既有建筑幕墙的现状研究及安全性检测与评价

狄军杰 太原市建筑工程质量检测站有限公司

1 前言

建筑结构幕墙主要作为高层建筑外墙的围护结构或建筑装饰围护结构，长期可以承受建筑重力在水荷载、风荷载、温度波动作用及多种自然环境下的侵蚀作用。

2 既有建筑幕墙安全检测的原因、目的及现状

对于目前既有各类建筑物和使用幕墙的安全性能、特性进行检测，主要目的之一是为了有效保证既定各类建筑物的幕墙使用安全，为既有各类建筑物安全投入使用提供更为坚实的企业政策保障支持和专业技术支撑，大大降低各类既有建筑物幕墙事故发生概率，保障广大企业安全生产和人们的生命财产安全。既有建筑幕墙主要有以下问题。

随着建筑时间的不断推移，设计和材料装饰围护施工工艺存在缺陷、材料装饰加工工程磨损、腐蚀和材料加工老化等各类重大安全隐患，在高层建筑结构幕墙上均会有不同程度的表现。小到建筑幕墙上的雨水沉积或者渗漏、面板划伤、材料磨损或者腐蚀等美观效果，直接影响高层建筑幕墙结构安全性。如建筑装饰幕墙面板上的黏结材料开裂、玻璃自爆、坠落，或建筑幕墙围护结构支撑体系腐蚀、变形，连接结构破损等，造成严重破坏各类安全较大质量事故，带来人民公共财产严重损失、人身安全严重伤害和其他重大社会不良影响。由于这些既有高层建筑围护结构装饰幕墙正常使用安全管理周期通常被规定为25年，因此，20世纪80～90年代初期开工建造的新型建筑结构幕墙已接近甚至完全超过了其施工设计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墙以及2001年6月以前施工建成的新型有色金属与相同石材类的幕墙，建造时还可能缺乏相关的建筑设计标准及竣工验收标准问题。另外，对玻璃幕墙安全防护工作重视不够，维护管理责任落实不到位也是安全风险存在的重要原因。隐框玻璃幕墙中使用硅酮结构胶的安全年限通常仅为10～20年，当临近硅酮结构胶使用安全年限时，隐框玻璃幕墙的使用安全性也容易出现问题。

如果出现上述几种情况，说明既有建筑幕墙安全性受到了严重威胁可能导致严重安全事故，既有建筑幕墙部分功能无法使用，还会对建筑外围结构安全性和稳定性产生影响。对于既有建筑幕墙安全性检测中发现的问题，应该有针对性的进行维护和整改，保证既有建筑幕墙结构稳定，功能的正常发挥，避免后期使用中出现幕墙倒塌或面板坠落事故。

3 既有建筑幕墙安全性检测内容和方法

3.1 资料核查

由于是既有建筑，许多建筑的设计、建设、施工、监理、进场材料复验等资料既是全面了解该建筑信息的必不可少的条件，也是不得不依靠的资料，因为许多建筑材料都在施工过程中被隐蔽，或无法探查、或代价过大，以及检测的破坏性会影响建筑本身的结构安全性。所以要先尽可能的查阅既有幕墙设计文件，相关工程技术资料、主要材料的生产厂家、出厂合格证、出厂检测报告等质量保证资料，再对现场进行初步调查，了解幕墙的整体情况。这样资料中的信息会减轻既有建筑幕墙检测的工作量及难度，使检测工作更有目的性与针对性。

3.2 现场检测

关于各种既有建筑幕墙安全性现场检测可以划分为幕墙结构构件检查，结构连接构造检查两部分。当前我国在各种既有建筑工程幕墙结构安全性技术检测中，逐渐形成了一套完整的既有建筑工程幕墙结构检测技术规范。主要是在既有建筑幕墙安全检测相关专业技术规范要求基础上，系统的现场检查、检测既有建筑幕墙，评价其安全性。

（1）既有建筑幕墙支撑结构构件的检测，即材料检测

所用材料主要包括建筑幕墙面板材料、支撑结构主体框架材料和建筑幕墙黏结材料等。

首先，是幕墙面板的检测。最常见的面板材料为玻璃面板，先用观察法检查面板外观质量，看是否有划伤、内部焊接溶蚀玻璃等现象；现场采用玻璃测厚仪检测幕墙玻璃厚度，确定厚度是否符合设计要求，是否有因玻璃板厚度不足造成的面板破坏；采用玻璃表面应力仪检测玻璃表面应力，该项是检测玻璃钢化程度，是否因应力不足造成面板损坏；使用光弹扫描法检测玻璃缺陷，硫化镍是玻璃生产过程中不可避免的有害杂质，当含有硫化镍的幕墙玻璃由于外界温度升高，使玻璃内部产生微小的裂缝，可能造成玻璃破碎。该项检测为检查玻璃内部是否有镍的杂质点，也就是“蝴蝶斑”，是否为面板破碎的原因及安全隐患。

