某会议中心红砂岩幕墙系统安全性能检测与评估研究

文｜广州广检建设工程检测中心有限公司 毛吉化

0 引言

为了建筑的美观以及某些文化表征，大量建筑外立面开始使用幕墙作为围护结构体系，关于玻璃幕墙的研究已较多，红砂岩作为装饰材料也应用到某些建筑之中。但红砂岩也有自身的天然缺陷，由于孔隙率大，抗弯强度较低且抗风化腐蚀差，随着时间的推移，石材脱落的频率还可能上升，存在严重安全隐患。由于国内外使用红砂岩作为幕墙使用的案例少之又少，基于此，关于红砂岩幕墙的使用过程中的检测、维护等问题都还未形成规范，本文结合已有规范以及某会议中心建筑红砂岩幕墙，对系列采用红砂岩的建筑幕墙展开了性能检测评估研究，包括对幕墙外观的检测、对幕墙使用情况的调查、对幕墙局部的检查力学性能的检测等，同时对红砂岩力学性能展开了力学性能试验分析，提出相关的检测流程与评估技术方法，可为类似工程提供参考。

1 工程概况

某会议中心，由A～E五栋展厅组成，展厅之间采用连廊连接，外立面的幕墙总面积共约185097m2，其中B、C、D栋展厅和连廊幕墙面积106030.7m2，A、E栋幕墙面积79066.91m2。幕墙材料分别采用了金属板、玻璃和天然红砂岩石板材，其中：红砂岩石幕墙约120000m2、玻璃和金属幕墙约65000m2，如此大量采用天然红砂岩石板材幕墙在我国尚属首次，如图1所示。天然红砂岩石板材幕墙均采用背栓式干挂石材幕墙形式，幕墙面积分布见表1。

图1 建筑红砂岩幕墙外立面

表1 A～E五栋建筑红砂岩幕墙面积分布(m2)

根据国家行业标准《金属与石材幕墙工程技术规范》（JGJ133-2001）对石幕墙要求：“幕墙在正常使用时，使用单位应每隔5年进行一次全面检查。”同时，根据建筑用户使用过程中提供的材料，该建筑在五年使用期内多处红砂岩幕墙出现损伤、脱落情况，如图2所示。为此，该建筑幕墙按照使用时间已满五年，需要进行全面检测，以保证红砂岩石材幕墙的安全使用，并为后续的维护和管理提供技术依据。采用现场检测和试验室检测两种手段，现场检测对红砂岩幕墙石板的外观、质量、强度、连接件的工作状态以及龙骨及结构系统现状进行检查，试验室检测测试石板的吸水率、弯曲强度等性能指标，进而对该建筑红砂岩幕墙的使用情况展开全面评估。

图2 使用过程中红砂岩幕墙损毁情况

2 现场检测与结果评定

2.1 现场检测

现场检测主要包括石板现状检测(石板裂缝、石板腐蚀与缺陷、石板松动与内在质量、石板强度)、连接件或紧固件状况检测(锈蚀、松动、损坏、失效、连接异常)、龙骨及结构系统现状检测(锈蚀、变形、连接异常)三大项目，石板现状检测主要采用放大镜观察记录裂缝、设定距离目测腐蚀与缺陷、回弹法检测石板强度等方式(如图3(a)所示)，连接件或紧固件状况检测主要采用小锤敲击、手摇、扳手、目测等方式(如图3(b)所示)，龙骨及结构系统现状检测主要采用目测及小锤敲击等方式(如图3(c)所示)。具体检测样本选取与数量分布如下：

图3 现场检测图

A栋红砂岩石板共随机抽取了315块进行检测，其中：西墙面50块、南墙面150块、东墙面50块，北墙面15块、天面50块；连接件或紧固件共检测5处108个；龙骨及结构系统共检测5处39条。

B栋共随机抽取了400块进行检测，其中：西墙面100块、南墙面10块、东墙面40块、北墙面150块、天面100块；连接件或紧固件共检测10处165个；龙骨及结构系统共检测10处71条。

