非預期外力作用后建筑幕墻安全性鑒定的研究與分析

常記莽

1.福建省建筑科學研究院有限責任公司,福建 福州 350025; 2.福建省綠色建筑技術重點實驗室，福建 福州 350025

0 前言

非預期外力為幕墻設計時無法預測的因素，其發生往往具有時間、地點及施力方式不確定等特點。處于臺風環境中的建筑幕墻，所承受的風荷載大大超過當地基本風壓。幕墻是建筑大廈抵抗風荷載的第一道防線，也是薄弱環節；在臺風中面板、構件及連接構造可能遭遇不可逆破壞。隨著我國基建蓬勃發展，地鐵、管廊等需挖掘道路的大型工程在城市中隨處可見。如果施工防護不當，可能會給道路兩側地面造成沉降，如果沉降較大，會給底部采用座立式結構的幕墻帶來安全隱患。廣東、福建、上海、江蘇、山東、四川等省已頒布的地方性建筑幕墻鑒定規程要求：當幕墻遭受臺風、地震等不可抗力以及面板和連接構件出現異常變形、脫落等情況時，需進行安全性鑒定。下面以兩種不同非預期外力分別作用建筑幕墻后的項目為鑒定案例，對建筑幕墻安全性展開分析研究，與大家分享。

1 臺風作用后玻璃幕墻安全性鑒定的研究與分析

1.1 背景信息

臺風信息：“莫蘭蒂”達15 級，風速約48m/s，局部達17 級，風速約67 m/s；按照GB50009-2012 給出的風速與風壓的轉換公式P=v2/1600 進行近似計算,風速（48m/s）對應的風壓為1.44kN/m2、風速（67 m/s）對應的風壓為2.81kN/m2，均遠超廈門基本風壓0.80kN/m2（50 年重現期）。項目概況：該綜合體位于廈門海岸地帶，但周圍有密集建筑群（包括商業大廈集中區和高層住宅區）；綜合體主要包含A、B 塔樓（高度均約195m），A、B 塔樓之間為一座酒店（高度約85.4m），B 塔樓裙樓為集中商業樓（高度約33m）；本項目竣工驗收時間為2015 年，其外裝飾主要為玻璃幕墻?！澳m蒂”（2016 年）直襲廈門后，造成B 塔樓和酒店的玻璃幕墻、集中商業樓采光頂玻璃呈現大面積、多區域破碎的現象。

1.2 鑒定關鍵點分析

臺風災害后幕墻安全性重點鑒定內容主要有：①外觀檢查幕墻表面受損情況，是否有裝飾扣板、面板、開啟扇脫落，是否存在玻璃破碎的現象，如出現玻璃破碎，分析其破碎的原因；②檢驗結構膠與基材是否脫膠，檢驗結構膠是否被撕裂并核驗其在臺風環境下的承載能力；③檢驗面板連接構造、金屬框架及其與主體的連接構造是否出現松動，五金件是否存在被剪斷的現象，檢驗焊縫是否被拉斷；④檢驗立柱、橫梁是否出現永久變形；⑤檢驗后置錨栓是否出現滑移，檢驗后錨固件/預埋件周圍混凝土的開裂情況等。

1.3 玻璃破碎原因分析

該項目玻璃破碎原因的分析研究是重點，也是難點。玻璃破碎主要原因分析如下：

（1）核驗玻璃面板是否能夠承受臺風環境下的風荷載。分別以廈門地區基本風荷載和臺風環境下風荷載對玻璃面板進行承載力驗算。結果發現，玻璃在48m/s 風速臺風環境中的強度計算值仍能滿足要求。（2）建筑物總平面布置對幕墻玻璃破碎情況的影響。酒店和B 塔樓相鄰，兩者僅間隔一條步行街。曾經有科研機構對城市“峽谷風”現象進行風洞數值模擬試驗：當平地上3～4 級和6～7 級的風穿越城市高樓之間時，如能形成“狹管效應”，放大后的風力可以超過10 級［1］。本次強臺風“莫蘭蒂”直襲廈門島，且臺風達15 級，局部地方達17 級，如果在酒店和B 塔樓之間形成“狹管效應”，放大后的風力值之大是非常駭人的。（3）幕墻日常的管理與使用情況。經了解，本項目在遭受強臺風作用時個別外窗未有效鎖閉，這些外窗在臺風存在反復啟閉撞擊的可能性，進而引起玻璃破碎。（4）風攜碎物及穿堂風。①該項目面板為8+12A+6+1.52PVB+8鋼化玻璃，但是中空層位于室外側，夾膠玻璃位于室內側。外片玻璃一旦破碎，將會與受損脫落的水平遮陽板、碎石等其它各類物體在臺風的作用下四處飛射，進一步擴大玻璃破碎的區域。②破碎的面板被臺風吹落之后，建筑將不再是一閉合系統。臺風從破碎的洞口侵入建筑物內部，使玻璃面板遭受風荷載正、負壓的疊加作用。此時，幕墻處于最危險狀態，極易造成關聯區域面板的破碎。

