淺談幕墻安全性鑒定中不能忽視的建筑風環境變化因素

蔡維

廣東省建設工程質量安全檢測總站有限公司 廣東 廣州 510000

引言

我國建筑行業發展中，建筑結構與材料技術不斷更新發展，為建筑產品質量與使用效果優化提供了較大助力。建筑幕墻是現代建筑的重要組成部分，幕墻的材料及結構較為特殊，對幕墻進行全面檢測及鑒定是保證幕墻安全使用的重要措施。建筑結構在長期使用中，氣候等因素影響著建筑結構的性能，幕墻是一種使用石材、玻璃等材料制作的外圍護建筑結構，長期受到風環境影響會發生結構損傷，對其進行安全性鑒定，才能夠讓建筑業主單位了解幕墻結構穩定性與可靠性情況，為建筑幕墻的維護保養與安全使用提供保障。

1 幕墻安全性鑒定概述

幕墻的安全性鑒定，是通過具有檢測資質及主體結構鑒定資質的單位，根據相關的幕墻法律法規和技術標準對幕墻進行的安全性鑒定，鑒定內容包括支承構件及其連接，幕墻面板及其連接，幕墻與主體結構的連接，金屬構件的腐蝕和銹蝕情況，以及幕墻的防火、防雷構造等。檢測鑒定單位依據建筑幕墻的相關標準要求，對幕墻當前的安全性，耐久性，穩定性等多個角度進行檢查和鑒定，發現幕墻存在的問題，并對發現的問題提出相應的處理建議，保證建筑幕墻在后續使用中的安全性。當前，大多數幕墻鑒定機構開展的幕墻鑒定工作仍然停留在對幕墻結構、材料的檢查、判定，這些檢測、鑒定內容已不能完全保證幕墻的安全性，幕墻鑒定單位應根據幕墻當前的使用狀況，提高、擴大建筑幕墻的檢測范圍，保證幕墻的安全使用[1]。

2 影響既有建筑幕墻安全性的因素

（1）材料因素。在當今的建筑工程中，建筑幕墻通常采用玻璃作為幕墻面板，建筑幕墻對玻璃的要求很高，如果玻璃的質量不高，在風力或者外力的作用下可能出現玻璃碎裂或者脫落的情況。建筑幕墻密封材料經過長時間的風吹日曬，也可能出現老化、粉化現象，進而發生滲漏、銹蝕，幕墻的結構受到破壞，產生安全隱患。

（2）構造因素。在建筑工程中，造成建筑幕墻安全隱患的因素有很多，螺栓連接是當前幕墻構造中較為常見的連接方式，然而因為對于螺栓的使用沒有相關明確的標準和規范，導致幕墻的螺栓連接問題較為突出，表現為螺栓數量不足、強度不足以及螺栓松動等情況。另外，建筑幕墻預埋件的位置偏差也是導致幕墻穩定性變弱的重要原因。最后一種影響因素是建筑幕墻中的立柱計算模型和工程實際情況存在一定偏差，由此設計的結果導致幕墻構件強度不足。

（3）建筑風環境的變化對既有建筑幕墻的影響。隨著一個地區的經濟開始騰飛，該地區的地形地貌也會因為建筑的增多而產生變化，而且這種變化的速度很快，地貌從A類到D類可能只需要短短幾年時間。地形地貌的變化意味著城市化過程中快速修建的建筑帶來的風荷載工況的巨大變化。在《建設廳既有建筑幕墻安全維護管理實施細則》中對幕墻的檢測鑒定進行了相關的規定，即在工程竣工一年時應當對幕墻進行一次全面的檢查，往后每五年進行一次全面檢查。對于已經超過設計使用壽命的幕墻改為每年檢查一次。這不僅是對新建幕墻安全進行的規定，也是對既有建筑幕墻進行安全管理的重要舉措，對于既有建筑幕墻材料變化的監控有著非常重要的安全意義，也是對地區地形地貌情況發生變化后，對幕墻建筑風環境狀況的監測。

在《建筑結構荷載規范》中對風環境的變化有明確的說明，通常風壓高度變化系數以地面的粗糙度進行衡量，這種衡量過程通過四個等級進行評定，ABCD四個類型指A類是近海，海岸，湖岸以及沙漠地區；B類指鄉間田野丘陵以及鄉鎮；C類是指建筑密集的城市；D類是指具有密度較高的高層建筑群的城市，幕墻的風荷載計算通過相應的公式計算得出。

3 結構群風效應的作用方式

密集的高大建筑群是當前城市繁華程度的表現方式。然而建筑與建筑之間也會有彼此的作用力，高層建筑的風荷載情況受到周邊建筑的影響與獨立不受影響的建筑有巨大的差別。專有名詞叫作靜風干擾效應。隨著建筑距離的接近，建筑物越密集，遮擋效應就愈發的明顯。通過對深圳嘉里建設廣場二期進行的風洞試驗可以較好地說明上面的問題。

3.1 主體結構設計用體型系數

（1）按規范進行計算。對于超高層建筑風荷載的計算規定通過《高層建筑混凝土結構技術規程》（JGJ3-2002）來計算。①當建筑高度超過200M時符合風洞試驗的基本要求。②當建筑密集度較高，建筑之間的距離較為接近時，可以通過將單棟建筑的體型系數與相互干擾增大系數進行乘積，相互干擾系數通常以類似試驗的技術參數進行確定。也可以通過風洞試驗確定。在《建筑結構荷載規范》中沒有明確的互相干擾增大系數的設定說明，按照規范加入群體風效應后，順風向的提醒系數會大于1.43，高度方向不變[2]。

（2）風洞試驗數據。風動試驗項目的風動測壓試驗模型縮尺比是1∶300，測點分布數量為410，通過模擬C類背景邊界層，對375M半徑的建筑進行風洞試驗，風向數量為24個。通過各測點層的荷載體型系數按照控制的面積進行加權平均值計算。

圖1 風洞模型圖

由此得到了整個測點層的平均體型系數。在進行沿主軸的投影和疊加操作后，可獲得測點層在XY兩個軸上的體型系數，該系數已經計算過群體風效應。由此得出結果，60o、75o、120o、285o這四個風向下各測點的平均體型系數很大，是不利控制風向角度。

通過圖2可以得知，在風洞實驗中，風荷載體型系數隨著建筑高度發生變化，樓層越高，體型系數越小。大多數測點層的體型系數小于加入群風效應后得到的結果，因此可以得到建筑的遮擋效應較為明顯。

圖2 體型系數沿高度變化

圖3 各測點層層底剪力分析

圖3 中個測點層體型系數與高度系數進行相乘后相加得到的值可以反映出樓層的靜風水平剪力分布情況。該圖顯示出風洞試驗結果不但小于加入靜力干擾后的效果，也小于按照規范進行的單體計算。這說明，遮擋效應與建筑的密度有比例關系，建筑越密集遮擋效應越強[3]。

4 結束語

總之，在建筑幕墻結構安全性鑒定工作中應充分考慮幕墻使用的風環境影響，因此必須做好幕墻結構風效應分析，計算風環境導致的幕墻結構影響，為幕墻后期安全使用提供保障。

幕墻建設單位還應在建筑建設階段做好環境影響風險的綜合分析，并積極提升幕墻建設的整體穩定性，控制幕墻使用過程中的安全性問題，為幕墻的長期安全使用創造堅實基礎。