0 引言

　　 外墙干挂石材幕墙是指由天然石材作为面板的幕墙结构。由于其装饰观感效果佳, 质地较为坚硬, 与传统湿贴工艺 (易出现板材空鼓、开裂等不足) 相比, 干挂石材幕墙明显提高了幕墙结构整体的安全性和耐久性^[1,2,3]。然而, 由于开槽式石材悬挂件与龙骨连接挂于外墙上, 受自身重力及环境侵蚀作用的影响, 极易出现石材脱落现象, 具有较大危险性。目前对于使用多年的干挂石材幕墙没有专门适用的安全性等级评定标准, 根据类似安全性现状的工程检测经验, 并结合《民用建筑可靠性鉴定标准》 (GB 50292—2015) 相关评定细则, 本文提出了外墙干挂石材幕墙安全性检测要点及安全性评级建议。

　　 由于大风降雨天气, 某酒店南墙顶端石材脱落, 冲击7楼挑檐后破碎分散砸向职工食堂后厨通行楼梯、升降电梯、墙地面及垃圾池等, 造成楼梯护栏断裂、升降电梯防护玻璃破碎。经当天现场观察发现, 石材脱落区域的部分石材脱胶, 钢构件连接节点锈蚀、断裂, 物业立即对该区域进行了安全隔离, 并搭建脚手架安全通道。为解除建筑结构安全隐患, 酒店委托笔者对该酒店外墙干挂石材的安全性进行了全面检测鉴定, 分析石材脱落的原因, 评估其安全性, 并给出有效的处理建议。

　　 由于施工、设计图纸等资料缺失, 现场采用卷尺、激光测距仪、全站仪对各个立面石材的布置分别进行绘制, 干挂石材节点图见图1, 现场锤击检测结果见图2。图2中填充区域的石材在锤击时晃动明显。现场检查的内容具体包括:1) 石材的截面尺寸、型号、类型;2) 石材的立面布置;3) 接缝胶宽度。

　　 本工程石材的种类为花岗岩, 根据对脱落处石材的现场检查, 初步判断石材脱落是由于石材安装稳固性差、环境作用下槽壁石材断裂造成的。石材截面尺寸主要为940mm×990mm×25mm (宽×高×厚) , 接缝胶宽度约为100mm。

　　 采用橡胶锤、遥测设备等对石材进行外观检查, 记录缺陷。主要缺陷 (图3) 包括:1) 钢龙骨覆层脱落、锈蚀;2) 石材缺失、起翘、开裂;3) 密封胶开裂、老化、起泡;4) 石材锤击时晃动异常。

　　 采用里氏硬度HL计对钢材强度进行检测, 可直接测得钢材的布氏硬度, 钢材的极限强度δ_b与其布氏硬度HB间的经验换算关系如下:高碳钢δ_b=3.4HB;低碳钢δ_b=3.6HB;调制合金钢δ_b=3.25HB。

　　 当δ_b确定后, 即可根据屈强比计算钢材的屈服强度, 从而确定钢材的强度等级。

　　 由于经验公式过于简单, 准确性较差, 本工程采用《黑色金属硬度及强度换算值》 (GB/T 1172—1999) 进行钢构件强度推定。

　　 采用表面硬度法对钢材强度进行检测时, 里氏硬度计算公式如下:

　　 ${\rm H}L=1000\times V{}_{\text{b}}/V{}_{\text{a}}$

　　 式中:V_b为冲击体回弹速度;V_a为冲击体冲击速度。

　　 可根据现场直接测得的里氏硬度在《黑色金属硬度及强度换算值》 (GB/T 1172—1999) 中查表得到钢材的换算强度最小值δ_{b, min}, 从而确定钢材的牌号和强度等级, 其中, 对于Q235钢材, 370MPa<δ_{b, min}<470MPa;对于Q345钢材, 470MPa<δ_{b, min}<630MPa。

　　 使用里氏硬度计对钢构件进行硬度检测, 检测结果表明钢构件里氏硬度值在378～410之间, 换算抗拉强度最小值范围为378～423之间, 可推定幕墙龙骨采用的钢材牌号为Q235, 计算时钢构件力学性能按Q235考虑。部分检测结果见表1。

　　 可采用简单量测结合目视检查判断焊缝质量。焊缝常见的质量通病包括:裂纹、未熔合、长条夹渣、根部未焊透等。

　　 焊缝未焊透对构件连接存在较大影响, 未焊透处容易产生应力集中, 从而引起焊缝抗拉强度大大降低, 降低幅度能够达到40%～50%, 故杆件连接焊缝存在未焊透情况时, 易发生脆性破坏。

　　 裂纹的危害也较为严重, 开裂后的焊缝塑性和强度损失较大, 极易发生脆性破坏, 且在定位点焊部位容易出现裂纹。

　　 通过现场对钢龙骨焊缝连接的全面检查, 未发现漏焊、未焊透等缺陷, 施工质量较好。

　　 现场采用非破坏性试验检验锚栓抗拔承载力^[4]。采用锚栓拉拔仪对锚栓进行拉拔试验, 由于缺少设计资料与计算书, 锚栓设计抗拔承载力未知, 根据锚栓直径 (12mm) 与经验推断, 实际拉拔力达到8kN可判定为满足要求。检测结果显示, 拉拔力施加至8kN后锚栓无变形, 持荷后拉力无下降, 证明锚栓的抗拔承载力达到了8kN。