C栋共随机抽取了350块进行检测，其中：南墙面125块、北墙面125块、天面100块；连接件或紧固件共检测10处130个；龙骨及结构系统共检测11处76条。

D栋共随机抽取了500块进行检测，其中：西墙面100块、南墙面150块、东墙面100块、北墙面50块、天面100块；连接件或紧固件共检测10处126个；龙骨及结构系统共检测10处93条。

E栋共随机抽取了315块进行检测，其中：西墙面50块、东墙面50块、北墙面165块、天面50块。检测结果见表2。连接件或紧固件共检测14处286个；龙骨及结构系统共检测5处60条。

2.2 检测结果评定

A～E栋红砂岩幕墙的检测结果见表2。《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB50292-1999）关于安全等级划分及含义中规定：当安全性能符合要求、不影响幕墙的继续使用时，定义为Au级；当安全性能略低、尚不显著影响幕墙的继续使用时，定义为Bu级；当安全性能不足、已显著影响幕墙的继续使用时，定义为Cu级；当安全性严重不符合要求、已严重影响幕墙的继续使用时，定义为Du级。则可对A～E栋红砂岩幕墙的安全性进行评定，评定结果具体如下：

A栋红砂岩石材幕墙安全评估共检测315块红砂岩面板，其中140块失效，失效率为44.4%；共检测108个连接件或紧固件，其中35个失效，失效率为32.4%；共检测39条龙骨，未发现连接异常，但多数焊缝存在轻微锈迹。依据《民用建筑可靠性鉴定标准》（GB50292-1999）规定，A栋红砂岩面板评定为Du级，连接件或紧固件评定为Cu级，结构和构造（钢立柱、龙骨）评定为Bu级。《民用建筑可靠性鉴定标准》规定：若不止一个项目低于Bu级，可根据情况定为Cu级或Du级，则A栋红砂岩石材幕墙安全性等级综合评定为Cu级。

B栋红砂岩石材幕墙安全评估共检测400块红砂岩面板，其中183块失效，失效率为45.8%；共检测165个连接件或紧固件，其中89个失效，失效率为54%；共检测71条龙骨，有51条达到锈蚀状态，部分达到严重锈蚀状态(如图4(a)所示)。由此，B栋红砂岩面板评定为Du级，连接件或紧固件评定为Cu级，结构和构造（钢立柱、龙骨）评定为Cu级，则该栋红砂岩石材幕墙安全性等级综合评定为Cu级。

C栋红砂岩石材幕墙安全评估共检测350块红砂岩面板，其中248块失效，失效率为70.9%；共检测130个连接件或紧固件，其中62个失效，失效率为47.7%；共检测76条龙骨，有69条达到锈蚀状态，且为少量轻微程度锈蚀。由此，C栋红砂岩面板评定为Du级，连接件或紧固件评定为Bu级，结构和构造（钢立柱、龙骨）评定为Bu级，则该栋红砂岩石材幕墙安全性等级综合评定为Cu级。

D栋红砂岩石材幕墙安全评估共检测500块红砂岩面板，其中296块失效，失效率为59.2%；共检测126个连接件或紧固件，其中77个失效，失效率为61.1%；共检测93条龙骨，有73条达到锈蚀状态，且为少量轻微程度锈蚀，有4条连接异常(如图4(b)所示)。由此，D栋红砂岩面板评定为Du级，连接件或紧固件评定为Du级，结构和构造（钢立柱、龙骨）评定为Bu级，则该栋红砂岩石材幕墙安全性等级综合评定为Cu级。

表2 A～E五栋建筑红砂岩幕墙现场检测结果

图4 龙骨锈蚀与连接异常失效判定

E栋红砂岩石材幕墙安全评估共检测315块红砂岩面板，其中132块失效，失效率为41.9%；共检测286个连接件或紧固件，其中46个失效，失效率为16.1%；共检测60条龙骨，有8条达到锈蚀状态，且为少量轻微程度锈蚀，未发现存在构造异常。由此，E栋红砂岩面板评定为Du级，连接件或紧固件评定为Du级，结构和构造（钢立柱、龙骨）评定为Bu级，则该栋红砂岩石材幕墙安全性等级综合评定为Cu级。

