非预期外力作用后建筑幕墙安全性鉴定的研究与分析

常记莽

1.福建省建筑科学研究院有限责任公司,福建 福州 350025; 2.福建省绿色建筑技术重点实验室，福建 福州 350025

0 前言

非预期外力为幕墙设计时无法预测的因素，其发生往往具有时间、地点及施力方式不确定等特点。处于台风环境中的建筑幕墙，所承受的风荷载大大超过当地基本风压。幕墙是建筑大厦抵抗风荷载的第一道防线，也是薄弱环节；在台风中面板、构件及连接构造可能遭遇不可逆破坏。随着我国基建蓬勃发展，地铁、管廊等需挖掘道路的大型工程在城市中随处可见。如果施工防护不当，可能会给道路两侧地面造成沉降，如果沉降较大，会给底部采用座立式结构的幕墙带来安全隐患。广东、福建、上海、江苏、山东、四川等省已颁布的地方性建筑幕墙鉴定规程要求：当幕墙遭受台风、地震等不可抗力以及面板和连接构件出现异常变形、脱落等情况时，需进行安全性鉴定。下面以两种不同非预期外力分别作用建筑幕墙后的项目为鉴定案例，对建筑幕墙安全性展开分析研究，与大家分享。

1 台风作用后玻璃幕墙安全性鉴定的研究与分析

1.1 背景信息

台风信息：“莫兰蒂”达15 级，风速约48m/s，局部达17 级，风速约67 m/s；按照GB50009-2012 给出的风速与风压的转换公式P=v2/1600 进行近似计算,风速（48m/s）对应的风压为1.44kN/m2、风速（67 m/s）对应的风压为2.81kN/m2，均远超厦门基本风压0.80kN/m2（50 年重现期）。项目概况：该综合体位于厦门海岸地带，但周围有密集建筑群（包括商业大厦集中区和高层住宅区）；综合体主要包含A、B 塔楼（高度均约195m），A、B 塔楼之间为一座酒店（高度约85.4m），B 塔楼裙楼为集中商业楼（高度约33m）；本项目竣工验收时间为2015 年，其外装饰主要为玻璃幕墙。“莫兰蒂”（2016 年）直袭厦门后，造成B 塔楼和酒店的玻璃幕墙、集中商业楼采光顶玻璃呈现大面积、多区域破碎的现象。

1.2 鉴定关键点分析

台风灾害后幕墙安全性重点鉴定内容主要有：①外观检查幕墙表面受损情况，是否有装饰扣板、面板、开启扇脱落，是否存在玻璃破碎的现象，如出现玻璃破碎，分析其破碎的原因；②检验结构胶与基材是否脱胶，检验结构胶是否被撕裂并核验其在台风环境下的承载能力；③检验面板连接构造、金属框架及其与主体的连接构造是否出现松动，五金件是否存在被剪断的现象，检验焊缝是否被拉断；④检验立柱、横梁是否出现永久变形；⑤检验后置锚栓是否出现滑移，检验后锚固件/预埋件周围混凝土的开裂情况等。

1.3 玻璃破碎原因分析

该项目玻璃破碎原因的分析研究是重点，也是难点。玻璃破碎主要原因分析如下：

（1）核验玻璃面板是否能够承受台风环境下的风荷载。分别以厦门地区基本风荷载和台风环境下风荷载对玻璃面板进行承载力验算。结果发现，玻璃在48m/s 风速台风环境中的强度计算值仍能满足要求。（2）建筑物总平面布置对幕墙玻璃破碎情况的影响。酒店和B 塔楼相邻，两者仅间隔一条步行街。曾经有科研机构对城市“峡谷风”现象进行风洞数值模拟试验：当平地上3～4 级和6～7 级的风穿越城市高楼之间时，如能形成“狭管效应”，放大后的风力可以超过10 级［1］。本次强台风“莫兰蒂”直袭厦门岛，且台风达15 级，局部地方达17 级，如果在酒店和B 塔楼之间形成“狭管效应”，放大后的风力值之大是非常骇人的。（3）幕墙日常的管理与使用情况。经了解，本项目在遭受强台风作用时个别外窗未有效锁闭，这些外窗在台风存在反复启闭撞击的可能性，进而引起玻璃破碎。（4）风携碎物及穿堂风。①该项目面板为8+12A+6+1.52PVB+8钢化玻璃，但是中空层位于室外侧，夹胶玻璃位于室内侧。外片玻璃一旦破碎，将会与受损脱落的水平遮阳板、碎石等其它各类物体在台风的作用下四处飞射，进一步扩大玻璃破碎的区域。②破碎的面板被台风吹落之后，建筑将不再是一闭合系统。台风从破碎的洞口侵入建筑物内部，使玻璃面板遭受风荷载正、负压的叠加作用。此时，幕墙处于最危险状态，极易造成关联区域面板的破碎。

