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关于幕墙性能评价与监管 2020-04-07 09:55

关于幕墙性能评价与监管

一、建筑幕墙工程的安全维护是我国业内一项重点任务:

据统计,中国拥有既有玻璃幕墙两亿平方米,占全世界的总量的85%。由于幕墙相关部件的功能寿命、工程缺陷、异常自爆等所造成的幕墙安全事故时有发生(也可以说会必然发生,如自爆现象就是玻璃本身千分之几的必然发生),已成为城市的一项不可忽视的安全隐患。

我国建设系统围绕建筑幕墙的安全力学性能(抗风压性能、平面内变形性能、耐撞击性能、防弹抗爆性能)、物理性能(雨水渗漏性能、空气渗透性能、保温性能、遮阳性能、隔声性能、光学性能等)实施了测定量化的检测控制,对结构、部件等开展了工程评价控制,已形成了一套建筑幕墙质量安全监管体系,但现行的标准规范多集中在设计施工环节

对于既有建筑幕墙,住建部以及各地方部门近年来,相继出台了系列安全维护管理政策、规定、地方技术标准,但多为监查管理,配套单项现场检查。对于既有幕墙安全性的全面性评估和检测技术还有待深入。

二、建筑工程幕墙性能检测评价:

2.1、实验室幕墙性能检测

通过实验室模拟环境条件下,实施相关物理数据的获得及计算分析评价,由特定的检测设备来完成测试。(幕墙工程检测标准的编制多由建筑科学科研院所完成)

2.1.1 关于玻璃幕墙四性检测(抗风压、水密、气密、层间变形)

四性检测主要目的:验证幕墙设计的正确性、合理性、工艺性、经济性,确定能否满足设计的性能指标要求;同时也为改进设计、改进完善加工、组装、安装工艺方法提供依据;使施工单位的操作人员能够通过幕墙试件的加工、组装和安装过程熟悉、掌握操作工艺和方法。

a.玻璃幕墙抗风压性能检测:指幕墙在与其垂直的风荷载作用下,保持正常使用功能、不发生任何损坏的能力。
b.玻璃幕墙气密性能检测:指在风压作用下,其开启部分为关闭状况时,阻止空气透过幕墙的性能。

c.玻璃幕墙水密性能检测:水密性关系到幕墙的使用功能和寿命,与建筑物的重要性、使用功能以及所在地的气候条件有关。
d.玻璃幕墙层间变形性能检测:是由于建筑物受风荷载或地震作用后,建筑物各层间发生相对位移时,产生的随动变形。

 

“抗风压性能”、“雨水渗漏性能”、“空气渗透性能”依据GBT 15227-2007《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》

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抗风压检测:模拟不同自然风压条件,检测幕墙试件发生的形变,分析评价其力学性能

“层间变形性能和抗震要求”依据GB/T 18250-2015 建筑幕墙层间变形性能分级及检测方法GB/T 18575-2001  建筑幕墙抗震性能震动台试验方法

 

2.1.2 其他物理及力学性能的检测

热工性能的“建筑幕墙传热系数”、“玻璃幕墙的遮阳系数”依据GB/T29043-2012建筑幕墙保温性能分级及检测方法(含抗结露因子) GB/T 30592-2014透光围护结构太阳得热系数检测方法JG/T 397-2012建筑幕墙热循环试验方法GB/T 30594-2014双层玻璃幕墙热性能检测 示踪气体法  

“光学性能”依据GBT 18091-2015 玻璃幕墙光热性能

“耐撞击性能”依据GB_T 29738-2013建筑幕墙和门窗抗风携碎物冲击性能分级及检测方法 

 

