鋁合金裝飾型材
表面處理工程技術
研究開發中心
25
2016年5月
上海
上海中心大廈，一塊玻璃76層墜落
施工更換，工人操作不當
1人受傷
然而玻璃幕牆出現的問題，並不能代表既有幕牆存在的所有問題，特別是鋼化玻璃自爆的問題，它更多的是反映了鋼化玻璃自身存在的缺陷，並不能完全代表既有幕牆的安全問題。隨著時間的推移，對既有幕牆管理的不當、材料的老化、機械的磨損、金屬的銹蝕和長期荷載的反復作用，使得既有幕牆的安全存在許多不確定的潛在的因素值得我們去認真的關注。
3、既有幕牆安全狀態
我國既有幕牆的安全狀態，通過30年時間在自然環境條件下的使用和考驗，以及在不同地區開展的安全調查顯示，至今尚未有既有幕牆結構垮塌的現象，在我國近年歷經的幾次大地震中，既有幕牆的抗震性能和安全性也能都有不俗的表現。由此可見，至今我國的既有幕牆在安全性能方面基本是可靠的。同時我們也應該清醒的看到，我國建築幕牆從無到有，從不規範到規範，經歷過不同階段的發展，部分既有幕牆現在已超過建築設計使用年限，幕牆的不同部件和材料存在不同程度的老化、疲勞、磨損及銹蝕等，這些均對既有幕牆的安全及可靠性產生影響。
3.1 開啟扇脫落
幕牆采光和通風的開啟部分，是幕牆必不可少的構件。從2003年由SARS病毒感染引起的非典型肺炎傳染病，以及綠色建築設計的需要，人們對提高建築幕牆通風能力的呼聲越來越高，對幕牆開啟部分所佔幕牆面積的比例要求越來越大，有些地方標準甚至將之列為強制性的規定。然而，從安全的角度出發，幕牆的可開啟部分，特別是可外開的開啟扇卻是幕牆安全的最薄弱環節。從深圳市近期對25年以上既有幕牆安全狀況的調查中發現，有近30%的幕牆發生開啟扇整體脫落的現象，特別是在台風季節，出現的現象更為嚴重，有的幕牆幾乎每年都有開啟扇脫落的現象。究其原因，除了不合理的構造設計、窗扇尺寸過大、五金配件不匹配或劣質、不當的操作和使用外，尤以開啟扇得不到正常的維護維修所導致的安全事故最為突出。這種現象在住宅建築中更為多見，甚為危險。圖4為已損害的玻璃幕牆開啟扇且未能得到及時的維護維修。
3.2 結構密封膠老化
隱框玻璃幕牆是采用硅酮結構密封膠將玻璃粘接在幕牆的支承構件上，並通過連接件將玻璃面板的荷載傳遞到建築主體結構上。由于具有特殊的裝配構造，隱框玻璃幕牆在降低玻璃瓖嵌構造所造成的應力破壞和抗震方面的能力要高于其它種類的玻璃幕牆。嚴格按照規範要求制作和安裝的隱框玻璃幕牆具有良好的安全性能和使用記錄。由于隱框玻璃幕牆采用硅酮結構密封膠進行結構性裝配並由結構密封膠承擔荷載的傳遞，因此硅酮結構密封膠的力學性能和耐老化性能對隱框玻璃幕牆的安全性能有重要影響，所以硅酮結構密封膠的力學性能和耐老化性能備受各界的關注，特別是超過十年以上的硅酮結構密封膠性能及其對玻璃幕牆的安全性能的影響更加受到關注。
硅酮結構密封膠是一種耐老化性能很好的高分子材料，國外最早于上世紀七十年代初開始采用硅酮結構密封膠制作安裝隱框玻璃幕牆，至今已近半個世紀。在國內，從上世紀80年代中開始至今也已達到了30年。從國內某硅酮密封膠生產企業對其生產的硅酮結構密封膠從生產日期(1997年)到使用了10年(2007年)和15年(2012年)之後的耐老化試驗中的檢測數據可以得到相應的驗證，見表2。由表2可見，10年後硅酮結構密封膠彈性下降了25%，15年後下降了35%，但拉伸強度卻不降反升。
