某大厦女儿墙损伤原因分析及改造设计

贾军国，夏广录，吴建刚，刘 洋，吕文乾

（甘肃省建筑科学研究院（集团）有限公司，甘肃 兰州 730070）

0 引言

女儿墙作为建筑物屋面的围护构件，起到保护人员安全，并对建筑物立面起到装饰装修的作用。上人屋面女儿墙高度较高，考虑到悬臂构件平面外稳定性及经济性的要求，一般女儿墙均作成直立式女儿墙，部分女儿墙做压顶外挑，但外挑宽度均比较小。然而部分建筑因外观造型要求，各式各样的女儿墙也应运而生［1］，个别女儿墙因外挑宽度及装饰荷载较大，导致女儿墙偏心受力较大，发生倾覆坍塌。2021 年 3 月，贵州仁怀市某建设项目女儿墙坍塌，造成 4 人死亡；2021 年 6 月，福建上杭县某楼房女儿墙坍塌，造成 9 人死亡等。对已发生损伤女儿墙进行现场检测，查找损伤原因，随即对女儿墙进行改造设计，本文将通过实际案例详细说明。

1 工程概况

某大厦为地下两层、地上四层现浇钢筋混凝土框架结构。该大厦屋面四周设现浇钢筋混凝土女儿墙，屋面女儿墙平面布置示意图如图 1 所示。因该大厦建筑造型要求，女儿墙采用局部出挑，轴线 J×12～17 及轴线 12×C～J 女儿墙出挑宽度 0.7 m，轴线 B×13～18 及轴线 18×B～J 女儿墙出挑宽度 0.6 m，女儿墙总高均为 1.8 m，女儿墙断面示意图如图 2、图 3 所示。女儿墙混凝土设计强度等级为 C25，内侧采用钢龙骨及硅酸钙板进行装饰，顶面及外侧采用钢龙骨及外挂石材装饰。

图1 屋面女儿墙平面布置示意图（单位：mm）

图2 轴线 J×12～17、12×C～J 女儿墙断面示意图（单位：mm）

图3 轴线 B×13～18、18×B～J 女儿墙断面示意图（单位：mm）

该大厦于 2012 年竣工投入使用，2018 年初发现四面女儿墙均存在不同程度逐步外倾（见图 4），女儿墙角部外侧装饰材料相互间拉裂（见图 5），考虑到该大厦地处城市核心闹市区，屋面女儿墙如发生倾覆将带来无法估量的损失，随即对该大厦已发生损伤的女儿墙进行现场检测并分析损伤原因，然后采取必要的措施消除安全隐患。

图4 女儿墙外倾现状

图5 女儿墙外侧装饰材料角部拉裂

2 现场检测及调查

女儿墙出现损伤后，相关部门应邀进入现场，对该大厦女儿墙进行现场检测，查明女儿墙损伤原因［2］。

2.1 混凝土强度检测

根据女儿墙现场实际情况，混凝土强度检测选用回弹钻芯修正法，在女儿墙四周不同位置钻取8个直径为 100 mm 的芯样，压力试验机上对加工后的芯样进行抗压强度实验，如图 6、图 7 所示。

图6 芯样抗压强度实验

图7 芯样抗压强度实验

通过压力机试验得到的芯样试件抗压强度平均值与芯样测区的换算强度平均值的差值对回弹的换算强度进行修正，得到最终的混凝土抗压强度推定值。计算公式见式（1）、式（2）。

芯样抗压强度检测结果及修正量如表 1 所示，混凝土检验批强度检测结果如表 2 所示。

表1 芯样抗压强度检测结果及修正量 MPa

表2 混凝土检验批强度检测结果 MPa

检测结果表明，女儿墙混凝土强度推定区间为 26.9～28.5 MPa，混凝土强度实测值满足设计强度等级 C25 的要求。由此排除混凝土强度不足的原因。

2.2 钢筋配置检测

根据设计图纸，女儿墙水平钢筋及竖向钢筋均采用直径为 10 mm，间距为 150 mm 的 HPB300 级钢筋，女儿墙下部暗梁纵向钢筋直径采用直径为 14 mm 的 HRB335 及钢筋。根据现场实际情况，在女儿墙墙段中选择 8 处墙段，对女儿墙水平钢筋间距及竖向钢筋竖向进行检测，检测结果如表 3 所示；选择 3 处女儿墙墙段进行局部开剖，对女儿墙竖向钢筋、水平钢筋及下部暗梁纵向钢筋直径进行检测，钢筋直径检测结果如表 4 所示。

表3 水平钢筋及竖向钢筋检测结果 mm

表4 水平钢筋及竖向钢筋检测结果 mm

检测结构表明，女儿墙墙段水平钢筋间距及竖向钢筋间距符合 GB 50204-2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》［3］关于钢筋间距允许偏差的规定；女儿墙墙段竖向钢筋直径、水平钢筋直径及下部暗梁纵向钢筋直径均符合设计要求。