其次，是幕墙支撑结构构件的检测。支撑结构构件多数为铝合金型材，先检测外观质量，看型材有无明显变形、装配偏差、明显伤痕等安全隐患；采用核查资料结合现场检测法检测幕墙支撑结构的铝合金型材的尺寸、规格和壁厚，看铝合金型材的尺寸、规格和壁厚是否满足设计要求或标准要求，排除或找出因铝合金型材的尺寸、规格和壁厚等造成的承载性能不足，致使型材材料变形的问题或因此造成面板的脱落和破碎；采用分辨率不低于0.5μm的膜厚检测仪检测镀膜厚度，判断型材是否腐蚀；若条件允许或不影响构件安全的前提下，还可破坏取样检测型材现状性能。还有部分支撑结构构件使用钢型材，其检测方法与项目也与上述铝合金型材大致相同，都是外观、尺寸、涂层、性能的顺序。

再次，是硅酮结构胶这一面板与支撑材料连接的最重要也是最易出现问题的材料。硅酮密封结构胶自身力学性能上的高低将直接影响幕墙密封结构胶的整体检测安全性，同时也是当前国内幕墙实验检测管理工作中重要的一个组成部分。对于幕墙硅酮密封结构胶用于检测幕墙力学性能有两种判断标准方法，主要是根据幕墙硅酮密封结构胶检测力学性能在某一恒定系数值以上，却并未充分考虑到幕墙密封结构胶检测力学性能发生衰减时所带来的不良影响，还有待进一步研究完善。现有大型建筑物在幕墙现场实验检测中，更多的是将现场检验取样的检测样品直接送到相关实验室检测，了解硅酮结构胶力学表象和结构硬化程度情况。而现场实体检测中，更多的还是检查硅酮结构胶的外观质量，看硅酮结构胶外观是否明显老化断裂或裂纹，或是否存在硅酮结构密封胶未打满，表面不光滑，打胶不连续等现象。从玻璃幕墙内侧检查密封胶与相邻粘接材料处是否观察到变褪色、化学析出物等现象。如对硅酮结构胶老化程度存在怀疑，或少量取样无法使双方信服或有力证明硅酮结构胶力学性能和结构硬化程度，可使用邵氏硬度计检测胶体硬度，看硅酮结构胶或密封胶条是否满足性能指标要求20℃～60℃内。也可进行手试试验，验证硅酮结构胶或密封胶条老化程度。

近年来随着幕墙振动质量检测系统技术操作方法的不断创新和逐步完善，出现了一系列新式的现场常见振动检测技术方法，如现场振动吸盘法，主要是指通过现场吸盘技术模拟现场，检测幕墙机械结构建筑中的振动荷载来起振动检测作用的一种现场检测方法，检测的振动效果性和可靠性也比较高。此外，为了尽可能地避免幕墙振动质量检测操作过程中基层振动损伤带来的现场幕墙结构损坏，提出了一种现场检测幕墙结构中橡胶的基层振动损伤幕墙振动质量检测系统技术设计方法，根据现场检测幕墙建筑结构胶的参数动态变化、实际使用情况，用来准确性地判断现场幕墙建筑结构中橡胶的基层损伤程度，可以说具有较高效率，大大降低了幕墙振动质量检测操作过程中振动带来的现场幕墙结构损伤。

在利用既有玻璃幕墙基层结构胶现场损伤检测法方面，目前国内采用最多的是现场加工切割部分，制成样品后送回特定实验室进行实验室检测，或者直接在特定性实验地进行观测幕墙结构胶的间接外表撕裂现象，以及用邵氏振动硬度计等测量结构胶体的振动硬化应变程度。近几年也逐渐出现了一些新的现场损伤检测研究方法，比如橡胶吸盘检测法用于模拟了在集中均布荷载振动作用下的现场损伤检测法，气囊检测法用于模拟均布荷载振动作用下的现场损伤检测研究方法、现场幕墙拉伸损伤测试方法等。此外，在完全无损伤检测法方面，如敲击振动伤测试方法；陈振宇等提出了一种基于振动功率谱的全振动隐框门窗玻璃幕墙基层结构胶间接脱胶撕裂长度分析检测研究方法；刘小根等提出了一种基于新型振动应变测试方法技术的全隐框门窗玻璃幕墙基层结构胶间接损伤分析检测研究方法；林圣忠等提出了一种基于振动应变的隐框玻璃幕墙基层结构胶间接损伤研究检测方法。这些无损伤研究检测法，主要是通过振动测量玻璃幕墙的各种动态应力参数及其变化程度，准确识别幕墙结构胶的间接脱胶与撕裂断胶，是一种完全无损的间接检测。