表2
最近深圳市一個停建項目因工程改建的需要，對使用已有20年時間的硅酮結構密封膠(國外產品)進行現場取樣檢測，發現其彈性雖然下降較多，已有可能影響膠的正常使用，但其粘接力卻沒有明顯的下降，也未見有影響結構密封膠承載能力的缺陷存在，見表3。
表3
硅酮結構密封膠作為一種高分子材料，從以上的檢測結果可以看到其具有非常好的耐老化性能。但對其真正的使用壽命極限，到目前為止，世界範圍內尚未有準確的答案。在工程使用中，目前材料供應商一般只按常規提供10年的商業質量保證期，但這並不意味著硅酮結構密封膠只有10年的正常使用性能，10年後的硅酮結構密封膠就會有危險和沒有安全保證通常是一種誤解。我國最近完成了《建築幕牆用硅酮結構密封膠》JGT 475-2015建工行業產品標準的編制，提出了用于建築幕牆工程的硅酮結構密封膠其設計使用年限不少于25年，也就是要求硅酮結構密封膠的使用壽命應在25年以上。從中也可證明通過嚴格生產工藝控制和檢測的硅酮結構密封膠的使用壽命應在25年以上，並不是現在的10年保質期。現在現存的具有30年以上的任然在使用的大量既有隱框玻璃幕牆，就是經過長時間的自然耐老化的結果，可反映出硅酮結構密封膠的真實耐老化性能可以達到25年或以上。
2016年深圳市住建局組織幕牆專家對深圳市已建成20年以上(2000年以前)的16項建築幕牆工程進行了安全性調查。其中10個項目為隱框、半隱框玻璃幕牆，均采用了硅酮結構密封膠，到目前為止，未發生因結構密封膠老化問題而發生安全事故。通過現場重點觀察和手動檢查，可發現大部分既有隱框玻璃幕牆的結構密封膠均存在膠體硬化、表面粉化的老化跡象，特別是超過25年以上的結構密封膠老化現象更為明顯，但對幕牆安全構成危害的膠體自身開裂，或與粘接面存在脫膠開裂的現象尚未觀察到。對于這些項目的結構密封膠還能正常使用多長時間，潛在的安全問題有多大，則需要不斷的加強關注和安全檢查，通過采用多種檢測方法進行試驗驗證才能作出科學的判斷。
3.3金屬構件銹蝕
密封膠和密封膠條等密封材料的老化，以及結構位移造成既有幕牆雨水滲漏，從而對既有幕牆金屬支承構件產生嚴重的銹蝕，是構成既有幕牆潛在安全問題的另一個問題。由于既有幕牆的絕大部分支承構件和連接件基本都處于隱蔽狀態，一般情況下較難發現因雨水滲漏產生的銹蝕問題，但有雨水滲漏的部位發生金屬材料銹蝕是肯定存在的，且在我國的既有幕牆中應該是普遍存在的(圖5)。除了雨水滲漏產生的金屬構件銹蝕外，不同金屬接觸界面產生的腐蝕也相當嚴重，這主要發生在連接件的連接部位。
3.4 玻璃面板破損
玻璃幕牆面板破損，特別是鋼化玻璃自爆後產生的危害一直是困擾我國既有幕牆安全的一個主要原因，有的玻璃幕牆經過20年的使用，到現在還不斷有玻璃自爆的問題;也有的玻璃幕牆剛建造完畢，卻因為有大量的玻璃自爆而無法竣工交付使用。通過現場安全檢查表明，在正確的設計條件下，玻璃破損的主要原因在于玻璃的品種和玻璃自身的質量問題。在深圳市開展的既有幕牆安全調研檢查中，凡采用鋼化玻璃的項目均有自爆的問題，有的自爆率遠遠超過正常自爆率的範圍。但也有的鋼化玻璃幾乎沒有發生過自爆，產品質量非常好。在采用半鋼化玻璃的所有項目中，包括已經使用達到設計使用年限的玻璃幕牆，均未有自爆的現象，即使有其它的因素造成玻璃破損，也未造成墜落的問題。圖6為半鋼化玻璃破損後依然沒有剝落。
