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既有建筑幕墙可靠性鉴定分析

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《广州建筑杂志》2014年第二期

1鉴定工作的依据和程序

2006年,建设部发布了《既有建筑幕墙安全维护管理办法》(建质[2006]291号文),用以指导和规范建筑幕墙的安全维护工作,对既有幕墙的保修和维护责任、维护和检修、安全性鉴定、监督管理等作出了明确的规定。各省市也纷纷发布和实施了更具体的地方性政策文件和技术性标准,广东省于2007年发布了《广东省建设厅既有建筑幕墙安全维护管理实施细则》(粤建管字[2007]122号文),对广东省的既有建筑幕墙安全维护工作作出了更详细的规定。现阶段进行既有幕墙鉴定的技术标准,主要有GB50210《建筑装饰装修工程质量验收规范》,GB/T21086《建筑幕墙》,JGJ102《玻璃幕墙工程技术规范》,JGJ/T139《玻璃幕墙工程质量检验标准》,JGJ133《金属与石材幕墙工程技术规范》等,广东省于2011年发布了《建筑幕墙可靠性鉴定技术规程》(DBJ/T15-88),作为地方性标准使用。根据广东省细则,符合以下条件的既有幕墙工程必须进行安全性鉴定:(1)在建设部《玻璃幕墙设计、制作、施工安装的若干技术规定》(建设[1994]776号文附件)发布前,即1995年以前建成的玻璃幕墙。(2)在《金属与石材幕墙工程技术规范》(JGJ133-2001)实施前,即2001年6月以前建成的金属与石材幕墙。(3)未按《建筑装饰装修工程质量验收规范》(GB50210-2001)进行工程验收的玻璃幕墙和金属与石材幕墙。(4)原设计或制造安装过程中遗留下较严重的缺陷,需鉴定其实际承载能力的幕墙。(5)年久失修或已超过原设计使用年限需继续使用的幕墙。既有建筑幕墙出现下列情形之一时,其安全维护责任人应主动委托进行安全性鉴定:(1)面板、连接构件或局部墙面等出现异常变形、脱落、爆裂现象。(2)遭受台风、地震、雷击、火灾、爆炸等自然灾害或突发事故而造成损坏。(3)相关建筑主体结构经检测、鉴定存在安全隐患。另外特别规定:建筑幕墙工程自竣工验收交付使用后,原则上每十年进行一次安全性鉴定。安全性鉴定应委托具有检查鉴定资质的机构进行。既有建筑幕墙安全性鉴定按下列程序进行:(1)受理委托。了解委托方提出的幕墙鉴定原因和要求,收集幕墙设计、施工、验收(特别是隐蔽工程验收)和使用维护的图纸、原始记录等有关资料。(2)现场调查。按资料核对实物,调查幕墙实际使用条件和内外环境,查看已发现的问题的具体情况,听取有关人员的意见。(3)制订方案。综合分析所收集的技术资料,现场调查情况,确定鉴定目的、范围和内容,制订详细的检测、评估方案,提交委托方审核。(4)签订合同。与委托方协商确定幕墙鉴定方案,明确需委托方配合的有关工作,签订委托鉴定合同。(5)实施检测。检查幕墙结构体系、构件及其连接构造节点,进行必需的材料检测和现场试验。(6)分析计算。进行幕墙结构体系受力分析,验算构件的承载能力。(7)评估定级。对调查、检测、验算的数据资料进行全面分析,综合评定,确定鉴定等级。(8)鉴定报告。确定鉴定结论和处理建议,编制并提交鉴定报告。

2鉴定工作的主要内容

幕墙作为建筑物外围护墙,是由面板和支承体系及一系列配件附件等组合而成、附着在建筑物外立面的独立的外墙系统。幕墙充当建筑外立面并具备外墙的功能,如强度、刚度、防雨水渗漏、隔声、防摩擦声、采光、热工、防火、防雷等。对既有幕墙进行鉴定,就是针对其组成部分及整体系统的质量状态和功能状态进行评价,以确定其质量安全状态,给出鉴定结论和维护建议。与主体结构可靠性的内涵相一致,幕墙的可靠性是结构安全性、适用性和耐久性的统称,鉴定工作依工作量、侧重点和深入程度的不同,既有幕墙鉴定分为安全性鉴定和正常使用性鉴定以及同时包含此两种鉴定的可靠性鉴定。可靠性鉴定的主要内容有:幕墙材料的检查测试、结构和构造的检查测试、设计复核及构件的承载能力验算等环节,以下作简要介绍。

