单元式幕墙板块在强台风中整体坠落案例分析

常银昌，汪四新

（深圳市建筑科学研究院股份有限公司，广东 深圳 518049）

0 引言

单元式幕墙因其工业化生产，现场装配化施工，减少现场人工作业量，施工速度快，质量更有保证等优点而广泛应用于高层特别是超高层建筑外围护结构中，单元式幕墙是指由面板与支承框架在工厂制成的不小于一个楼层高度的幕墙结构基本单位（俗称单元板块），直接通过连接节点安装在主体结构上组合而成的框支承建筑幕墙。

在幕墙质量检验中，大家重点关注幕墙预埋件、主次龙骨及玻璃面板等主要材料的质量，而幕墙各构件的连接质量检验内容较少且笼统，特别是关于单元式幕墙的连接内容更少［1］；近几年幕墙排查、检测鉴定及幕墙事故调查发现，幕墙构件之间的连接失效是影响幕墙安全最主要的问题。本文以某大厦单元式幕墙板块在强台风中被整体吹落的事故为例，对单元板块坠落原因进行分析，总结和探讨单元式幕墙支座设计及施工中应关注的技术等问题。

1 工程概况

某大厦位于市中心区域，建筑层数为 34 层，高度约 159 m，主体结构形式为框架-核心筒结构，外围护结构为单元式玻璃幕墙。2018 年 9 月 16 日，台风“山竹”来袭时，该大厦 21 层、22 层共计 8 个幕墙单元板块发生整体坠落，图1 为幕墙板块坠落过程视频截图及坠落后的照片。

图1 幕墙板块坠落照片

2 坠落机理分析

现场调查发现，坠落的板块均在单元式幕墙板块支座节点处整体脱开。该支座节点构造由固定在单元幕墙板块上的铝合金挂件、固定在主体结构上的 L 形铝合金挂座 2 及固定在挂座 2 上的铝合金挂座 1 组成，如图2 所示。挂件与挂座 1 均开设有槽口，通过槽口处挂接形成挂钩式连接。连接后槽口可限制板块在水平方向的活动，并把板块荷载传递至主体结构。现场调查发现，坠落的幕墙板块均由槽口处脱开，且部分邻近坠落区的节点挂件也已经从挂座槽口中脱出，有随时坠落的危险，如图3 所示。

图2 幕墙节点

图3 坠落位置节点

正常情况下，幕墙板块在自重及上下板块相互挤压下，不易从槽口处脱落。通过对坠落的挂件仔细检查，发现部分挂件的调节螺栓调节深度较大，使挂件槽口可搭接长度大大减少，如图4 所示。因此怀疑节点搭接存在缺陷。

图4 坠落板块挂件细部

为验证掉落原因，对节点挂钩进行了扩大检测。如图5 所示，挂座槽设置有 45°的坡口，当挂件位于该坡口处时，幕墙板块在水平风荷载作用下存在滑出的风险，因此检测时把挂件相互咬合长度减去坡口高度称为“有效搭接长度”。由于规范及图纸未对有效搭接长度进行限制，经与幕墙设计等相关单位沟通，把有效搭接长度≥8 mm 作为满足要求的依据。

图5 挂钩有效搭接长度示意图

由于大厦已经投入使用，为降低影响，先以抽样检测的方式进行了扩大检测。通过抽样发现，该大厦 15 层及以下楼层挂座 1 为钢制挂座，挂座开槽深度约 50 mm，挂钩有效搭接长度基本都在 30 mm 以上，有效搭接量均能满足要求。16 层及以上楼层挂座 1 均为铝合金材质，挂座开槽深度约 24 mm，部分挂钩有效搭接长度不能满足要求，甚至为负值，存在安全隐患。为保障幕墙安全性，决定对 16 层及以上楼层节点进行全数检测，检测结果如表1 所示。