2.3 女儿墙变形观测

2.3.1 侧向弯曲（挠度）

检测人员对女儿墙侧向弯曲进行了观测，观测示意图如图 8 所示，观测结果表明：三面女儿墙不同程度均存在侧向弯曲，其中 B×13～18 轴线女儿墙最大侧向弯曲出现在靠 13 轴线端部，位移为 118 mm；18×B～J 轴线女儿墙最大侧向弯曲出现在靠J 轴线端部，位移为 92 mm；K×12～17 轴线女儿墙最大侧向弯曲出现在该段女儿墙靠中部位置，位移为 93 mm。女儿墙平面外侧向弯曲不符合 GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》（2015 年版）［4］中受弯构件挠度限值的规定。

图8 侧向弯曲（挠度）观测示意图

2.3.2 女儿墙竖向倾斜观测

检测人员对女儿墙竖向倾斜进行了观测，观测结果如表 5 所示，检测结果表明：轴线 B×13～18 女儿墙侧向弯曲最大部位倾斜值为 44 mm；轴线 18×B～J 女儿墙侧向弯曲最大部位倾斜值为 28 mm（斜率）；轴线 J×12～17 女儿墙侧向弯曲最大部位倾斜值为 64 mm。女儿墙端部倾斜不满足 GB 50292-2015《民用建筑可靠性鉴定标准》［5］关于倾斜限值的要求。

表5 竖向倾斜观测结果 mm

2.4 裂缝检测

经现场检测，女儿墙出现多条裂缝，其中大部分出现在轴线 18×B、13×B、17×J、18×H 拐角处及侧向弯曲较大的部位，裂缝宽度最大为 10 mm（见图 9 及图 10）。女儿墙与混凝土立柱交接处均存在裂缝，裂缝上宽下窄，最大裂缝宽度为 4.0 mm（见图 11）。

图9 轴线 18×H拐角处裂缝

图10 轴线 17×J拐角处裂缝

图11 轴线 13×B 处女儿墙与立柱交接处裂缝

2.5 其他检测

现场检测时，女儿墙内侧的混凝土立柱随墙体发生倾斜，女儿墙与混凝土立柱连接处均产生裂缝，检测人员随即对连接处进行开剖检测（见图 12），检测结果表明：混凝土立柱钢筋骨架与女儿墙钢架骨之间无任何拉结或连接，混凝土立柱对女儿墙未起到侧向支撑的作用。

图12 女儿墙与立柱连接处开剖检测

3 承载力计算分析

根据该大厦女儿墙设计图纸、装饰工程竣工图及现场实际情况，对女儿墙承载力进行验算。

计算原则：女儿墙与内侧立柱未能形成有效拉结，不能对女儿墙起到侧向支撑作用。

计算荷载：恒荷载根据设计图纸及现场实际情况采用，活荷载根据 GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》［6］相关规定采用。

3.1 受弯正截面承载力验算

根据受力分析，受弯正截面承载力最不利位置在轴线 J×12～17 及 12×C～J 承载女儿墙的悬挑板根部位置（见图 2），取单位宽度悬挑板为计算单元进行验算，验算结果如表 6 所示。

表6 受弯正截面承载力计算结果

3.2 受扭正截面承载力验算

根据受力分析，受扭正截面承载力最不利位置在轴线 B×13～18 及 18×B～J 女儿墙下部暗梁位置（见图 3），验算结果如表 7 所示。

表7 暗梁受扭正截面承载力计算结果

4 女儿墙受损原因分析

上述检测结构表明，该大厦女儿墙受损存在多方面的原因。首先女儿墙承受的自重及外荷载较大，尤其是外挂石材幕墙，使女儿墙根部悬挑板承受较大的作用效应，导致女儿墙承载力不足是女儿墙损伤的直接原因；其次原设计中对女儿墙起到侧向支撑作用的混凝土立柱，与女儿墙未能形成有效拉结，内侧立柱未能发挥有效的支撑和固定作用，也是导致女儿墙损伤的主要原因。

5 改造设计方案

由于上述分析结论可知，该大厦女儿墙受损严重，外倾明显，局部开裂严重，严重影响整体承载，同时考虑到该屋面为上人屋面，因此建议拆除受损的女儿墙后重新修建女儿墙。

原设计中屋面外侧框架梁与框架柱内侧齐平（见图 2、图 3），按照力的一般传递路径，新建女儿墙应沿屋面层外侧框架梁顶部进行设置，但考虑到屋面设备安装等实际情况，最终还在选择原拆除部位重新修建女儿墙。为尽可能减小女儿墙荷载，新增女儿墙应采用轻质材料砌筑。

因屋面女儿墙兼顾建筑方面如屋面防水等的要求，选择配筋砌块砌体作为主体砌筑女儿墙，同时在悬挑板底部设置钢支撑进行补强，以保证悬挑板的承载安全。加固简图如图 13 及图 14 所示。

图13 平面图

图14 剖面图

6 结论

基于上述某大厦女儿墙损伤后现场检测、原因分析及改造设计方案，可以得出如下结论。

1）女儿墙设计在满足结构及建筑安全使用的前提要求下，应力求设计简单经济，不应特殊建筑造型忽略可能存在的结构安全性。

2）建筑物立面装饰应选择轻质高强的材料，避免装饰材料自重过大引起建筑结构安全隐患。

3）建筑物女儿墙应做定期检查和维护，发现隐患，及时处理，降低女儿墙发生事故的概率。Q