既有大型公共建筑吊杆式玻璃幕墙结构安全检查要点探析——以首都机场三号航站楼为例

既有大型公共建筑吊杆式玻璃幕墙结构安全检查要点探析——以首都机场三号航站楼为例

张耕

北京首都国际机场股份有限公司北京101121

摘要：在我国，玻璃幕墙作为新兴建筑外围护结构正得到越来越广泛的应用，尤其是在大型公共建筑上应用极其广泛。近些年，许多大型公共建筑采用了“横梁－吊杆”体系的吊杆式玻璃幕墙结构，这种幕墙形式是一种较新颖、较特殊的幕墙形式，国内首次大面积使用是在首都机场三号航站楼。但随着这种幕墙结构形式的大规模应用，很多安全问题逐渐暴露出来。

目前，由于我国对大型公共建筑的玻璃幕墙没有强制性的检测要求，加之一些业主方缺乏幕墙维保意识，很多使用时间较长的幕墙会存在较大的安全隐患。尤其是大型公共建筑属于人流密集场所，玻璃幕墙的结构安全性更加不容小觑。如何对既有大型公共建筑吊杆式玻璃幕墙的结构安全进行检查就显得尤为重要。

本文以首都机场三号航站楼为例，通过对“横梁－吊杆”体系的玻璃幕墙进行分析，阐述了对既有大型公共建筑吊杆式玻璃幕墙进行结构安全检查的重要意义；给出了基本检查的主要项目、检查方法、检查工具、处理方法等；针对吊杆式玻璃幕墙的受力特点，提出了重点检查部位、检查方法、注意事项等。为既有大型公共建筑吊杆式玻璃幕墙的结构安全检查提供了较为实用的参考方法。

关键词：大型公共建筑；吊杆式玻璃幕墙；结构安全检查

1玻璃幕墙概述

1.1玻璃幕墙的定义

建筑幕墙（buildingcurtainwall）是指由支承结构体系与面板组成的、可相对主体结构有一定位移能力、不分担主体结构所受作用的建筑外围护结构或装饰性结构。

玻璃幕墙（glasscurtainwall）是指面板材料为玻璃的建筑幕墙。玻璃幕墙的墙体主要有单层和双层玻璃两种。玻璃幕墙是一种美观新颖的建筑墙体装饰方法，在现代建筑中被广泛使用。

1.2玻璃幕墙的分类

1.2.1按外观效果划分

（1）隐框玻璃幕墙：金属框架的构件完全不显露于面板外表面的框支承玻璃幕墙。

（2）半隐框玻璃幕墙：金属框架的竖向或横向构件显露于面板外表面的框支承玻璃幕墙。

（3）明框玻璃幕墙：金属框架的构件显露于面板外表面的框支承玻璃幕墙。

（4）点式玻璃幕墙：玻璃面板、点支撑装置和支撑结构构成的玻璃幕墙。

1.2.2按幕墙安装方式划分

（1）单元式玻璃幕墙：是指由各种墙面板与支承框架在工厂制成完整的幕墙结构基本单位，直接安装在主体结构上的建筑幕墙。

（2）构件式玻璃幕墙：指在工厂制作的是一根根元件（立柱、横梁）和一块块玻璃（组件），再运往工地将立柱用连接件安装在主体结构上，再在立柱上安装横梁，形成幕墙框格后安装固定玻璃（组件）。

2首都机场三号航站楼玻璃幕墙分析

2.1概况

首都机场三号航站楼建筑面积约90万平方米，幕墙总面积约为33万平方米，是当时世界上最大型的幕墙工程。建筑设计单位为北京建筑设计研究院＋NFA联合体。

首都机场三号航站楼的主玻璃幕系统（EWS-1系统）采用“横梁－吊杆”体系，是国内首次大面积使用的特殊幕墙形式。该体系最大的特点是结构构件间距大，整个幕墙极为简洁明快，保证了人们开阔的视野。该体系是由竖向钢桁架及上下钢横梁组成的大空间刚性平面，钢桁架间距为13.856m，在钢桁架之间安装大跨度铝横梁，横梁中间每隔3.464m安装竖向高强不锈钢吊杆，在铝横梁与吊杆形成的分格里安装玻璃。

首都机场三号航站楼外立面玻璃幕墙，玻璃尺寸约为3.5m×2.3m，每隔四块玻璃设有一榀三管组合钢桁架，桁架之间不设立柱，也就是说玻璃的短边（垂直边）是自由边。垂直立面玻璃配置为12+12A+12mmLOW-E；倾斜立面玻璃配置为10+1.52PVB+10+12A+12mmLOW-E，向室外倾斜15度。幕墙的落地板块玻璃分格为2.3米高，这使得旅客在水平视线望向窗外，既看不到玻璃上反射的影像，也不会出现水平分格线，视野开阔清晰。

