常銀昌，汪四新

（深圳市建筑科學(xué)研究院股份有限公司，廣東 深圳 518049）

0 引言

單元式幕墻因其工業(yè)化生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)裝配化施工，減少現(xiàn)場(chǎng)人工作業(yè)量，施工速度快，質(zhì)量更有保證等優(yōu)點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于高層特別是超高層建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中，單元式幕墻是指由面板與支承框架在工廠制成的不小于一個(gè)樓層高度的幕墻結(jié)構(gòu)基本單位（俗稱單元板塊），直接通過(guò)連接節(jié)點(diǎn)安裝在主體結(jié)構(gòu)上組合而成的框支承建筑幕墻。

在幕墻質(zhì)量檢驗(yàn)中，大家重點(diǎn)關(guān)注幕墻預(yù)埋件、主次龍骨及玻璃面板等主要材料的質(zhì)量，而幕墻各構(gòu)件的連接質(zhì)量檢驗(yàn)內(nèi)容較少且籠統(tǒng)，特別是關(guān)于單元式幕墻的連接內(nèi)容更少［1］；近幾年幕墻排查、檢測(cè)鑒定及幕墻事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)，幕墻構(gòu)件之間的連接失效是影響幕墻安全最主要的問(wèn)題。本文以某大廈單元式幕墻板塊在強(qiáng)臺(tái)風(fēng)中被整體吹落的事故為例，對(duì)單元板塊墜落原因進(jìn)行分析，總結(jié)和探討單元式幕墻支座設(shè)計(jì)及施工中應(yīng)關(guān)注的技術(shù)等問(wèn)題。

1 工程概況

某大廈位于市中心區(qū)域，建筑層數(shù)為 34 層，高度約 159 m，主體結(jié)構(gòu)形式為框架-核心筒結(jié)構(gòu)，外圍護(hù)結(jié)構(gòu)為單元式玻璃幕墻。2018 年 9 月 16 日，臺(tái)風(fēng)“山竹”來(lái)襲時(shí)，該大廈 21 層、22 層共計(jì) 8 個(gè)幕墻單元板塊發(fā)生整體墜落，圖1 為幕墻板塊墜落過(guò)程視頻截圖及墜落后的照片。

圖1 幕墻板塊墜落照片

2 墜落機(jī)理分析

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，墜落的板塊均在單元式幕墻板塊支座節(jié)點(diǎn)處整體脫開。該支座節(jié)點(diǎn)構(gòu)造由固定在單元幕墻板塊上的鋁合金掛件、固定在主體結(jié)構(gòu)上的 L 形鋁合金掛座 2 及固定在掛座 2 上的鋁合金掛座 1 組成，如圖2 所示。掛件與掛座 1 均開設(shè)有槽口，通過(guò)槽口處掛接形成掛鉤式連接。連接后槽口可限制板塊在水平方向的活動(dòng)，并把板塊荷載傳遞至主體結(jié)構(gòu)。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，墜落的幕墻板塊均由槽口處脫開，且部分鄰近墜落區(qū)的節(jié)點(diǎn)掛件也已經(jīng)從掛座槽口中脫出，有隨時(shí)墜落的危險(xiǎn)，如圖3 所示。

圖2 幕墻節(jié)點(diǎn)

圖3 墜落位置節(jié)點(diǎn)

正常情況下，幕墻板塊在自重及上下板塊相互擠壓下，不易從槽口處脫落。通過(guò)對(duì)墜落的掛件仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)部分掛件的調(diào)節(jié)螺栓調(diào)節(jié)深度較大，使掛件槽口可搭接長(zhǎng)度大大減少，如圖4 所示。因此懷疑節(jié)點(diǎn)搭接存在缺陷。

圖4 墜落板塊掛件細(xì)部

為驗(yàn)證掉落原因，對(duì)節(jié)點(diǎn)掛鉤進(jìn)行了擴(kuò)大檢測(cè)。如圖5 所示，掛座槽設(shè)置有 45°的坡口，當(dāng)掛件位于該坡口處時(shí)，幕墻板塊在水平風(fēng)荷載作用下存在滑出的風(fēng)險(xiǎn)，因此檢測(cè)時(shí)把掛件相互咬合長(zhǎng)度減去坡口高度稱為“有效搭接長(zhǎng)度”。由于規(guī)范及圖紙未對(duì)有效搭接長(zhǎng)度進(jìn)行限制，經(jīng)與幕墻設(shè)計(jì)等相關(guān)單位溝通，把有效搭接長(zhǎng)度≥8 mm 作為滿足要求的依據(jù)。

