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我国建筑幕墙工程质量问题研讨

发表时间:2019-09-15    来源:不详    浏览次数:740

   1、前言

   1984年中国在北京长城饭店第一个采用玻璃幕墙,成为北京十分亮丽的建筑,拉开了我国建筑幕墙行业发展的序幕。为了促进我国幕墙工程的发展,中国建筑科学研究院成立了专门的机构,配备了专业人员和检测设备,对幕墙结构密封胶等关键材料性能进行检验,还首先主编了我国《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ 102-96)、《金属与石材幕墙工程技术规范》(JGJ133-2001)幕墙技术规范,主编了《建筑装饰装修工程质量验收规范》(GB50210-2001),《玻璃幕墙工程质量检验标准》(JGJ/T 139-2001),《建筑幕墙工程检测方法与标准》(JGJ/T 324-2014)等很多幕墙相关标准,为建筑幕墙工程质量设计、选材、施工、验收、检测、鉴定提供重要的依据。随着我国建筑技术的发展和建筑材料生产工艺的进步,在众多科研、设计、施工、材料相关单位的共同努力下,我国建筑幕墙行业实现了从无到有、从模仿引进到全面主导自主创新、从小规模的应用到成为世界建筑幕墙生产和使用第一大国,实现了跨越式快速发展。

   由于我国建筑幕墙工程体量巨大,难以避免出现诸多工程质量问题,本文以建筑幕墙按面板材料分类为玻璃幕墙、石材幕墙、金属板幕墙,分别对各种幕墙常见的工程质量问题进行阐述,并对典型质量问题的原因进行分析。


   2、玻璃幕墙工程常见质量问题及原因分析

   2.1、钢化玻璃自爆

   由于近年来随着建筑幕墙行业的高速发展,各种形式的玻璃幕墙日益增多,愈建愈高,幕墙玻璃在安装后,无外力影响下产生钢化玻璃“自爆”的质量问题频繁出现,导致建设部和很多省市出台了限制使用玻璃幕墙的规定,严重影响了玻璃幕墙的正常发展。

   幕墙钢化玻璃发生自爆的原因是多方面的,幕墙结构的设计、玻璃的加工、运输、搬运、安装、恶劣的气候、温度、使用的环境等均对玻璃的“自爆”有密切影响。其中钢化玻璃自爆最主要的原因是玻璃在其原片生产过程中由主料石英砂或砂岩中带入镍,由燃料及辅料中带入硫,在1400℃~1500℃高温熔窑燃烧熔化形成硫化镍(NiS)杂质,这种杂质具有冷胀热缩特性,留在钢化玻璃中的硫化镍杂质受外部温度等环境变化时发生相变,其体积膨胀,处于玻璃板芯张应力层的硫化镍膨胀使钢化玻璃内部产生更大的张应力,当张应力超过玻璃自身所能承受的极限时,就会导致钢化玻璃自爆,从自爆的钢化玻璃可以找到起爆点处的“蝴蝶斑”,“蝴蝶斑”中心有硫化镍杂质黑色点。

   由于硫化镍的不确定性,因此硫化镍造成的钢化玻璃自爆时间也具有不确定性,相关研究资料表明,一般钢化玻璃生产后3到5年是钢化玻璃自爆的高发期,目前的科技手段还无法预测何时、哪一块玻璃将出现“自爆”。但是对钢化玻璃自爆可以采用以下措施加以预防,将发生自爆的概率降低。

   1.在玻璃原片生产过程中,应选择含硫、镍元素较少的主料、燃料及辅料,降低硫化镍的生成,减少钢化玻璃中硫化镍的含量。

   2.在玻璃深加工阶段,增加一道均质处理(HST)工序,即将钢化玻璃加热到290℃进行二次热处理,并保温至少2个小时再冷却到室温,这一过程使钢化玻璃中存在的硫化镍等杂质提前完成晶相转变,让存在自爆隐患的玻璃主动自爆而被淘汰,留下的未爆裂玻璃在使用过程中发生自爆的概率极低。

   3.放弃普通钢化玻璃,采用超白玻璃,即在原料熔化过程中通过精细的控制,使得超白玻璃相对普通玻璃具有更加均一的成分,其内部杂质更少,从而大大降低了钢化后的自爆概率。


   2.2、玻璃幕墙开启扇脱落

   在玻璃幕墙设计中,为满足建筑通风及消防安全需要,玻璃幕墙大量设置开启扇,无论是构件式玻璃幕墙还是单元式玻璃幕墙,开启扇通常为上悬式开启。上悬式开启主要采用两种方案,早期的玻璃幕墙开启扇采用一种摩擦型铰链(四连杆或五连杆)作为开启扇承重构件,配合限位风撑实现上悬式开启;另一种是采用挂钩式铝型材,铝型材作为开启扇承重构件,配合限位风撑实现上悬式开启。在实际工程应用中,高层、超高层建筑越来越多,幕墙开启扇也出现了开启扇脱落的严重质量问题。