3 实验室测试与结果评定

实验室测试主要针对石板吸水率展开试验，如图5所示。A～E栋均随机抽取5块红砂岩面板进行吸水率试验。依据《红砂岩石材幕墙工程技术规程》要求，防护剂在有效期内，石板吸水率大于1%，可判定防护剂不符合要求。该中心红砂岩防护剂的设计使用年限为10年，可见，A～E栋楼红砂岩幕墙石板在使用五年后的吸水率均值都超过1%，且与未进行防护剂处理的吸水率基本相同，则可判定A～E栋红砂岩幕墙面板的防护剂失效。

图5 红砂岩石板实验室测试图

4 安全性问题分析

红砂岩石幕墙为干挂式幕墙，其突出问题是红砂岩面板裂缝及部分严重腐蚀，其次是部分连接件或紧固件的松动和锈蚀。由于红砂岩材料本身存在天然缺陷，以及红砂岩面板的工作环境、工作条件及施工缺陷，使得红砂岩石幕墙的红砂岩面板产生了裂缝、裂纹、及不同程度的风化、腐蚀、缺棱、掉角和防护剂失效等问题；连接件或紧固件产生了松动、锈蚀；钢龙骨、立柱等幕墙的主要受力构件产生了不同程度的脱漆、锈蚀。随着时间的推移，石材脱落的频率还可能上升，存在严重安全隐患。

以上问题在不同程度上影响了红砂岩幕墙的安全使用，尤其是红砂岩面板在使用过程中出现的裂缝、裂纹将导致面板裂碎、跌落，对周边行人的生命安全造成严重影响，而且，随着时间的推移，面板中出现裂缝、裂纹和防护剂失效的可能性会进一步提高，将加剧红砂岩面板的裂碎和跌落。红砂岩面板的风化腐蚀，尤其是风化腐蚀点的连贯，造成红砂岩面板的局部粉碎和块状脱落；风化腐蚀点在背栓附近时，易造成整块红砂岩面板的脱落，对行人的安全造成严重后果。而且，随着时间的推移，石板的风化腐蚀将加剧。需要特别指出的是，当夏季红砂岩面板在阳光暴晒处于高温状态时，突如其来的暴雨使得面板温度急降，加之雨水的侵入和风力作用，已存在裂缝、裂纹或腐蚀的红砂岩面板更易碎裂脱落，此时应特别注意行人的安全。

连接件或紧固件的失效造成红砂岩面板的松动；连接件或紧固件的锈蚀，会对红砂岩面板及其他构件的更换和维修造成困难。立柱、龙骨等幕墙的主要受力构件，现阶段仅检查到少量钢构件存在轻微锈蚀，目前尚不会影响红砂岩幕墙结构的承载力。但是随着时间的推移，钢构件表面防护漆将继续脱落，立柱和龙骨的锈蚀程度也将进一步加深，幕墙结构主要构件的承载力储备也将越来越少；即红砂岩幕墙使用时间越长，立柱及龙骨的安全隐患越突出。若立柱及龙骨构件失效，则可能造成幕墙结构的局部失稳或整体破坏等严重后果，必须对此问题引起足够的重视。

由此，建议对该中心红砂岩幕墙采取整体处理措施，彻底消除安全隐患，保证幕墙的正常使用安全。

5 结论

本文针对某使用五年的会议中心红砂岩幕墙系统的安全性能展开检测与评估研究，得到以下结论：

（1）红砂岩板大量风化腐蚀，红砂岩板存在多处裂缝、裂纹、粉碎及块状脱落现象，连接件或紧固件亦存在较为严重的损坏、松动、锈蚀及连接异常情况，立柱、龙骨等幕墙主要受力构件产生了不同程度的脱漆和锈蚀。

（2）红砂岩幕墙石板在使用五年后的吸水率均值都超过1%，且与未进行防护剂处理的吸水率基本相同，红砂岩幕墙面板防护剂失效。

（3）五栋红砂岩幕墙石板及连接件/紧固件的安全性能评估处于较为严重的Du和Cu等级，龙骨及结构系统的安全性能较好，多处于Bu等级。五栋红砂岩幕墙系统安全性等级综合评定为Cu级，系统的整体安全性能不足，已显著影响幕墙继续使用，存在较大的安全隐患。

表3 A～D栋红砂岩幕墙石板吸水率测试结果