表1 挂钩有效搭接长度检测结果

检测结果显示，有效搭接长度不满足要求的板块比例高达 76.7 %，远超预期。

海恩法则指出：每一起严重事故的背后，必然有 29 次轻微事故和 300 起未遂先兆以及 1 000 起事故隐患。本项目幕墙板块掉落事件显然为严重事故。缺少挂件（钩）或挂件松动表明节点已经失效，幕墙板块可随时掉落。挂钩有效搭接长度≤-5 mm 表明挂件与挂座已经完全不存在咬合关系，幕墙板块仅靠板块间的摩擦力抵御风荷载，风险非常高，且有的挂件已经从槽口中脱出，如图6 所示，幕墙板块也可随时掉落，如果把每一块可随时会掉落的幕墙板块视为一次轻微事故的话，本项目共存在 80 次轻微事故，比海恩法则的 29 次略高，但在一个数量级。挂钩有效搭接长度在（-5，0］mm 区间时，表明挂件位于挂座坡口处，幕墙板块在风荷载作用下存在向上向外滑脱的危险，可视为未遂先兆，那么本项目共存在 317 起未遂先兆，与海恩法则的 300 起未遂先兆几乎相等。挂钩有效搭接长度在（0，8）mm 区间，表明搭接不符合要求，可被视为事故隐患，那么本项目共存在 1 386 起事故隐患，也与海恩法则的 1 000 起事故隐患非常接近。本项目的检测数据几乎是对海恩法则的完美验证。

图6 部分挂件已脱出槽口

该项目转角处节点与大面处节点构造不同，转角处节点为钢质挂件，挂件槽口深度较大，搭接量应基本没问题，但转角处节点却出现了较多的缺少挂件（钩）或挂件松动等质量问题，如表1 及图7 所示。另外在检测中发现支座节点还存在其他问题，如有的节点挂座 1 与挂座 2 间塞垫片导致咬合不稳，个别 T 形螺栓头角度不正确存在脱出的危险，如图8 所示。

图7 幕墙转角处节点质量问题

图8 幕墙节点其他质量问题

检查发现，该大厦幕墙节点存在大量质量问题，且部分风险较大，存在继续坠落的可能，可见该大厦幕墙板块在台风中坠落并非偶然。

3 问题探讨

1）规范问题。目前幕墙工程中常用的规范主要有GB/T 21086-2007《建筑幕墙》［2］、JGJ 102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》［3］和 JGJ/T 139-2001《玻璃幕墙工程质量检验标准》等。规范制定年代都比较久远，规范中关于单元式幕墙的规定较少，关于单元式幕墙支座节点的内容更少。建议在规范修订时考虑增加单元式幕墙支座节点的相关内容，例如对挂钩式连接的挂钩开槽深度、挂接后的有效搭接量等进行规定，建议挂接后采取防脱措施，并对挂接完毕后的检查验收等进行规定，保证工程质量。

2）幕墙图纸设计深度不足的问题。早期的幕墙图纸中仅能看到平面图、立面图、大样图及节点详图，没有型材模型图，导致立柱、横梁等重要构件的细部尺寸缺失，为后期幕墙检测鉴定计算带来不小的困难。目前很多幕墙图纸中增加了主要型材模型图，但次要构件经常会有疏漏，例如本项目图纸中缺少连接挂件的细部尺寸、搭接尺寸等，到了事故发生后的检测阶段设计单位才匆忙补充。这就表明在幕墙施工阶段无论是施工单位、监理单位或检测机构均无法对该节点搭接情况进行有效检测。建议幕墙设计图进一步深化，更清晰展现连接处细部构造，如支座连接件细部尺寸、开启扇五金件布置及构造等。

3）土建施工质量问题。本项目挂钩挂接不到位大多是由于预埋件位置偏差过大导致的。预埋件位置偏差过大是主体结构的施工质量问题，幕墙施工前应予以纠正，如果不采取补救措施，就会把主体结构施工质量问题带入到幕墙中，为幕墙安全带来隐患，成为幕墙施工质量问题。建议挂钩设计时适当考虑土建质量问题，增大挂钩设计深度。

4）单元板块的更换维修问题。单元式幕墙新建时安装方便、快捷，但由于单元板块是按固定顺序插接安装，安装后无法单块更换。本项目掉落了 8 块单元板，维修时无法采用填补单元板块的方式进行维修，只能重新设计，把该局部范围由单元式幕墙改为构件式幕墙，维修时间较长、成本较高。当前玻璃自爆频频发生，单元式幕墙更换自爆玻璃时往往只能采取现场打胶的方式进行更换，存在安全隐患。如果单元板块设计为可独立更换式，当出现玻璃自爆或局部损坏时，更换板块即可，维修快捷且安全可靠。

4 结语

本文以某大厦单元式幕墙板块在强台风中被整体吹落的事故为例，对单元板块坠落原因进行分析，结论显示幕墙节点质量问题是导致幕墙板块被整体吹落的主要原因。为了解造成该问题的深层次原因，本文从规范、图纸深度及土建施工质量等角度进行剖析，并提出了相应的建议。最后又结合该项目后续维修过程中发现的问题，对单元式幕墙设计提了一点建议。Q