圖5 掛鉤有效搭接長(zhǎng)度示意圖

由于大廈已經(jīng)投入使用，為降低影響，先以抽樣檢測(cè)的方式進(jìn)行了擴(kuò)大檢測(cè)。通過(guò)抽樣發(fā)現(xiàn)，該大廈 15 層及以下樓層掛座 1 為鋼制掛座，掛座開槽深度約 50 mm，掛鉤有效搭接長(zhǎng)度基本都在 30 mm 以上，有效搭接量均能滿足要求。16 層及以上樓層掛座 1 均為鋁合金材質(zhì)，掛座開槽深度約 24 mm，部分掛鉤有效搭接長(zhǎng)度不能滿足要求，甚至為負(fù)值，存在安全隱患。為保障幕墻安全性，決定對(duì) 16 層及以上樓層節(jié)點(diǎn)進(jìn)行全數(shù)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表1 所示。

表1 掛鉤有效搭接長(zhǎng)度檢測(cè)結(jié)果

檢測(cè)結(jié)果顯示，有效搭接長(zhǎng)度不滿足要求的板塊比例高達(dá) 76.7 %，遠(yuǎn)超預(yù)期。

海恩法則指出：每一起嚴(yán)重事故的背后，必然有 29 次輕微事故和 300 起未遂先兆以及 1 000 起事故隱患。本項(xiàng)目幕墻板塊掉落事件顯然為嚴(yán)重事故。缺少掛件（鉤）或掛件松動(dòng)表明節(jié)點(diǎn)已經(jīng)失效，幕墻板塊可隨時(shí)掉落。掛鉤有效搭接長(zhǎng)度≤-5 mm 表明掛件與掛座已經(jīng)完全不存在咬合關(guān)系，幕墻板塊僅靠板塊間的摩擦力抵御風(fēng)荷載，風(fēng)險(xiǎn)非常高，且有的掛件已經(jīng)從槽口中脫出，如圖6 所示，幕墻板塊也可隨時(shí)掉落，如果把每一塊可隨時(shí)會(huì)掉落的幕墻板塊視為一次輕微事故的話，本項(xiàng)目共存在 80 次輕微事故，比海恩法則的 29 次略高，但在一個(gè)數(shù)量級(jí)。掛鉤有效搭接長(zhǎng)度在（-5，0］mm 區(qū)間時(shí)，表明掛件位于掛座坡口處，幕墻板塊在風(fēng)荷載作用下存在向上向外滑脫的危險(xiǎn)，可視為未遂先兆，那么本項(xiàng)目共存在 317 起未遂先兆，與海恩法則的 300 起未遂先兆幾乎相等。掛鉤有效搭接長(zhǎng)度在（0，8）mm 區(qū)間，表明搭接不符合要求，可被視為事故隱患，那么本項(xiàng)目共存在 1 386 起事故隱患，也與海恩法則的 1 000 起事故隱患非常接近。本項(xiàng)目的檢測(cè)數(shù)據(jù)幾乎是對(duì)海恩法則的完美驗(yàn)證。

圖6 部分掛件已脫出槽口

該項(xiàng)目轉(zhuǎn)角處節(jié)點(diǎn)與大面處節(jié)點(diǎn)構(gòu)造不同，轉(zhuǎn)角處節(jié)點(diǎn)為鋼質(zhì)掛件，掛件槽口深度較大，搭接量應(yīng)基本沒(méi)問(wèn)題，但轉(zhuǎn)角處節(jié)點(diǎn)卻出現(xiàn)了較多的缺少掛件（鉤）或掛件松動(dòng)等質(zhì)量問(wèn)題，如表1 及圖7 所示。另外在檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)支座節(jié)點(diǎn)還存在其他問(wèn)題，如有的節(jié)點(diǎn)掛座 1 與掛座 2 間塞墊片導(dǎo)致咬合不穩(wěn)，個(gè)別 T 形螺栓頭角度不正確存在脫出的危險(xiǎn)，如圖8 所示。

圖7 幕墻轉(zhuǎn)角處節(jié)點(diǎn)質(zhì)量問(wèn)題

圖8 幕墻節(jié)點(diǎn)其他質(zhì)量問(wèn)題

檢查發(fā)現(xiàn)，該大廈幕墻節(jié)點(diǎn)存在大量質(zhì)量問(wèn)題，且部分風(fēng)險(xiǎn)較大，存在繼續(xù)墜落的可能，可見該大廈幕墻板塊在臺(tái)風(fēng)中墜落并非偶然。