   (1)摩擦型开启扇脱落原因

   ①摩擦型铰链选型没有经过结构受力计算,不满足承重要求。

   ②开启扇型材壁厚过薄,没有加强措施,固定螺钉位置型材空壁局部破坏,螺钉松动,导致开启扇脱落。

   ③连接铰链与铝型材的紧固件强度不足。

   早期使用的摩擦型开启扇脱落问题,主要是设计质量问题,设计人员没有足够重视开启扇受力计算,通常见到一个工程的铰链仅一个型号,局部玻璃面积较大时,开启扇没有单独计算、单独选型。

   (2)挂钩式开启扇脱落原因

   ①限位块没有设置,或限位块强度不足。

   在极端情况下(如台风)限位风撑损坏,开启扇以很大角度开启,没有限位块限制,容易出现脱钩现象,导致开启扇整体脱落。

   ②开启扇上横梁刚度不够

   开启扇上横梁除了承受上一块玻璃的重量外,还有承受开启扇的自重,所以此横梁挠度比固定玻璃位置横梁要大,一旦挠度超过《建筑幕墙》GB/T21086-2007规定的3mm限值,就会存在脱落的风险。


   2.3、玻璃幕墙渗漏水

   玻璃幕墙完工后,使用者最直观感受的就是渗漏水问题,多年来已成为玻璃幕墙工程中最常见的质量问题之一。玻璃幕墙渗水原因较为复杂,综合因素多,涉及到设计、材料、施工等各个环节。以下是各环节中常见幕墙漏水主要原因分析及对策。

   (1)设计原因

   设计与施工协调性差,尤其容易出现在幕墙与主体结构收口部位,相邻两个幕墙系统交接部位,幕墙顶部收口部位等,这些特殊部位容易出现因主体结构偏差或幕墙累计误差而导致原施工图纸不适用的状况,需要设计人员与施工人员充分沟通,甚至进入现场实际测量返尺,有针对性地出具收边收口方案。玻璃幕墙出现渗漏水频率最高的也是这些特殊部位。

   (2)材料原因

   密封胶是引起玻璃幕墙渗漏水的主要材料之一,有些工程采用劣质密封胶,注胶一段时间后发生密封胶胶缝起泡、开裂或不凝固等现象,导致幕墙渗漏水;密封胶使用前没有根据相关标准进行相容性试验,在实际工程中和材料的粘结性差,粘结部分失效,无法满足密封要求,造成玻璃幕墙渗漏水。对于铝型材表面的处理不满足相关标准的要求,表面涂层产生的附着力低,氧化膜的厚度过薄或过厚,均导致密封胶粘结失效,造成幕墙渗漏水。

   (3)施工原因

   施工人员专业程度和技能水平对于玻璃幕墙工程的质量有重要影响,在工厂和工地现场,部分工人不根据规定的密封胶注胶流程作业,施工质量不合格,导致密封胶不密实,出现孔洞、气泡等问题,造成幕墙渗漏。注胶作业过程中施工人员对密封胶薄厚控制不均匀,部分过薄或是过厚;局部位置不衬垫泡沫棒,使整个胶缝构成三面粘接,限制了密封胶的变形,玻璃和胶的粘接容易形成裂缝开裂,造成玻璃幕墙渗漏严重。

   施工人员不按图纸施工,测量放线偏差过大,幕墙上下立柱没有预留伸缩缝,在外部温度变化下,立柱发生收缩或膨胀,导致玻璃胶缝开裂,产生渗漏水问题。

   施工时的偷工减料也是造成玻璃幕墙渗漏水的主要原因。例如典型的明框玻璃幕墙,渗漏水点出现在横梁位置,主要原因为室外玻璃铝压块及胶条没有通常设置,而是设置成长度为100mm,每块玻璃设置两块,压块外扣厚度为1.5mm的铝装饰线条,铝装饰线条与玻璃之间密封胶质量无法保障,幕墙工程未出质保期该位置就出现密封胶开裂导致渗漏水的质量问题。


   3、石材幕墙工程常见质量问题及原因分析

   石材幕墙因外观精美,自然质感好等独特的优势,越来越多地用于各类建筑的外立面。随着建筑外形日益复杂、新材料新工艺的应用以及用户对幕墙工程质量要求日益严格,存在于石材幕墙工程中的质量问题亟待解决。