2.2 现场幕墙性能检测

开展现场的性能检测所依据的JGJT324-2014《建筑幕墙工程检测方法标准》,也都采取了特定的现场箱体设备等实施模拟条件的实现,开展参数获取及分析评价

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2.3 玻璃幕墙工程安全性检测

玻璃幕墙安全性检测主要目的:对玻璃幕墙进行全面的安全性评估;灾害事故发生后或在出现损坏的构件和节点进行局部的安全性评估;检查玻璃幕墙使用过程是否有存在质量问题。

玻璃幕墙安全性检测内容为:玻璃幕墙材料检测、玻璃幕墙的结构承载力验算、玻璃幕墙结构和构造检测。

a.玻璃幕墙材料检测:主要检测槽钢、角钢等主体结构材料的性能,现场拉拔实验。

b.玻璃幕墙结构承载力验算:根据现场采集数据,进行承载力计算。结构模型采用经现

场检查的后的实际结构进行整体分析计算。计算分析的主要内容包括计算模型的选取、荷载的计算以及结构反应的分析。

c.玻璃幕墙结构和构造检测:预埋件与幕墙连接点、锚栓的连接节点、立柱的连接点、

梁、柱的连接节点、变形缝连接点、全玻璃幕墙的玻璃与吊夹具连接节点、拉杆或拉索结构节点、开启部分的构造节点、点支撑装置的节点和配件进行检测。

 

三、关于既有建筑幕墙安全性监管

1996年颁布的《玻璃幕墙工程技术规范》规定:“玻璃幕墙在正常使用时,每隔五年应进行一次全面检查,对玻璃、密封条、密封胶等应进行检查。;2006年,建设部颁布了《既有建筑幕墙安全维护管理办法》,规定“既有建筑幕墙的安全维护,实行业主负责制。”

3.1  针对既有幕墙国家行业标准并未发布,即便在2011年10月根据标准编制计划完成

《既有建筑幕墙可靠性鉴定及加固规程》进行了征求意见稿发布,但并见正式通过稿,其因不详。

3.2  许多省、市地标相继出台:上海市建交委出台的DG884-2006《上海市既有幕墙检查

技术导则》、河南省建科院主编的DBJ41/T097-2009《既有建筑幕墙安全鉴定标准》、辽宁省建科院主编的DB21T1999-2012《既有建筑幕墙可靠性能检验评估技术规程》、安徽省地标DB34T1631-2012《既有玻璃幕墙可靠性能检测评估技术规范》等。

3.3  基于现场检测技术的现状,对既有幕墙的安全性检查仍然采取了资料、信息监督管理

的内容来保障。竣工资料检查、计算书检查与结构承载能力复核、竣工图检查等,建立既有建筑玻璃幕墙信息管理系统,实现信息共享和动态管理,落实安全管理责任,防范安全隐患。

3.4  对于现场检查检测的主要内容有:(1)幕墙的外观检查。重点检查玻璃板块是否破裂,

中空玻璃是否失效,石材面板是否有微裂纹或开裂,面板是否有污染等;(2)幕墙的结构体系检查。重点检查结构体系是否与设计一致;(3)幕墙的主要材料检查。玻璃的厚度、钢化度、镀膜膜面位置等;石材材质、表面处理;金属材料的膜厚、壁厚;结构件外观;五金件的品牌、材质及表面处理等;(4)幕墙的主要构造检查。埋件形式、幕墙与埋件连接、横梁与立柱连接、玻璃的安装构造、开启窗构造、防雷防火构造等

3.5早期既有玻璃幕墙易出现的问题:
    玻璃方面:早期玻璃幕墙使用浮法玻璃、半钢化玻璃的工程较多;中空玻璃、夹层玻璃设计中存在外片采用钢化玻璃或厚度大、内片采用浮法玻璃或厚度小的情况,存在安全隐患;钢化玻璃应用时存在自爆、热炸裂现象。

    铝合金型材方面:少量工程主要受力杆件的铝合金型材壁厚达不到现行标准规定的要求,且铝合金挤压型材的厚度普遍存在负偏差;铝合金型材牌号型材,但使用低强度铝合金型材的情况。