3.5面板及面板連接件老化
板材背面加強筋脫離、面板與支承構件的連接松動等都影響到鋁板幕牆的外觀和安全性能。近年在海南、福建、廣東均有鋁板幕牆因連接不可靠而產生鋁板幕牆面板被風掀開的安全問題。石材幕牆板塊脫落的現象也是較為常有的現象，其原因為板塊長期裸露在自然環境下，受到風吹、雨淋、日曬和高低溫的作用，面板風化、開裂、連接件松動等，對于一些較為疏松的石材，如大理石、砂岩、石灰石等尤為嚴重(圖8)。
3.6 既有幕牆的防火
我國既有幕牆的防火問題，由于外牆外保溫系統的介入，其防火安全問題極為嚴峻，即使新實施的《建築設計防火規範》GB50016-2014對其作了專門的規定，但也並沒能也很難完全避免因內側外牆保溫系統起火之後累及外側的幕牆系統。因為在幕牆與外牆保溫系統間的通道，其燃燒溫度可達千度，足以摧毀幕牆的一切構件，特別是非透明幕牆，如金屬板幕牆、石材幕牆、人造板幕牆等。圖9為基層牆體具有保溫材料，外層為鋁塑板幕牆在做防火試驗時所錄得的通道間的溫度曲線。
同時，幕牆的層間防火封堵施工質量存在較多的問題，防火材料達不到設計要求，封堵不密實，封堵位置不正確。有些項目對幕牆層間封堵的處理僅作為一個擺飾的構件，封堵層可從建築的頂層一直透視到底層(圖10)。如此封堵效果，在建築失火時將對人員生命構成嚴重威脅。
3.7 不規範設計和施工造成潛在的危害
九十年代末開始，隨著幕牆建造量大幅提升，參與幕牆工程施工的企業大量增多，良莠不齊。設計不符合規範要求、材料假冒低劣、施工質量監管不嚴和不規範的情況時有發生，造成了一些不符合設計和施工規範要求，存在質量缺陷或安全問題的既有幕牆工程客觀存在。以下所列的現象僅為許多潛在危害的表現。
1)隱框玻璃開啟扇設計不當
既有隱框玻璃開啟扇，包括隱框玻璃幕牆和常規門窗用隱框開啟扇，相當大的一部分存在玻璃下端無托快的設計(圖11);采用中空玻璃的開啟扇，則存在中空玻璃用結構密封膠與中空玻璃與窗扇框粘接的結構密封膠相互位置不重疊的問題(圖12);開啟扇開口過大也是常有的違規設計(圖13)，(圖11)這些都給開啟扇的正常使用帶來潛在的危險。
2)用其它種類的膠粘劑代替結構密封膠
隱框玻璃幕牆是采用建築結構密封膠進行結構裝配的一種玻璃幕牆，合格的隱框玻璃幕牆通常不可能有玻璃墜落的安全問題。由于受人工操作和環境因素，或經過火災等高溫下使用的影響，隱框玻璃幕牆的玻璃粘接性能往往達不到設計的最好性能，但通常不會影響玻璃幕牆的正常使用。造成隱框幕牆玻璃有可能脫落的最主要原因之一在于施工單位和中空玻璃生產廠家在制作隱框玻璃幕牆時，采用不合格的硅酮結構密封膠或非結構密封膠(一般的密封膠或聚硫膠)進行玻璃的結構性粘接，從而導致隱框玻璃幕牆玻璃整片的脫落和下墜(圖14);其次就是施工單位沒有嚴格按照《玻璃幕牆工程技術規範》JGJ-102的要求制作和安裝隱框玻璃幕牆，輔材與硅酮結構密封膠不相容、基材表面處理不正確等。
3)外傾玻璃或倒掛石材無防墜措施
外傾玻璃幕牆玻璃設計沒有采用夾膠玻璃，在早期的建築幕牆中為數不少，目前有些仍然在使用中(圖15)。倒掛石材設計時沒有采取防墜落措施，有的甚至存在嚴重的雨水滲漏現象，安全隱患極為嚴重(圖16)