3 問(wèn)題探討

1）規(guī)范問(wèn)題。目前幕墻工程中常用的規(guī)范主要有GB/T 21086-2007《建筑幕墻》［2］、JGJ 102-2003《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》［3］和 JGJ/T 139-2001《玻璃幕墻工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》等。規(guī)范制定年代都比較久遠(yuǎn)，規(guī)范中關(guān)于單元式幕墻的規(guī)定較少，關(guān)于單元式幕墻支座節(jié)點(diǎn)的內(nèi)容更少。建議在規(guī)范修訂時(shí)考慮增加單元式幕墻支座節(jié)點(diǎn)的相關(guān)內(nèi)容，例如對(duì)掛鉤式連接的掛鉤開槽深度、掛接后的有效搭接量等進(jìn)行規(guī)定，建議掛接后采取防脫措施，并對(duì)掛接完畢后的檢查驗(yàn)收等進(jìn)行規(guī)定，保證工程質(zhì)量。

2）幕墻圖紙?jiān)O(shè)計(jì)深度不足的問(wèn)題。早期的幕墻圖紙中僅能看到平面圖、立面圖、大樣圖及節(jié)點(diǎn)詳圖，沒(méi)有型材模型圖，導(dǎo)致立柱、橫梁等重要構(gòu)件的細(xì)部尺寸缺失，為后期幕墻檢測(cè)鑒定計(jì)算帶來(lái)不小的困難。目前很多幕墻圖紙中增加了主要型材模型圖，但次要構(gòu)件經(jīng)常會(huì)有疏漏，例如本項(xiàng)目圖紙中缺少連接掛件的細(xì)部尺寸、搭接尺寸等，到了事故發(fā)生后的檢測(cè)階段設(shè)計(jì)單位才匆忙補(bǔ)充。這就表明在幕墻施工階段無(wú)論是施工單位、監(jiān)理單位或檢測(cè)機(jī)構(gòu)均無(wú)法對(duì)該節(jié)點(diǎn)搭接情況進(jìn)行有效檢測(cè)。建議幕墻設(shè)計(jì)圖進(jìn)一步深化，更清晰展現(xiàn)連接處細(xì)部構(gòu)造，如支座連接件細(xì)部尺寸、開啟扇五金件布置及構(gòu)造等。

3）土建施工質(zhì)量問(wèn)題。本項(xiàng)目掛鉤掛接不到位大多是由于預(yù)埋件位置偏差過(guò)大導(dǎo)致的。預(yù)埋件位置偏差過(guò)大是主體結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量問(wèn)題，幕墻施工前應(yīng)予以糾正，如果不采取補(bǔ)救措施，就會(huì)把主體結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量問(wèn)題帶入到幕墻中，為幕墻安全帶來(lái)隱患，成為幕墻施工質(zhì)量問(wèn)題。建議掛鉤設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)考慮土建質(zhì)量問(wèn)題，增大掛鉤設(shè)計(jì)深度。

4）單元板塊的更換維修問(wèn)題。單元式幕墻新建時(shí)安裝方便、快捷，但由于單元板塊是按固定順序插接安裝，安裝后無(wú)法單塊更換。本項(xiàng)目掉落了 8 塊單元板，維修時(shí)無(wú)法采用填補(bǔ)單元板塊的方式進(jìn)行維修，只能重新設(shè)計(jì)，把該局部范圍由單元式幕墻改為構(gòu)件式幕墻，維修時(shí)間較長(zhǎng)、成本較高。當(dāng)前玻璃自爆頻頻發(fā)生，單元式幕墻更換自爆玻璃時(shí)往往只能采取現(xiàn)場(chǎng)打膠的方式進(jìn)行更換，存在安全隱患。如果單元板塊設(shè)計(jì)為可獨(dú)立更換式，當(dāng)出現(xiàn)玻璃自爆或局部損壞時(shí)，更換板塊即可，維修快捷且安全可靠。

4 結(jié)語(yǔ)

本文以某大廈單元式幕墻板塊在強(qiáng)臺(tái)風(fēng)中被整體吹落的事故為例，對(duì)單元板塊墜落原因進(jìn)行分析，結(jié)論顯示幕墻節(jié)點(diǎn)質(zhì)量問(wèn)題是導(dǎo)致幕墻板塊被整體吹落的主要原因。為了解造成該問(wèn)題的深層次原因，本文從規(guī)范、圖紙深度及土建施工質(zhì)量等角度進(jìn)行剖析，并提出了相應(yīng)的建議。最后又結(jié)合該項(xiàng)目后續(xù)維修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)單元式幕墻設(shè)計(jì)提了一點(diǎn)建議。Q