2 地面沉降后玻璃幕墻安全性鑒定的研究與分析

正常情況下，新建工程的主體結構都會產生一定的沉降，在主體結構允許的沉降范圍內不會給主體或幕墻造成破壞。本文針對非預期外力（道路施工引起）引起道路兩側地面較大沉降，并給底部采用座立式結構幕墻帶來的破壞現象進行分析研究。

2.1 背景信息

B 項目位于福州市，其明框玻璃幕墻的總面積約700m2，高度約9m，立柱、橫梁均為鋼方通，立柱與橫梁焊接連接。工程于2016 年3 月竣工并投入使用。2019 年由于道路地下管廊施工引起地面沉降，造成了路側旁幕墻的立柱被拉斷及龍骨連接的焊縫被撕裂等現象。

2.2 安全性鑒定關鍵點

B 項目重點鑒定的內容有：①檢驗立柱、橫梁是否已出現永久性變形，記錄變形情況，分析出現變形的原因。②檢驗立柱與橫梁、金屬龍骨與主體結構之間的焊縫質量，如焊縫是否飽滿、銹蝕、被撕裂，并檢驗焊縫被撕裂的位置及數量，并核驗焊縫承載力是否滿足要求。③檢驗金屬龍骨與主體的連接構造，重點檢查連接節點是否松動、脫落，混凝土是否開裂。④對金屬龍骨進行承載力驗算。

2.3 安全隱患的分析研究

（1）由于道路管廊施工，建筑物附近的地面往道路基坑處沉降，部分后置錨板附近的混凝土被拉裂（見圖1）。后置錨板隨開裂的混凝土一起往室外方向移動，位移量在15～110mm之間。（2）立柱上支承點與主體工字鋼梁直接焊接，下支承點與后置錨板焊接（嚴重違反了規范要求：立柱單獨設置在樓層內時，其上、下兩端均宜采用鉸接）［2］。這種立柱兩端全部焊死做法限制了立柱與主體的相對位移，在日常使用中立柱不可避免要承受熱脹冷縮帶來的內部應力；B 項目由于道路管廊施工引起地面沉降，后置錨板隨被拉裂的混凝土產生垂直于幕墻平面向外的位移，給立柱及其連接節點造成巨大的應力。在這種拉力下已造成3 處立柱被拉裂（見圖2），裂口距地面約510～520mm。（3）原有施工質量存在缺陷：金屬骨架之間及與主體結構的焊縫焊縫質量不達標，存在不飽滿，焊縫銹蝕等現象。在收到因沉降產生的拉力時，部分立柱與橫梁焊接處已出現有2 處焊縫開裂現象（見圖3）。

圖1 混凝土被拉裂

圖2 立柱被拉裂

圖3 焊縫開裂

3 整改與建議

對影響承載力的構件、構造整改前應委托有資質的單位進行設計，并委托有施工資質的單位進行加固。在役幕墻隱患整改要考慮其適修性，當幕墻適修性良好時，針對安全隱患進行加固或更換構件；當幕墻適修性差時，可考慮對幕墻局部或整體拆除重建。

針對A 項目整改建議為：對破碎的面板進行更換處理；對金屬龍骨與主體連接構造排查，排除構造中松動、變形、脫落、漏裝等問題；普查開啟扇構造，對玻璃、五金件等在臺風中出現損壞、脫落、變形的進行加固；加強幕墻日常維護管理。B 項目整改建議為：由于金屬龍骨與主體結構焊接的連接方式不合規、混凝土已開裂、多數立柱已變形（部分立柱已被撕裂）、金屬龍骨間焊縫不合規且部分已被撕裂等問題較為嚴重，且加固難度大和成本高等原因，建議拆除重建。

4 結束語

非預期外力的發生時間、地點及施力方式具有不確定性，故當其發生時難以做好防護措施。建筑幕墻遭遇非預期外力之后，應委托具有相應檢驗資質的機構對大樓幕墻進行安全性鑒定，以及時排除安全隱患。本文為設計、施工及非預期外力作用后建筑幕墻的安全性鑒定等工作提供了參考價值。