　　 红外热像仪成像装置可模拟出建筑外墙表面温度的空间分布, 并得到与建筑外墙表面热分布相对应的热像图。

　　 图4为该建筑幕墙红外热像图与可见光图对比。相同材料所呈现的红外热像图色差较小, 局部无明显色差异常;不同材料的红外热像图色差较大, 区分明显。由此可判定石材幕墙的密封及保温性基本良好。

　　 《民用建筑可靠性鉴定标准》 (GB 50292—2015) 对建筑结构的安全性进行评级时, 主要按照构件、子单元、鉴定单元3个层次进行。每一个层次分别分为4个安全性等级。评级参数为承载力、构造、不适合承载的位移、裂缝。分别评定每个构件每个参数的等级, 逐次评级, 最后得到建筑结构整体的安全性。幕墙结构也可按照《民用建筑可靠性鉴定标准》 (GB 50292—2015) 进行安全性等级评定, 但评级参数、层次、内容应做适当调整^[5]。

　　 建议对每块石材进行安全性等级评定。可根据石材构造、连接、密封胶及石材外观损伤状况综合评定每块石材的等级, 可分为以下4个安全等级。1) a_u级:石材外观质量良好;密封胶无脱落、起泡、开裂等缺陷;不需要采取措施。2) b_u级:石材外观质量良好;密封胶局部脱落、起泡, 开裂两侧胶体没有明显错动、位移;对密封胶进行修补。3) c_u级:石材局部掉角、开裂, 锤击后有轻微晃动;密封胶局部脱落、起泡, 开裂两侧胶体存在明显错动、位移;存在安全隐患。4) d_u级:石材开裂严重, 锤击后有明显晃动, 支承节点有损伤现象;需要立即采取措施。

　　 将钢龙骨、石材作为鉴定单元的2个子单元分别进行安全性评级。若钢龙骨承载能力不符合规范或设计要求, 可根据其严重程度, 定位C_u级或D_u级 (表2) 。

　　 按照同一立面、同种材料石材作为一个构件集, 评定一个构件集的安全性等级时, 可根据该构件集内每一受检构件的评定结果, 按表2的分级标准进行评级。

　　 石材幕墙鉴定单元的安全性鉴定评级, 应根据钢龙骨、石材的安全性等级, 以及与幕墙有关的其他安全问题进行评定。按照下列原则进行评定:1) 一般情况下, 按钢龙骨和石材的评定结果中较低的等级确定;2) 对于已出现脱落现象的石材幕墙可直接评定为D_u级。

　　 通过对该酒店干挂石材幕墙的全面检测与检查, 部分石材存在极大掉落风险, 需立即采取措施。可对评为c_u, d_u级的石材进行更换, 对幕墙上部石材钢龙骨进行除锈和焊接, 并对幕墙密封胶进行全面修补, 修复完成后在幕墙上部对石材和钢龙骨进行保护遮挡, 避免雨水侵蚀连接节点。石材修复完成后安全隐患基本解除, 现有脚手架可以拆除。需聘用石材幕墙专业施工公司对开裂、晃动石材进行更换, 对密封胶进行全面修复, 以达到安全使用的目的。

　　 在结构后期加固更换幕墙过程中应注意, 后期工程的施工不能影响原有结构抗震性能, 加固过程不可对原有结构造成损伤, 石材槽口打磨成45°倒角, 槽内应光滑、洁净, 开槽后杜绝出现损伤或崩裂现象。另外, 石材施工时, 应避免产生污染, 尤其是打胶过程中需做好对石材的保护, 以免在打胶过程中污染石材。

　　 在幕墙施工完成后, 应用中性清洁剂或高压水对整个结构的外墙面进行清洁处理, 避免使用溶剂性化学清洁剂, 防止清洁剂对石材表面的腐蚀及环境污染。

　　 通过对每块石材的检查可知, 建筑顶端及地面处石材脱落、损伤情况较为严重, 经分析主要是由以下原因造成:1) 顶端石材上部无遮挡, 石材挂件及钢龙骨受环境作用出现生锈, 石材槽内密封胶脱落, 遇大风大雨天气石材剧烈晃动, 导致槽壁断裂从而造成石材整体脱落;2) 下部石材与地面刚性连接, 地面出现不同程度的下沉, 对石材产生向下的拉力, 致使石材普遍严重开裂;3) 施工质量差, 石材开槽处普遍存在未灌胶现象, 石材锤击时有明显晃动, 存在安全隐患。

　　 随着技术的不断改进与创新, 干挂石材幕墙的设计、施工技术日益趋于完善, 不仅能够满足使用功能的要求, 还能够满足对建筑结构外观特征及建筑美观的需求。与此同时, 干挂石材幕墙结构的安全检测也随之越发重要。本文依据某酒店外墙干挂石材幕墙的工程实例, 针对实际检测结果, 给出了合理的加固修复建议, 并简要概述了干挂石材幕墙结构的检测流程及评定标准, 为同类干挂石材幕墙结构安全现状检测及修复处理提供了参考。