3.8幕牆維護維修缺失
在我國大量的既有幕牆項目中，絕大部分的項目沒有明確的幕牆安全管理責任人，普遍存在工程技術資料保存不完整、《幕牆使用維護說明書》和幕牆維護維修管理制度缺失、正常安全檢查和定期安全性鑒定沒有開展、幕牆專項維護維修資金不到位等問題，這對既有幕牆的安全正常運行產生很大的危害。
4、應對措施
4.1 嚴格執行並持續開展既有幕牆的安全檢查
建築部關于既有建築幕牆安全管理的第一個規章是2006年9月1日由建設部工程質量安全監督與行業發展司發布的《關于轉發上海市〈關于開展本市既有玻璃幕牆建築專項整治工作的通知〉的通知》(建質質函[2006]109號)。《通知》要求各地切實加強對既有建築幕牆的使用安全管理，積極組織開展本地區既有建築幕牆專項整治工作，及時排查質量安全隱患，強化對既有建築幕牆安全維護的監督管理。2006年12月5日建設部發布了《關于印發〈既有建築幕牆安全維護管理辦法〉的通知》(建質[2006]291號)。2012年3月1日，住建部發布了《關于組織開展全國既有玻璃幕牆安全排查工作的通知》(建質[2012]29號)，這是第一次由部委組織的全國既有玻璃幕牆安全排查工作。2015年3月4日，住建部、國家安全監管總局發布了《關于進一步加強玻璃幕牆安全防護工作的通知》(建標[2015]38號),文件要求各級住房城鄉建設主管部門對于使用中的既有玻璃幕牆要進行全面的安全性普查，建立既有幕牆信息庫，建立健全安全監管機制，進一步加大巡查力度，依法查處違法違規行為。
對于既有幕牆的安全檢查和管理工作，全國各省市政府主管部門均發布了相應的管理法規和實施細則，其中尤以上海市在既有幕牆的安全管理方面走在全國的全面，而其他地區仍有相當的差距，既有幕牆的安全管理和檢查並沒有完全開展或流于形式，沒有落到實處。為確保既有幕牆的安全，我們必須高度認識開展對既有幕牆進行安全檢查和維護維修的重要性，要嚴格落實既有幕牆安全管理的責任人，健全既有幕牆安全管理機構和運作機制，探索和落實既有幕牆安全維護維修資金的來源，培養和提高既有幕牆檢查人員的技術水平，將既有幕牆安全和維護維修工作作為一項日常的規範性工作長期持續開展下去。
4.2 建立既有幕牆檢查機構和研發現場檢測新技術
既有幕牆的安全檢查和鑒定工作，不同于一般的幕牆性能檢測，不能簡單的將現有的幕牆檢測機構作為既有幕牆安全檢查和鑒定機構使用。既有幕牆的安全檢查、鑒定和處理，有如病人患病到醫院就診，患子首先需要由醫生進行檢查，如有必要再由醫生安排進行身體各種器官的檢查，如驗血、B超、CT等等，待檢查結果出來再由醫生根據儀器檢查的結果進行綜合的判斷並提出治療的方案，對癥下藥進行治療。由此可見既有幕牆的檢查需要有專業且具有較高水平和經驗的建築幕牆從業人員，包括既有長期從事幕牆設計、施工、管理，且能全面掌握和熟悉幕牆規範和檢測方法的高級專業人員來擔當。並由他們按照檢查程序和檢查內容對既有幕牆存在的問題進行現場的檢查和工程檔案的核對，根據不同的檢查結果提出進一步的幕牆性能檢測要求，包括檢測項目、檢測方案和檢測方法等。通過專項的檢測，再依據檢測出來的結果判定既有幕牆存在的問題並作出可靠性鑒定報告和受檢既有幕牆的維護維修或改造方案。目前既有如此能力的幕牆檢測機構不多，我們應該及時的建立既有幕牆的專業檢查機構以應付日益增多的既有幕牆檢測的需要。
