黏结面的质量，在用硅酮结构胶检测评估时较难采用手拉试验的方法进行黏结面质量的检测。主要通过以下方法面评估硅酮结构胶质量：①观察检查，检查硅酮结构胶是否出现变（退）色、化学析出物、潮湿、漏水现象，检查玻璃与硅酮结构密封胶黏结面不应出现黏结不连续的缺陷，黏结面处玻璃反射率应均匀一致，黏结面处玻璃不应有彩虹现象；②定量检测，黏结面质量的定量检测可采用集中力加载的方式进行。硅酮结构密封胶集中力加载示意见图1。

图1 硅酮结构密封胶集中力加载示意图

2.3 主要受力框架

其他涉及既有幕墙的检测评估技术还包括主要受力框架、幕墙连接构造、安装工艺质量的检查检测等。可采用综合内窥技术，检查幕墙隐蔽部位的构造和工艺。主要受力框架一般采用结构计算复核的方式，需选取工程各种类型板块中较为不利的典型板块进行复核。幕墙主要受力框架与主体结构的连接可靠性是非常重要的检测评估环节，目前通常以预埋形式的连接方式为主。针对非预埋形式的连接方式应采用可靠方法和手段进行检测评估。采用机械膨胀螺栓、化学锚栓作为连接方式要尤其注意评估安全可靠性。

既有建筑玻璃幕墙安全检测评估方法主要包括以下内容：①幕墙材料的检测；②结构和构造的检测；③结构承载力验算；④安全性能评定。

根据承载能力、结构和构造、构件和节点变形 3 个子项的等级进行整体安全性能等级的综合评定。

安全性能等级评定一般以承载力为主线，但结构和构造、变形等与承载力的等级差异不应＞ 1 级。当任一子项存在 Du 级时，均应立即采取措施，所以该幕墙工程的安全性能等级为 Du 级。当玻璃幕墙的安全性能等级定为 Bu 级、Cu 级或 Du 级时，应根据缺陷严重程度和具体情况有选择地提出处理措施。

3 既有建筑玻璃幕墙安全性改造案例

3.1 项目背景

本项目位于上海市，占地面积为 3.5 万 m2。该建筑分A、B 两幢。A 楼总高度约 53.12 m，为一幢地上 13 层建筑物；B 楼总高度约 45.57 m，为一幢地上 11 层建筑物。建筑物外立面主要采用双层玻璃幕墙与点式幕墙作为外部围护结构，A 楼及 B 楼的西立面紧靠主干道，A 楼的南立面比邻商业区，相对其他立面安全风险程度更高。根据委托方要求，对上述区域约 1.6 万 m2玻璃幕墙进行现场检测。

3.2 安全性鉴定检测内容

针对本项目进行的安全性鉴定检测内容见表1。

表1 本项目安全性鉴定检测内容

3.3 抽样检测方案

经现场踏勘及调查，将该项目的 A 楼南立面、A 楼西立面、B 楼西立面分为 3 个幕墙鉴定单位工程。其中 A 楼南立面包含双层玻璃幕墙、点式幕墙 2 个鉴定单元，A 楼西立面包含 2 个区域的双层玻璃幕墙、点式幕墙 3 个鉴定单元，B楼包含双层玻璃幕墙 1 个鉴定单元。幕墙划分鉴定单元（单个单元面积一般不超过 5 000 m2）见表2。

表2 幕墙划分鉴定单元

3.4 安全性鉴定评级

参考既有玻璃幕墙安全性等级评定方法，对应既有玻璃幕墙各鉴定层次，进行安全性鉴定等级的评定，确定最终幕墙的安全性能等级。

（1）面板子单元安全性鉴定等级按上海市工程建设规范 DG/TJ 08-803—2013 表4-16 确定，支承结构子单元安全性鉴定等级按规范确定。

（2）鉴定单元安全性鉴定等级依据所含面板子单元安全性评级结果评定时，按 DG/TJ 08-803—2013 表4-23 的规定执行；鉴定单元安全性鉴定等级依据所含支承结构子单元安全性评级结果评定时，按规范执行。

（3）鉴定单元安全性鉴定时，依据所含面板子单元、支承结构子单元的安全性评级结果分别评定，并取较低等级作为安全性鉴定等级。

3.5 安全风险评估

应用有关“建筑安全运营风险等级划分标准”的研究成果，对本项目的玻璃幕墙进行风险评估。

本项目玻璃幕墙的玻璃面板频繁发生爆裂脱落事故，其工程风险概率等级标准定位为 D 级；本项目已竣工处在运营管理阶段，面板脱落安全事故未造成人员伤亡和财产损失；不存在工期延误损失；本项目是跨国大公司的技术中心位于杨浦区 CBD 地区，毗邻地铁出入口，人流密集，社会影响大，风险影响程度为较严重的。因此，按风险评价矩阵，本项目风险等级定为二级。