   3.1、石材板块脱落

   (1)材料选择不合理

   面材选择不合理,天然石材各种颜色、花纹种类繁多,但并不是所有石材都适用于室外复杂环境,应依据相关标准规范,考虑吸水率,弯曲强度等重要参数甄选用料。人造石材色泽均匀,纹案多样,然而各生产厂家产品的技术和质量标准不统一,国家也没有推出相应的标准规范行业的发展,导致人造石材的质量良莠不齐。

   石材结构胶选择不合理。施工过程中有很多用云石胶代替环氧树脂结构胶使用的状况。原因有两种:1、施工人员不专业,对胶的性能及用途不了解,存在认知上的错误。2、有些施工人员明知故犯,因为云石胶造价低、固化速度快。云石胶是不饱和树脂胶,适用于建筑石材的快速定位及拼花、修补、粘结,主要是石材与石材间的粘结用胶。如果使用于石材与金属挂件的粘结,其粘结强度要远远低于石材专用环氧树脂结构胶。云石胶的固化成型要比环氧树脂结构胶快,施工比较简便,价格较低,但其对石材的污染也相对较大。而且云石胶固化后的弹性比专用胶差,这对抵抗疲劳荷载和温度应力作用很不利。所以必须使用石材专用环氧树脂结构胶。

   (2)连接系统选择不合理

   石材幕墙的连接方式常见的有钢销式、短槽式、通槽式、背栓式等,钢销式石材幕墙抗剪面积小,在地震环境中极易受损,已不适宜在石材幕墙项目中应用。早期使用钢销式连接方式的石材幕墙频繁出现由于石材钢销孔连接处断裂,导致石材开裂、脱落的现象。

   为了降低造价,部分施工单位往往擅自将挂件改成斜插式挑挂件,事实上这是一种非常危险的挂接形式,在设计阶段就应该加以杜绝。由于在石材背部开斜口,交接部位会形成三角形的石材板块,这样的切口本身就极易崩坏,一些施工人员为了方便施工,甚至会只切一些平行的切口插入石材背部,极易造成板块的滑脱。

   (3)石材挂件连接失效

   石材幕墙挂件的材质多为不锈钢或铝合金,常见的挂件形式有T型挂件、SE型挂件、L型挂件、背栓等。T型挂件(或蝴蝶型)在石材上下边部开槽连接,一组挂件要控制上下两个石材板块的固定,导致石材只能自上而下或自下而上逐层安装,无法分层安装和单独更换石材。而实际工程中,大部分施工单位为了追赶工期,节约成本,往往采用分组分层安装石材,这样一来各组间交接处的收口石材无法安装进槽,通常的做法是将交接处收口石材的下边两短槽沿石材背部切平,短槽切成开放的L型槽口,再注满云石胶,推入石材将T型挂件与石材快速粘结固定。云石胶自身没有韧性,强度不足,又由于不饱和聚酯树脂与固化剂配方的比例悬殊(通常是100:3),人工施工时不好掌控,一旦比例超过3%,就会导致胶体变脆,降低粘接性能,长期靠云石胶粘结势必会发生胶体脆裂,导致石材脱落。因此,各地已出台相关文件要求限制或禁止石材幕墙使用T型挂件系统。

   背栓石材在应用过程中常出现背栓与龙骨的连接失效导致石材脱落的状况,通常是施工时不按图施工,操作不规范造成。例如北京某写字楼石材幕墙工程,自竣工验收的8年时间已经出现多次石材脱落事件,其脱落原因主要是石材背栓与龙骨没有按图纸要求采用螺栓固定,而是采用焊接固定,且焊接质量差,焊缝处开焊导致石材脱落。

   (4)特殊部位及造型石材连接不牢固

   石材幕墙常有复杂的装饰线条和外挑造型,在转角位置,腰线位置,檐口位置,吊顶区域等特殊部位的连接构造尤其重要。由于这些特殊位置的石材幕墙施工难度大,位置隐蔽不容易检查到,出现质量问题的概率也最高。

   由两块石材拼接成L型的转角石材,采用加强石粘结做法,且通常短边石材没有独立挂件与幕墙龙骨形成可靠连接,经过一定的时间和环境条件作用下,胶很快老化失效,导致短边石材脱落。相邻的石材拼接可以采用粘接,但粘接只能作为保证石材拼接美观性和密封性的临时固定,应保证石材幕墙的每一块石材均有独立挂件与幕墙龙骨形成可靠连接。

   为了与立面效果保持一致,部分工程入口、檐口等部位采用石材作为吊顶材料,早期工程对吊顶及檐口石材不够重视,石材本身属于自重较大的脆性材料,设计时也没有针对吊顶石材设置加固措施,施工时该位置施工作业难度大,也不容易检查,没有经验的施工人员贪图方便,通常采用斜插件胶粘固定檐口及吊顶石材,导致吊顶石材脱落情况屡见不鲜。在石材幕墙设计阶段应设置单独的施工技术方案对特殊部位的石材安装进行加固处理,施工过程中重点检查特殊部位的施工质量,对于危险性较大的檐口、吊顶石材可采用仿石喷涂铝板或蜂窝石材替换使用,减小石材脱落风险。