钢材方面:防腐措施采用冷镀锌、防腐涂料;主要爱力杆件采用铝合金型材,加强内套芯采用钢材。

硅酮结构密封胶方面:早期硅酮结构密封胶以进口产品为主,假冒伪劣产品较多,部分早期硅酮结构密封胶未进行相容性、粘结强度试验;(硅酮结构密封胶存在老化现象,工程实例表明劣质产品的老化速度较快)。

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3.6  开展既有建筑幕墙的现场检查检测,需要对幕墙进行全面检查和测试。专业化全面检查及检测开展,其难度、工作量及其责任的关系,费用不菲。

 

四、简述引起幕墙玻璃破碎、坠落的因素及解决办法

4.1由杂质硫化镍引起的玻璃炸裂

硫化镍是玻璃生产过程中不可避免的有害杂质,硫化镍本身对玻璃并无任何损害,只是当含有硫化镍的幕墙玻璃被安装在幕墙时,由于外界温度升高,导致硫化镍体积产生微小的变化,使玻璃内部产生微小的裂缝,这些裂缝透过钢化玻璃的张力层后将内部的能量释放出来,造成玻璃破碎。

解决的办法是首先从源头着手,玻璃制造厂家应对玻璃制造过程进行全程监控,尽量减少含镍材料与玻璃原材料相接触。其次对于幕墙玻璃安装后进行监测,国外已有以照相方式检测硫化镍杂质是否存在的技术,如果含有要及时进行必要的更换,防止玻璃破碎后伤人。还可以将单片钢化玻璃、钢化中空玻璃换成夹层玻璃,这时如果硫化镍杂质因变形而导致玻璃破碎,碎片仍粘附在胶片上,不至于形成玻璃雨而对地面人员造成伤害。

4.2由热应力造成的玻璃破碎

热应力是造成玻璃幕墙破碎的一个重要原因。玻璃幕墙受热的原因很多,但最主要的热源是太阳光,当太阳光照射在玻璃幕墙表面时,玻璃会受热膨胀,如果玻璃受热均匀则玻璃边部和玻璃中央部分同时均匀膨胀,但如果边部和玻璃内部受热不均匀,在玻璃内部会产生拉应力,当玻璃边部有破痕或微小裂纹时,这些瑕疵很容易受到热应力的影响,随着温差的增大,热应力导致裂痕逐步加大最后导致玻璃破碎。

解决的办法:是首先对玻璃边部进行精加工处理,采用细磨边或者抛光边等以减少微小裂纹的存在;其次是将玻璃进行钢化处理以增强玻璃抵抗温度变化的能力;第三是在玻璃加工、搬运、安装过程中,对玻璃必须进行适当的保护,注意不要将玻璃边缘与其他坚硬物体碰撞、摩擦,严格遵守操作规程,特别是在安装过程中,如果框架不合适(太小或扭曲变形),一定要记住不要用钳子夹掉玻璃边角,一定要矫正框架,使之适应玻璃的大小。

4.3玻璃幕墙支撑结构失效

并非所有的玻璃幕墙所出现的问题均由玻璃本身而引起。有时支撑玻璃的框架结构失效也会引起玻璃幕墙出现安全问题。用来支撑玻璃的框架结构往往是玻璃幕墙的薄弱环节,如果最初框架系统设计不合理,框架结构无法承受建筑物内压力,进而出现变形,最终导致玻璃破碎。

解决的办法:是在设计过程中对框架结构进行抗疲劳实验,根据其抗疲劳能力再设计相应的幕墙玻璃,防止框架长期超负荷运转。

4.4幕墙玻璃结构胶失效

玻璃幕墙因为长期受到自然环境的不利因素,如风吹、日晒、雨淋、紫外线照射、地震等的影响,因此要求玻璃幕墙必须具有耐候性、耐久性、耐腐蚀性,作为粘接材料的结构胶成了人们关注的焦点。在北京、上海、广州等最早使用玻璃幕墙的城市,幕墙玻璃坠落事件时有发生,如何测定某一块玻璃结构胶是失效的可以说难上加难,但要想保证人员和车辆的安全,如果要大面积的更换玻璃幕墙又是一笔庞大的支出,面对这种情况,业主进退两难。