玻璃竖缝里的构造，有一根不锈钢拉杆，这个不锈钢拉杆是设计用来承受玻璃和横梁自重的构件。风荷载首先由外置的铝合金横梁承受，然后传递给钢桁架，最后传给主体。

2.2对既有大型公建玻璃幕墙进行安全检查的意义

大型公共建筑往往为人员密集场所，人员流动量大，对玻璃幕墙系统的正常使用要求很高。首都机场三号航站楼所采用的这种“横梁－吊杆”体系的拉杆式玻璃幕墙结构新颖，面板及受力结构尺寸较大，通过必要的安全检查，能够及时排查出安全隐患、掌握记录各部件运行情况，对人员安全、正常使用起着尤为重要的作用。

检查的主要意义有：

（1）保证幕墙受力结构的完整和安全，及时排查出受力部件（龙骨、埋件、连接件、结构胶等）因锈蚀、松动、变形、老化出现的安全隐患，并及时进行维修保养，将隐患扼杀在萌芽之中；

（2）最大限度地保证玻璃的完整及安全，防止因突然爆裂掉落砸物伤人。大型公共建筑为人员密集场所，而玻璃为易碎品，且局部玻璃幕墙为斜面，在主结构受力不均匀、温差过大、自身杂质含量较高、密封胶老化的情况下都有可能发生爆裂掉落，发生危险；通过安全检查能及时发现上述隐患并进行处理，避免安全事故的发生。

（3）保证良好的密封性。通过检查掌握密封胶和密封胶条老化变形的情况，及时对老化变形的密封胶及密封胶条进行更换维修，保证密封性，防止因漏风、漏水对保温及结构、室内物品造成的损伤和侵蚀。

（4）排水系统通畅。对幕墙排水系统进行定期检查，出现堵塞物及时清理，避免因堵塞出现的漏水，防止因此造成的经济损失及不良影响。

（5）保证开启系统的正常使用。因开启扇、地弹门使用频繁，五金件及主体易发生疲劳损伤，出现变形或损坏，无法正常使用并发生漏风漏雨等现象，通过检查，对易损坏的部件及时进行更换，保证其正常使用。

3拉杆式玻璃幕墙的结构安全检查

3.1基本检查

3.1.1幕墙受力结构的检查

包括幕墙受力钢结构、拉杆、横梁、立柱、连接件、连接螺栓等。

3.1.2玻璃面板的检查

通过目测，对玻璃面板进行检查，检查是否有自爆、破损等现象，应力斑是否明显。如发现异常，及时进行更换。此外，对百叶、铝板等进行目测检查。

3.1.3密封胶、密封胶条的检查

通过目测法、手摁法。对密封胶、密封胶条进行检查，检查是否存在老化、龟裂等现象。如发现异常及时进行补胶、更换。

3.1.4排水系统的检查

通过目测法、冲洗法。对排水沟、排水槽、排水管进行检查，检查是否有杂物、是否有堵塞。如发现异常及时清理。

3.2重点部位的检查

3.2.1幕墙不锈钢拉杆螺栓

“横梁－吊杆”体系玻璃幕墙的不锈钢拉杆犹如框架式幕墙的主龙骨，起到主要受力作用，不锈钢拉杆螺丝松动、失效直接关系到结构安全，对不锈钢拉杆进行检查至关重要。主要对不锈钢拉杆顶部进行检查，顶部为主要受力位置，检查方法为工人使用扳手挨个拧紧不锈钢拉杆螺帽，使其达到完全受力状态即可。

3.2.2幕墙铝合金承重横梁

3.2.2.1铝合金承重横梁结构原理

每一竖向分格拉杆，上端均固定在三角桁架上端的水平钢横梁上，每两个横梁间的拉杆通过套筒连接，下端固定在三角桁架下端得水平横梁上，中间与横梁相接处采用大垫片和螺母把横梁托住，承担横梁垂直向下的荷载。

3.2.2.2铝合金承重横梁检查原理

拉杆与横梁的连接是采用在横梁底部通过大垫片和螺母托撑的方式，上面没有固定，当上部拉杆断裂后，下部拉杆均会失去作用，因此只要测量最下面的两根横梁的挠度，即可测得该列拉杆是否断裂。经计算，当一根拉杆断裂后，顶部衡量挠度为70mm，9.375米标高处拉杆下降为30mm，当9.375米标高处拉杆测量值下降大于30mm时，需打开密封胶条进行复测。

3.2.2.2铝合金承重横梁检查方法

a、将测量辅助工具（下部带刻度尺）挂到横梁上；

b、打开水平投线仪，将水平投线仪投影到刻度尺上，读取并记录数据；

c、依次测量如图所示1、2、3、4四点数据，其中2、3点为拉杆处，1、4点为横梁与三角桁架连接处；（具体测点及示意图见图1、图2）

d、对测量数据进行对比分析，计算出2、3点和1、4点的水平高度差值；

图2测点位置示意图

3.2.3底层幕墙玻璃上下沿

底层幕墙玻璃为三层玻璃（即夹胶中空玻璃），玻璃周圈侧边沿的真空密封铝条宽度为2公分左右。检查时应特别注意玻璃上沿和下沿真空密封铝条的位置及宽度，玻璃在与幕墙支架固定时应该全部贴在框架上，如铝条外漏则代表玻璃固定宽度减少。发现此问题应马上记录现场位置，同时检查附近的地面结构有无明显变化。