   3.2、石材幕墙外观色差大

   大面石材安装前不经过排版,直接上墙安装,导致立面石材色差严重,观感质量差。天然石材尤其是表面处理为抛光面的石材面板具有普遍的色差问题,在工程材料使用石材量大的时候,同一品种的石材一般由多个矿山供应,这就造成不同批次进场的石材在颜色、花纹上存在差异;即使是同一个矿山,因为石材开采深度、位置的不同,各批次石材的颜色、花纹也存在着一定的差别。石材排版是指将加工出来的石材面板,按图纸的平面图中轴位置,区域、立面、次立面、楼层等部位逐一排列观察现场效果。如颜色有差异,及时进行调整,更换等。石材排版效果的好坏直接关系到整体立面装饰效果及观感质量。


   4、金属幕墙工程常见质量问题及原因分析

   金属幕墙因色彩多样,面材轻质和良好的加工性能,能够适应各种复杂的外立面装饰设计等特点,在我国建筑幕墙中广泛应用,尤其是造型独特的外立面装饰工程中应用较多。金属幕墙所使用的面材主要有以下几种:铝复合板、单层铝板、铝蜂窝板、防火板、夹芯保温铝板、不锈钢板、彩涂钢板、珐琅钢板等。


   4.1、金属板块脱落

   造成金属板脱落的的主要原因是金属板和龙骨的连接设计不合理、安装不牢固。例如下图显示的某工程夹芯保温铝板纵剖节点,首先钢立柱中芯柱的长度不满足规范要求的400mm,其次芯柱与下立柱没有螺栓固定,更重要的是固定铝压块的自攻螺钉通过上立柱后打入芯柱,当出现环境温度冷热交替导致钢材热胀冷缩,上下立柱有垂直位移,芯柱与上立柱间的位移将自攻螺钉剪断,最终导致夹芯保温铝板脱落。


   4.2、金属板面变形

   造成金属板变形的原因是多方面的,排除金属板材选用不当,运输及安装后受外力破坏等原因,主要原因有:

   (1)在金属板设计及加工时没有足够地考虑金属板受外荷载作用下大挠度的变形影响,没有按规范要求设置加强筋或加强筋设置不符合要求。金属板幕墙在使用过程中经过风吹、日晒、雨淋,必然会出现变形现象。

   (2)金属板和龙骨的连接设计不合理,采用金属板周边折边后,将金属板用螺钉固定在框架龙骨上的结构,单块金属板尺寸较大时,受环境温度影响便会出现线性膨胀量无法抵消,金属板面应力无法释放,迫使板块屈服,在空气作用下向外出现凸出变形现象。金属板面变形除了影响视觉效果,也会造成金属板板面不平整,接缝不平齐、板间密封胶开裂,从而导致金属幕墙渗漏水问题。因此,在幕墙设计时一定要遵守板块连接结构完全能够吸收材料因温差产生的热应力和地震产生的平面内变形要求的原则。


   4.3、金属板幕墙出现变色、脱色现象

   金属板幕墙产生变色、脱色,主要是由于选用面板表面处理不当造成的。金属板的表面处理分为粉末喷涂、氟碳喷涂、阳极氧化等方式,各种表面处理方式又根据使用环境、面板表面光泽度等参数分为多种型号,金属幕墙作为建筑的外装饰工程应选用抗老化、耐腐蚀性强的优质涂料,同时也要从管理上杜绝以次充好、假冒伪劣产品的出现,从材料选择上杜绝金属板出现脱色、变色的现象。


   5、结语

   由于我国建筑幕墙发展过快,相关标准和工程管理对低水平的建筑幕墙工程管控不到位,导致出现诸多工程质量问题,尤其是钢化玻璃自爆危及人身安全得不到有效解决,已经导致建设部和很多省市出台了限制使用玻璃幕墙的规定,严重影响了玻璃幕墙的正常发展。其他幕墙工程质量问题不解决的话也后患无穷。因此,必须制定更严格的标准规范,强化工程质量责任追究制,有效解决建筑幕墙工程质量问题。

   为了解决大量现场施工产生的人为质量缺陷,中国建筑科学研究院联合国内众多大幕墙公司和相关单位,正在编制中国工程标准化协会标准《装配式建筑幕墙工程技术规程》,该规程将加强对钢化玻璃自爆的管控,引入对大型装配式幕墙设计、选材、加工、组合、安装等的高标准要求,从根本上解决我国建筑幕墙工程质量问题,升级后的规程为进一步提高我国建筑幕墙工程技术水平创造条件。


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