3.6 贴膜安全改造

3.6.1 一般规定

（1）既有建筑采用非安全玻璃或为防止钢化玻璃破裂脱落时，宜贴安全膜。

（2）建筑玻璃膜应进行相应的安全或隔热设计。

（3）正常使用条件下，室内贴膜、涂膜设计使用年限不应 ＜ 10 a，室外贴膜设计使用年限不应＜ 5 a，中空玻璃内部贴膜设计使用年限不应＜ 15 a。

3.6.2 安全设计

安全贴膜设计文件应包括下列内容：设计目的、依据，安全设计的立面图、典型构造节点及安全保证的说明。

安全贴膜厚度不应＜ 0.05 mm，实际选用最小厚度应根据玻璃厚度、面积按 JGJ/T 351—2015 《建筑玻璃膜应用技术规程》确定，同时应考虑使用地区、使用部位的风压、外力冲击等影响。

安全贴膜与建筑玻璃支承构件连接应可靠。建筑玻璃安全贴膜时宜采用满贴方式，且玻璃膜与框支承构件应打注硅酮结构密封胶和硅酮密封胶处理，硅酮结构密封胶厚度不应＜ 3 mm，宽度不应＜ 6 mm，硅酮耐候密封胶厚度不应＜2 mm。既有建筑玻璃安全贴膜也可采用贴膜与框边缘齐平后硅酮结构密封胶连接方式，硅酮结构密封胶直角边不应＜12 mm，硅酮耐候密封胶厚度不应＜ 2 mm。

幕墙外贴安全膜，应经过残余抗风压强度试验验证，残余抗风压强度不应＜0.4 Wk（Wk 为围护结构风压设计标准值），且不应＜ 1 kPa。外贴膜玻璃的残余抗风压强度可按JGJ/T 351-2015 附录 A 确定，试验用贴膜材料及边部连接构造应与工程实际一致，且应选取典型尺寸的玻璃板块试验。

3.6.3 改造效果检验

对贴膜玻璃幕墙进行抗风压试验，样品采用反向安装，即明框幕墙室内侧向外，室外侧面向压力箱，直接承受风压作用。试验一的风荷载标准值为 4.000 kPa，参照 GB/T 15227—2007 的试验方法进行抗风压性能试验；试验二至试验六依次进行，其风荷载标准值从 1.000 kPa 逐级升到4.000 kPa，每级 0.500 kPa，按照 GB/T 15227—2007的试验方法逐级进行反复加压检测和安全检测。贴膜玻璃幕墙抗风压试验结果汇总见表3。

表3 贴膜玻璃幕墙抗风压试验结果汇总表

3.6.4 贴膜施工

贴膜工具及辅助材料应齐全，安装液应与功能膜配套。

（1）贴膜施工工艺包括下列流程：玻璃检查和清洁→喷安装液→上膜→挤水→裁边→封边（室外施工）→检查。

（2）室内安装裁边时，贴膜与四周密封材料间隙不应＞1 mm。

（3）采用湿法（硅酮结构密封胶或密封胶）作业时，应保证现场施工环境的清洁，且环境温度、湿度条件应符合硅酮结构胶产品的规定，注胶种类、宽度和厚度应符合设计要求。

（4）当膜的宽幅小于玻璃边长时，隔热贴膜可采用拼接工艺；安全贴膜或隔热安全贴膜应采用对接加覆盖贴膜方式，覆盖贴膜的宽度不应＜50 mm，并通过试验确定残余抗风压性能。

（5）在贴膜施工后 3 d 内，不应移动贴膜玻璃；在贴膜施工后 15 d 内，不得用水清洗贴膜玻璃。

4 结 语

针对上海地区存量巨大的既有幕墙，2012年颁布实施的《上海市建筑玻璃幕墙管理办法》和上海市工程建设规范DG/TJ 08-803—2013 使幕墙行业设计水平得到整体提升，特别在建筑幕墙的公共安全及运维方面实现了非常有效的管控。

本项目地处上海市中心地带，是地标建筑之一。在不影响本项目正常办公的前提下，实施玻璃幕墙整体的安全性改造，消除了高昂的时间成本。运用玻璃幕墙贴膜改造技术进行防脱落整治，整治后安全性能大大提升，杜绝了玻璃幕墙高空坠落伤人的事故发生，对上海 1 万多栋既有建筑幕墙的安全性整治具有很大的推广应用价值。这项工作意义重大，将在不断完善和发展中更好地为城市服务。