3.2.4底层幕墙玻璃与装饰条交接位置密封条部位

对内侧幕墙玻璃密封条连接检查：检查时站在二层地面，向上目测玻璃之间密封条的部位，检查有无移位、脱落等现象。

对外侧幕墙玻璃下侧密封条检查：检查时站在二层地面，向下目测玻璃下沿玻璃外侧的密封条检查有无移位、脱落等现象。

3.2.5幕墙底层向上部位玻璃与装饰条交接位置

因该部位较高，可利用望远镜目测检查玻璃之间的竖向密封条和伸缩缝位置的密封条，检查有无脱落、移位等现象。对发现有问题的密封条进行及时处理。

3.2.6幕墙外侧玻璃与外沿装饰条交接位置的密封条

在幕墙外侧观察玻璃之间的密封条，检查有无脱落、移位等现象。对发现有问题的密封条进行及时处理。

3.2.7幕墙分格尺寸变动检查

首都机场三号航站楼外幕墙立面形式主要分为两种：一种是向外倾斜立面幕墙，另一种是垂直立面幕墙。外倾斜立面幕墙的玻璃重心均在玻璃上口横梁上，检查时应作为重点检查对象。

（1）外倾斜立面幕墙水平分格尺寸分为3种：二层第一排玻璃（楼层处人群可接触到的玻璃）上下铝合金横梁净空尺寸为2275mm，第二排至第四排上下铝合金横梁净空均尺寸为1730mm，最上端的一排上下铝合金横梁净空尺寸为1952mm。

（2）垂直立面幕墙二层第一排玻璃（楼层处人群可接触到的玻璃）上下铝合金横梁净空尺寸为2220mm，第二排至第七排上下铝合金横梁净空尺寸均为1675mm，最上端的一排上下铝合金横梁净尺寸空为1736mm。

（3）幕墙玻璃设计上下口入槽深度尺寸为21mm，因此幕墙上下铝合金横梁净空均尺寸按理论尺寸变动尺寸不得大于15mm。以倾斜立面幕墙二层第一排玻璃为例，上下铝合金横梁净空尺寸为2275mm，如果实地测量尺寸为2290mm。以此可推断出以下两种结论：①不均匀入槽，如下口入槽垫块按照理论进行垫铺，那么玻璃上口入槽深度应仅有6mm；②上下口均匀入槽尺寸13mm。

因此在检查时遇上此类尺寸时应加以注意，并应做表记录标记为有危险隐患玻璃。

3.2.8拉杆、横梁

拉杆、横梁作为主受力结构，犹如建筑中的柱子，其重要性不言而喻。一旦发生松动或脱落、断裂，其后果不堪设想。

检查措施：

（1）重点检查上下端连接处，保证源头安全。上下端均为螺栓连接，用扳手仔细逐一进行加固，确保每一处都可靠牢固。

（2）检测横梁的位移作为参考。如果拉杆发生位移、脱落或断裂，则横梁必然出现较大的位移，通过水平仪测量横梁是否在一条直线上，当两端出现较大高差时，应及时进行检修。

3.2.9插销

铝横梁插销在拉杆式幕墙中作为铝横梁串联的主要构建，起到横梁水平承重的稳定性，犹如扁担一样，如一头脱离将造成局部幕墙横梁下垂，玻璃面板脱落的险情；

检查措施：

在铝横梁插销两端使用记号笔做上标记，在日常巡检中使用望远镜观测标记是否有移位现象，提前发现险情。如有移位现象应派人采用机械螺丝进行加固定位。

3.2.10伸缩缝

伸缩缝处极易发生位移，如果超过其设计值，则可能损坏幕墙的结构，发生安全事故，对伸缩缝的检查尤为重要。

检查措施：在伸缩缝两侧各设一条监控线，密切关注监控线的相对位移，如果超过设计值，应立即进行处理。

4结束语

作为一种新型的现代建筑装饰技术，玻璃幕墙将建筑外围护墙的防风、防雨、保温、隔热、防噪音等使用功能与建筑装饰功能有机地融为一体，而且具有自重轻、易维护等优点。从20世纪80年代以来，玻璃幕墙作为新兴建筑外围护结构在我国得到越来越广泛的应用。

尤其是近些年，在许多大型公共建筑种采用了“横梁－吊杆”体系的吊杆式玻璃幕墙结构，这种幕墙形式是一种较新颖、较特殊的幕墙形式，首都机场三号航站楼是国内首次大面积使用这种类型幕墙的典型案例。

作为人员密集场所的大型公共建筑，玻璃幕墙的结构安全性更加不容小觑。如何对既有大型公共建筑吊杆式玻璃幕墙的结构安全进行检查就显得尤为重要。本文以首都机场三号航站楼为例，通过对“横梁－吊杆”体系的玻璃幕墙进行分析，阐述了对既有大型公共建筑吊杆式玻璃幕墙进行结构安全检查的重要意义；给出了基本检查的主要项目、检查方法、检查工具、处理方法等；针对吊杆式玻璃幕墙的受力特点，提出了重点检查部位、检查方法、注意事项等。为既有大型公共建筑吊杆式玻璃幕墙的结构安全检查提供了较为实用的参考方法

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