2 地面沉降后玻璃幕墙安全性鉴定的研究与分析

正常情况下，新建工程的主体结构都会产生一定的沉降，在主体结构允许的沉降范围内不会给主体或幕墙造成破坏。本文针对非预期外力（道路施工引起）引起道路两侧地面较大沉降，并给底部采用座立式结构幕墙带来的破坏现象进行分析研究。

2.1 背景信息

B 项目位于福州市，其明框玻璃幕墙的总面积约700m2，高度约9m，立柱、横梁均为钢方通，立柱与横梁焊接连接。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，造成了路侧旁幕墙的立柱被拉断及龙骨连接的焊缝被撕裂等现象。

2.2 安全性鉴定关键点

B 项目重点鉴定的内容有：①检验立柱、横梁是否已出现永久性变形，记录变形情况，分析出现变形的原因。②检验立柱与横梁、金属龙骨与主体结构之间的焊缝质量，如焊缝是否饱满、锈蚀、被撕裂，并检验焊缝被撕裂的位置及数量，并核验焊缝承载力是否满足要求。③检验金属龙骨与主体的连接构造，重点检查连接节点是否松动、脱落，混凝土是否开裂。④对金属龙骨进行承载力验算。

2.3 安全隐患的分析研究

（1）由于道路管廊施工，建筑物附近的地面往道路基坑处沉降，部分后置锚板附近的混凝土被拉裂（见图1）。后置锚板随开裂的混凝土一起往室外方向移动，位移量在15～110mm之间。（2）立柱上支承点与主体工字钢梁直接焊接，下支承点与后置锚板焊接（严重违反了规范要求：立柱单独设置在楼层内时，其上、下两端均宜采用铰接）［2］。这种立柱两端全部焊死做法限制了立柱与主体的相对位移，在日常使用中立柱不可避免要承受热胀冷缩带来的内部应力；B 项目由于道路管廊施工引起地面沉降，后置锚板随被拉裂的混凝土产生垂直于幕墙平面向外的位移，给立柱及其连接节点造成巨大的应力。在这种拉力下已造成3 处立柱被拉裂（见图2），裂口距地面约510～520mm。（3）原有施工质量存在缺陷：金属骨架之间及与主体结构的焊缝焊缝质量不达标，存在不饱满，焊缝锈蚀等现象。在收到因沉降产生的拉力时，部分立柱与横梁焊接处已出现有2 处焊缝开裂现象（见图3）。

图1 混凝土被拉裂

图2 立柱被拉裂

图3 焊缝开裂

3 整改与建议

对影响承载力的构件、构造整改前应委托有资质的单位进行设计，并委托有施工资质的单位进行加固。在役幕墙隐患整改要考虑其适修性，当幕墙适修性良好时，针对安全隐患进行加固或更换构件；当幕墙适修性差时，可考虑对幕墙局部或整体拆除重建。

针对A 项目整改建议为：对破碎的面板进行更换处理；对金属龙骨与主体连接构造排查，排除构造中松动、变形、脱落、漏装等问题；普查开启扇构造，对玻璃、五金件等在台风中出现损坏、脱落、变形的进行加固；加强幕墙日常维护管理。B 项目整改建议为：由于金属龙骨与主体结构焊接的连接方式不合规、混凝土已开裂、多数立柱已变形（部分立柱已被撕裂）、金属龙骨间焊缝不合规且部分已被撕裂等问题较为严重，且加固难度大和成本高等原因，建议拆除重建。

4 结束语

非预期外力的发生时间、地点及施力方式具有不确定性，故当其发生时难以做好防护措施。建筑幕墙遭遇非预期外力之后，应委托具有相应检验资质的机构对大楼幕墙进行安全性鉴定，以及时排除安全隐患。本文为设计、施工及非预期外力作用后建筑幕墙的安全性鉴定等工作提供了参考价值。