2.1材料的检查测试材料的检查测试应先检查其技术资料,核查质量保证文件与现场材料及其相关参数的一致性。当现场调查发现材料由于与时间有关的环境效应或其他系统性因素影响可能导致性能退化时,应采用随机抽样的方法,在该种构件中确定至少5个构件作为检测对象,并按现行的检测方法标准测定其材料力学性能。材料的检查测试,采用现场测试和取样实验室测试相结合的方式进行。(1)金属型材和板材的检查:金属型材和板材应检查外形尺寸、壁厚和板厚、表面处理层膜厚、表面腐蚀(锈蚀)、外观质量。型材壁厚和板厚重点检查型材截面主要受力部位的厚度。(2)表面腐蚀(锈蚀)及外观检查:应检查铝合金型材和板材与其他金属型材的接触部位是否有双金属腐蚀情况,重点检查螺栓连接处、与主体结构连接处和防雷连接点等部位,铝合金型材和金属板材表面防腐处理层的损坏及基材锈蚀情况。(3)玻璃的检查:主要检查内容为:品种、厚度、边长、外观质量、应力、边缘处理情况。中空玻璃还应检查粘接密封质量和露点。玻璃边缘处理方式的检验,采用目视观察和手试的方法,检查玻璃的磨边、倒棱、倒角质量,是否有缺棱、掉角等缺陷。检查玻璃外观质量,表面是否有明显的划伤、损伤或霉变现象;夹层玻璃是否有分层、起泡、脱胶现象,脱胶的大小及部位;中空玻璃是否有起雾、结露和霉变现象;镀膜玻璃是否有氧化、脱膜现象。当玻璃出现异常破裂情况时,应综合采用适当的检查方法和检测方法,分析玻璃破裂的原因。(4)石材的检查:主要检查内容有:品种、厚度、外观质量、边缘处理情况及必需的物理力学性能。石材外观质量主要检查是否有裂纹、边缘缺棱、缺角、锈斑等缺陷和表面的风化侵蚀现象。必要情况下在适当部位抽取石材样品进行物理力学性能的检测:吸水率、抗弯强度、剪切强度。当石材出现异常破裂情况时,综合采用适当的检查和检测方法,分析石材破裂的原因。(5)耐候密封胶的检查:包括资料审查和外观质量检查、粘结质量检查。其中资料审查包括:胶的品牌、批号、出厂检验报告、当年的型式检验报告、耐久性和位移能力等级、接缝位移量和密封胶的适用性。检查接缝密封胶是否开裂、起泡、软化发粘、粉化、脱胶、变色、褪色和化学析出物等现象。检查耐候胶粘结质量,检查接缝密封胶和基材是否粘结良好,同时检查胶体弹性,有无老化。(6)结构密封胶的检查:包括资料审查和胶缝粘结宽度和厚度、注胶质量、粘结质量、外观质量的检查。相关资料审查包括结构胶品牌、型号、出厂检验报告、当年的型式检验报告、相容性和粘接性检测报告、对基材底漆处理要求、变位能力及对计算书要求的符合性。如基材需要采用底漆处理,应检查相容性检测报告和结构胶注胶记录中相关内容的一致性。外观质量检查包括检查结构胶是否有开裂、起泡、粉化、脱胶、变色、褪色和化学析出物等现象。对硅酮结构胶注胶尺寸及注胶质量和粘结质量的检查,首先应将幕墙结构装配组件拆下分解,然后进行检测,切开胶缝横截面,观察胶缝是否注胶饱满,有无气泡。检查结构胶粘结质量,分别对结构胶两面粘结的基材进行剥离试验,以检验硅酮结构胶是内聚破坏还是粘结破坏。胶样的力学性能测试,采用取样实验室测试方式进行。(7)五金零件及配件的检查:主要检查材质、厚度、外观质量、表面腐蚀锈蚀、非金属零件配件的老化情况。对不锈钢和其他合金材质,可进行取样分析判定。对开启窗五金配件的使用功能及安装牢固程度,采用手动试验的方法现场检查。

2.2结构和构造的检查测试结构和构造的检查应包括以下文件和内容:设计文件、竣工资料、竣工资料的隐蔽验收记录、预埋件(或后置埋件)、构件和主体结构及构件之间的连接构造、变形缝及墙面转角处的构造、防雷构造、防火构造、单元式幕墙的封口构造、幕墙热工构造、结构构造与设计文件及现行标准规范的相符情况。当设计文件及资料不全或实际构造与设计文件不相符时,应补充测绘幕墙的典型立面分格,与主体结构的连接方式和主要构造方式等。按要求进行抽样检查和检测,确定幕墙结构承载能力验算所需要的相关参数。对隐蔽部位可采用无损或局部破损的方法进行抽样检查和检测。结构和构造的检查,应按每个鉴定单元各类结构构件和构造节点总数的1%抽样,且均不少于5个构件或5处构造部位。结构和构造的检查包括:预埋件、后锚固节点、立柱连接节点、梁柱连接节点、变形缝、开启窗、防雷构造、防火构造、热工构造等。幕墙面板装配构造的检查:检查明框幕墙的面板嵌入量。检查隐框、半隐框玻璃幕墙面板固定压块和金属板固定耳板的规格数量及固定情况,检查固定压块或固定耳板有无松动、变形和损坏情况、测量压块或耳板及紧固件规格、间距。检查吊挂式全玻璃的玻璃上端吊挂夹具的装配连接构造,检查下端支承全玻幕墙玻璃与上下端槽口以及吊挂式全玻幕墙玻璃与下端槽口的装配连接构造,检查并测量玻璃与槽口的镶嵌尺寸。检查点支玻璃幕墙的面板支承连接装配构造,检查驳接头、爪件等支承装置有无松动、变形和损坏现象。检查石材幕墙面板支承连接的装配构造,检查石材的钢销、铝合金挂件、背栓、不锈钢挂件等连接件有无松动、变形和损坏现象,测量连接件和紧固件的规格。当缺少幕墙设计文件或工程现场难以测量幕墙构造、构件截面尺寸时,对最不利条件下的幕墙板块或构件进行静荷载检测和计算分析。