解决的办法:是首先限制隐框玻璃幕墙的使用,必须对已过质量保证期的玻璃幕墙进行防护,如在玻璃幕墙周围设立围栏、绿化带、吊挂幕布以防坠落的玻璃伤及过往行人和车辆。其次是尽量采用明框、半隐框玻璃幕墙,因为即使是结构胶失效,由于有框架的支撑和约束,玻璃坠落的几率会大大降低。同时我们应该重视国内认证胶的品牌性,在近20多年来我国的建筑结构硅酮胶等有一系列的认证参数及标准,是行业内为了控制结构胶产品质量,统一性能标准,提高玻璃幕墙用胶的安全性。目前在中国市场,国外除仅存的美国道康宁等品牌以外,国内结构胶中较早期出现的郑州中原、广州白云、杭州之江、成都硅宝、安泰建筑胶等,在结构胶性能及检测质量标准上都达到或超越了国际标准。

4.5玻璃幕墙扣件固定装置失效

所有的玻璃幕墙都依赖与扣件固定装置将幕墙组合在一起并固定在建筑物上。但是扣件固定装置无法预见的瑕疵可能导致严重的结构问题,甚至导致幕墙玻璃坠落。

解决的办法:是在安装玻璃幕墙前,对扣件固定进行必要的检验,检验合格后才能在现场安装使用。另外针对固定螺栓松动造成的幕墙玻璃坠落,在实际施工过程中,采用特殊锁扣的螺母将螺栓锁住,防止螺栓滑落失效,或者是使用特定的垫圈保证螺栓紧固后不再脱落。扣件、固定件等幕墙五金配件系统,需要有统一的整体性,其组合搭配的使用效果预期优良,就必定由生产厂家集中质量控制管理

 

五、既有建筑幕墙安全性检测监管技术

5.1 互联网监管信息平台

1)上海市建筑幕墙管理平台

20165月,上海市住房和城乡建设管理委员会,同意上海地产集团通过市场化运作,协助政府管理部门加强既有建筑玻璃幕墙使用维护监管,承担本市建筑玻璃幕墙监督管理平台的开发建设工作。

上海地产集团打造一个信息监管平台主要通过常规预测、灾害模拟等方式,对玻璃幕墙安全维护进行预警与管理,帮助政府对玻璃幕墙管理变事后管理为事先预防。此外,通过专项治理、定点检查督办、事故及时响应、问题反馈优化等,为既有建筑的业主、物业管理单位、维修单位等提供全方位服务。通过大数据采集,还可以具体到对某个楼层的玻璃幕墙进行预警。

上海市静安区与上海地产(集团)有限公司签署合作协议,开发建设“上海市既有建筑安全管理维护平台(幕墙子平台)”,在玻璃幕墙维护管理方面做创新与尝试,静安区内建筑玻璃幕墙成为首批试点区域,在2016年,对静安首批试点区域内玻璃幕墙进行体检,将投资类似无人机的监拍检测设备研发,并对建筑玻璃幕墙外立面进行数字化坐标定位,利用高科技手段及时发现并处理玻璃幕墙安全隐患,同时对玻璃幕墙进行全生命周期管理跟踪。

上海市静安区玻璃幕墙维护管理主要存在三个难题:一是主体责任不明,有的物业多方持有,存在扯皮现象;二是专项维修基金难以落实;三是,安全监管手段落后、效率不高。

2019年,上海市建筑幕墙管理平台在上海市进行运营。

 

2)幕墙云系统

幕墙云系统是在深圳市建筑门窗幕墙学会的指导下,由深圳市智慧建筑创新有限公司研发的一款“互联网+幕墙管理”系统。包括幕墙检查、检测、维修与改造板块。在深圳福田实施试点运营。