（2）结构连接构造检查包括建筑幕墙支撑结构体系检查，连接节点检查，幕墙开启部分检查，外装饰、防雷、防火等检测

首先，幕墙支撑结构体系检查。先依据提供的设计图纸，判断该幕墙使用何种方式连接、转接。例如：幕墙竖框与转接件通过M24螺栓连接，转接件与后置预埋件为焊接连接，后置预埋件与主体通过两个M12 膨胀螺栓+两个M12 化学锚栓连接。根据连接体系依次检查既有建筑幕墙，确定现场是否符合图纸设计要求。严格试验检查既有建筑幕墙的体系本身性能，进行建筑幕墙面板淋雨检测试验和风载（抗风压）能力检测试验，以及对既有建筑幕墙进行最新的振动测试法。

其次，通过现场局部拆卸打开隐蔽部分进行抽查，检查局部连接节点做法与设计图纸是否存在偏差或缺陷。查看连接框是否错位、位置有无明显异常，化学锚栓或膨胀螺栓是否缺少、位置是否正确；膨化学锚栓或膨胀螺栓是否紧固；埋件与预埋件有无错位；转接件与挂件之间有无安装水平调节系统，没有横向定位，板块可能会发生位移；如焊接连接，则查看有无焊瘤，转接件与埋件连接焊缝表面是否有夹渣、未满焊，焊缝不饱满，虚焊，漏焊等现象。

再次，对幕墙开启部分检查。主要对开启窗部分配件功能件、牢固性进行现场检查。开启窗的外观检查包括产品表面损伤情况、表面涂层质量、腐蚀情况；开启窗的完好性检查包括产品有无损伤、有无过度变形、零部件有无缺失；开启窗配件功能检查包括五金配件能否正常开启、正常关闭、正常限位等。检查方法采用目视观察、手动试验；对牢固件的牢固性检查包括有无松动等。

最后，检测外装饰、防雷、防火等部分。由于幕墙外装饰件外悬在围护结构外，容易出现安全隐患，幕墙外装饰件的连接固定必须要仔细检查，确定是否满足图纸设计要求，查看是否腐蚀或松动，必要时对其在各工况下的受力及变形进行数值模拟计算，包括考虑自重和风荷载工况标准组合下、自重和负温差无风作用下、自重和正温差（空气温度）无风作用下、自重和正温差（拟定构件表面温度）无风作用下，外装饰连接部分强度设计是否满足规范要求。如无必要，建议拆除既有建筑幕墙外装饰结构。查看防雷设施是否完善，接地电阻等相关情况；检查每层的防火构造，查看是否有层与层之间防火构造破坏贯通。

4 既有幕墙评价体系和方法

如何根据现有检测结果数据，对国内既有建筑幕墙的检测可靠性进行分级评价，也一直是既有幕墙分级检测的重要研究内容。国内各地现有检测规范指的是直接采用评价分级检测方法进行建立幕墙评价分级体系，其具体内容主要如下。

正常安全性和正常安全使用性的等级鉴定应用评级标准应按基本鉴定单位、子基本单元和等级鉴定应用单元3 个鉴定层次，每一单个层次一般分为4个正常安全性技术等级和3个正常使用性技术等级。每一单个层次的正常安全性等级鉴定应用等级一般分为四级正常安全使用性等级；鉴定技术等级一般分为三级，可靠性等级鉴定应用等级一般分为四级。

5 结束语

虽然国内目前已有既有建筑幕墙安全检测的相关规程，但是这些检测规程基本都还是参考国内新建建筑幕墙的安全质量检测相关规范进行的，针对国内既有建筑幕墙现场安全检测的主要内容和检测方法、抽样检测数量以及幕墙安全性检测评价标准体系还大多为地方性标准，国家或行业标准还有待进一步研究。

需要提出解决的若干技术关键问题简述如下：①研究确定针对既有建筑幕墙进行安全性现场检测的必要技术项目，研发配套相应的现场幕墙检测试验设备；隐蔽检测部位的构件和主体部件如幕墙预埋件、立柱间芯保护套、玻璃幕墙面板底部隔热垫块、隔墙导热条、石材幕墙背栓等现场检测检验项目和现场检测图纸技术价值是其中一大难点。②通过研发和改进完善现场隐框幕墙结构硅酮隔热结构胶的现场检测无损抽样检测图纸技术，确定其结构硬度、变形稳定能力、强度等关键检测指标。③通过综合分析考虑现场既有隐框幕墙结构待检测材料部位的性能重要性、检测抽样方法及其实施的基本可操作性和使用经济性，确定现场隐框幕墙主要检测部位抽样图纸数量。④幕墙防雷、防火隔热构造均可作为隐蔽检测部位，其现场抽样图纸数量和现场检测图纸技术价值需重点加以关注。