2.3设计复核及构件的承载能力验算鉴定工作实践中,设计复核和构件的承载能力验算一般多用于早期建成的幕墙工程,其设计施工不规范,缺少设计图纸及设计资料,各设计参数和材料物理性能参数多由现场测量、材料测试得出,属于设计反算。工程资料齐全的工程项目,除非委托方特别要求,正常情况下一般仅进行常规设计审查,此环节不详述。

3工程实例分析

由检查鉴定的主要内容可以看出,鉴定工作较完整地涵盖了幕墙系统的各组成材料、各结构构造,着重考察的是系统的质量现状。与主体结构相比,幕墙系统使用期限短,性能随时间退化快,主要原因是使用了高分子有机材料———硅酮密封胶作为结构部件,这是高分子有机材料的固有老化特性所决定的。对于既有幕墙系统,特别是隐框玻璃、半隐框玻璃、开启窗等以硅酮结构胶作为结构受力部件的系统而言,硅酮结构胶是幕墙系统安全性的最重要影响因素,也是这类既有幕墙检查鉴定的重点和质量控制点。然而硅酮结构胶的性能退化(老化)规律是相当复杂的。首先,硅酮结构胶是一种混和物,各品牌产品的成份和配比各不相同,产品性能各有差异;其次,在使用过程中,胶体所处的温度、湿度、光照等条件不同,胶体的老化随使用环境不同而呈现出很大差异。以下通过工程鉴定实例简要介绍旧硅酮结构胶的取样测试过程和测试结果。工程概况:某工程位于广州市区,总高19层,72.8m;幕墙工程采用隐框玻璃幕墙形式,幕墙工程总面积约5000m2;1998年9月建成投入使用。

取样情况:结构胶通过开启窗取样,取样数为9组。取样分布于9个楼层。测试情况:将胶样进行修整,制备成哑铃型试样9组,进行拉伸强度、断裂延伸率、邵氏硬度、质量损失率等四项测试,试样如图1所示,拉伸测试如图2所示,测试结果如表1所示(邵氏硬度和质量损失率指标分别用原胶样和拉伸测试后的残胶测试,不用哑铃型试样)。修整试样,制备成符合条件的后粘结H型试样4组,进行拉伸测试,试件及破坏后状态如图3、4所示,测试结果如表2所示,后粘结试件参照广东省《建筑幕墙可靠性鉴定技术规程》附录A的方法制备,用高强硅酮结构胶将胶样两面粘结于铝板,按GB16776《建筑用硅酮结构密封胶》的养护条件进行养护后进行拉伸测试。对本例中的胶样而言,该结构胶后粘结试件最大强度平均值1.29MPa,高于GB16776的0.6MPa要求值;最大强度伸长率平均值88%,弹性一般;0.14MPa定伸伸长率数据较离散,波动范围在5.9%~9.1%范围内;由于没有该结构胶原始数据,无法定量比较。定性分析该结构胶强度指标较好,但硬度偏高,模量偏高。GB16776《建筑用硅酮结构密封胶》中对结构胶的指标评定均是针对H型试件而言的,但旧胶不具备制样条件,哑铃型试件所测出的力学性能指标与H型试件存在一致的定性关系和大致的定量对应关系,可以作为参考。相比较而言,后粘结试件的受力状态更接近胶体的实际受力状态,尽管从工程现场所割取的胶样很难达到标准要求的胶体尺寸12mm×12mm(GB16776规格),但大量的实验研究结果表明,尺寸为12mm×6mm的试件与尺寸为12mm×12mm的试件,其最大强度和最大强度伸长率指标相差不大。因此本例中,后粘结试件的测试结果仍有较大的参考价值。

4结语

如前所述,建筑幕墙的后期维护工作远远滞后于建设速度,幕墙安全问题不容忽视。大力推进既有幕墙工程的后期维护工作,对于确保建筑幕墙的安全使用,有效预防城市灾害,保护公众人身安全,是十分必要的。既有幕墙可靠性鉴定的技术工作,应在幕墙维护工作中充分发挥技术支持的重要作用,同时,随着鉴定工作的深入开展,鉴定技术也应在工程实践中逐渐系统化、规范化、不断地发展完善。

作者:邢宇帆单位:广州市建筑科学研究院有限公司

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