 

 

5.2玻璃缺陷视觉检测技术描述

国家科技进步二等奖成果“建筑玻璃服役风险检测和可靠性评价关键技术与设备及应用” 

2018年1月8日“建筑玻璃服役风险检测和可靠性评价关键技术与设备及应用”项目荣获国家科技进步二等奖。该项目由中国建材总院和国检集团共同承担。项目负责人:中国建材总院所属国检集团首席科学家包亦望

1玻璃自爆风险检测:

根据钢化玻璃内部杂质颗粒种类、形貌、尺寸、分布位置对应力集中的影响,获得了钢化玻璃自爆风险等级的影响系数及划分标准,提出自爆准则,开发了钢化玻璃自爆源自动检测方法,研制了国内外首台透射式和反射式光弹扫描仪,该制订了国家标准GB/T 30020。

既有幕墙钢化玻璃通过光弹扫描法检测后,被认为是可以“降低自爆率到万分之三以下”。技术不仅可用于既有建筑玻璃自爆风险的现场检测,还可推广至玻璃生产线或幕墙玻璃安装前的玻璃自爆源排查,以及推广至服役真空玻璃真空度衰减率检测等。”

对应仪器:透射式和反射式光弹扫描仪

玻璃里的硫化镍杂质直径只有0.1—0.3毫米,肉眼基本看不见,用放大镜或扫描仪检查极为困难,现场检测就更困难。

发现自爆的根本原因在于玻璃内部拉应力区内的应力集中。实际上,如果某个杂质没有导致应力集中,它也就不会导致玻璃自爆。(钢化玻璃的自爆是由硫化镍、单质硅等杂质挤压周边玻璃并产生应力集中而导致的一种脆性材料力学和断裂力学的现象。)

虽然用光学或肉眼检测微小杂质极为困难,但是查找透明材料里面的应力集中却是一件容易的事。

2发明了“动态相对法”预测建筑玻璃坠落风险及评估标准技术

对于相同尺寸和相同支撑条件下的建筑玻璃,其固有频率都基本相同。当某块玻璃支撑松动,其固有频率必然会下降。测试每块玻璃的固有频率并排序,频率越低风险越大;并给出了4个风险等级划分的频率阈值。开发了幕墙玻璃坠落风险检测仪,自动识别幕墙坠落风险等级,数据无线传输。该项技术不仅可用于玻璃幕墙,也可推广到陶瓷幕墙和石材幕墙等外围构件的服役安全检测。

对应仪器:幕墙玻璃坠落风险检测仪

在玻璃幕墙工程安全检查中,国内外检测机构一般采用拉拔法和红外摄像技术评估幕墙结构胶的粘结牢固程度,但拉拔法易导致二次风险,红外摄像结果难以定量。传统目测或手推的简单方法大多是采用事后统计和经验评估,无法事先预测其潜在风险。

 

3发明了“挠度比较法”现场评价中空玻璃密封性能是否失效的检测技术

通过橡胶球头对中空玻璃面板中心施加一个给定的集中载荷,同时利用玻璃厚度仪测量中空层厚度,并结合计算与分析软件,来判别中空玻璃密封单元是否出现通透性漏气,实现现场评价中空玻璃的安全性能。

4发明了 “声发射监控球压法” (类似中医号脉诊断)

“声发射监控球压法”,测试建筑玻璃表面的局部强度,判断钢化玻璃表面应力均匀性。研制了玻璃局部强度在线检测仪,实现了非破坏性监控既有玻璃服役强度或承载性能退化。

对应仪器:玻璃局部强度在线检测仪

5)GB/T 30020-2013《玻璃缺陷检测方法 光弹扫描法》

标准适用于透明平板玻璃、钢化玻璃。标准既可用于服役中的玻璃缺陷检测,也可以用于出厂前玻璃缺陷的检测。

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注:部分内容来源互联网检索公开信息


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