由于既有幕牆的安全檢查基本都為現場，特別是對于隱蔽工程和結構密封膠的現場檢查，目前尚未有較好的檢測方法。為適應既有幕牆檢測的特點，我們必須進一步研究和開發出一些新的檢測技術，如現場無損檢測技術，既能發現既有幕牆存在的問題，又能保持既有幕牆的完整性。
4.3 制定和完善既有幕牆標準體系
我國目前尚未完成針對既有幕牆可靠性鑒定和既有幕牆維護維修工程技術的相關標準的制定，國家行業標準《既有建築幕牆可靠性鑒定及加固規程》正在報批中，還沒有真正實施。各省市也有一些地方標準已完成制定並在實施中，如上海、廣東和深圳。但作為標準體系來衡量還不夠完善，特別是對于既有幕牆存在的一些安全缺陷的評判標準指標值和檢測方法，目前還不夠系統、準確和統一。如對隱框玻璃幕牆安全有重大影響的結構密封膠老化程度以及使用期限，就很難有有效的可量化的指標值和檢測方法來準確的評定。如此問題，我們應該加強技術攻關，聯合相關企業對檢測方法、判定指標和依據進入深入的研究，尋求一種切實可行的檢測和判定方法，以便能及早的發現和處理因結構密封膠老化產生的安全隱患。
既有幕牆工程的維護維修以及改造技術，不完全等同于新建幕牆的工程技術，其設計和施工的難度有的遠超過新建幕牆的設計和施工。特別是針對原有建築結構、原有建築幕牆構件的可靠性和承載力的計算和判定，施工技術和安全管理需要有專門的工程設計標準加以規範和實施。
4.4實行新建幕牆設計方案審查制度
目前，我國每年仍有大量的新建建築幕牆投入使用，為確保既有幕牆的安全可靠，防止新建幕牆帶著潛在危險進入到既有幕牆的行列，我們應加強對幕牆設計的管理，建立對新建建築幕牆實行設計方案審查制度，將建築幕牆可能存在的安全問題控制在方案階段並加以制止，以提升既有幕牆的安全性和可靠性。我國現行的《玻璃幕牆工程技術規範》JGJ102-2003和《金屬與石材幕牆工程技術規範》JGJ133-2001實施至今已有十幾年，作為國家行業標準所提出的一些規定和基本要求，在日益增加的安全要求方面，有些已已不再適應了。加之現在的建築設計在建築外觀的設計上，新穎復雜的立面造型、超大面板板塊的設計、新型建築材料的出現給建築幕牆在設計上提出了很多新的挑戰，超過和突破現行設計規範的規定的設計很多，潛在著較多的危險因素。依據現行設計規範，按照不同區域的條件制定和實施更嚴格的地方性標準規範，並以此對建築幕牆的設計方案進行審查，將大大的降低新建建築幕牆的安全風險。上海、浙江和深圳等地已開始執行此項制度，值得探討和推廣。圖17、圖18為我國某處新建大面玻璃幕牆尚未使用就因玻璃大面積自爆而需重新改造。
5、結語
為改善我國既有幕牆的現狀，提高我國既有幕牆的安全程度，應從強化安全監管入手，建立規範化和法制化的建築幕牆市場秩序和觀念，嚴格落實既有幕牆安全管理責任人制度和安全檢查制度，探索和確保既有幕牆安全維護維修資金的來源，加強建築幕牆設計、生產、施工和使用全過程的安全管理和各方監管，盡快的完成既有幕牆相關標準規範的制定和實施。在對既有幕牆的安全改造過程中，我們尚需結合我國綠色建築發展的需要，大力研發既有幕牆的建築節能和室內環境改造技術，全面提升我國既有幕牆的各項性能。
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