許曙光，劉小根，王文歡

（1、廣州安德信幕墻有限公司 廣州 510400；2、中國國檢測試控股集團(tuán)股份有限公司 北京 100024）

0 引言

我國是建筑幕墻最多的國家，作為建筑幕墻主要結(jié)構(gòu)形式之一，石材幕墻正被大量建筑應(yīng)用于外圍護(hù)結(jié)構(gòu)中。目前，石材幕墻主要采用干掛結(jié)構(gòu)形式（干掛式石材幕墻），具體包括插銷式石材幕墻、開槽式石材幕墻及背栓式石材幕墻等［1-2］。隨著干掛石材幕墻的應(yīng)用量增多及服役年限的增加，同時疊加部分石材幕墻施工存在缺陷，導(dǎo)致石材面板整體墜落事故時有發(fā)生，給人民生命及財產(chǎn)安全帶來極大隱患。因此，石材幕墻安全評估時，有必要事先檢測并排查有墜落風(fēng)險的石材面板，從而將安全事故防患于未燃。

干掛式石材幕墻主要通過在石材面板的背部或邊部開槽或打孔，采用掛件支承固定石材面板。掛件承擔(dān)著石材面板重量及風(fēng)、振動等外部載荷作用，一旦掛件與石材面板之間掛接部位松動或脫掛，則石材面板就會存在較大的墜落風(fēng)險，掛件（栓件）脫掛是導(dǎo)致石材幕墻面板整體墜落的根本原因［3-6］。通過對大量既有石材幕墻進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)石材掛件嚴(yán)重銹蝕并失去支承能力或完全脫掛現(xiàn)象較為普遍，如圖1所示。由于掛件均隱含在石材面板的背后，在室外面觀察幕墻表觀，無法直接察覺掛件是否出現(xiàn)脫掛或松動現(xiàn)象。目前，常規(guī)的檢測方法是將部分石材面板拆卸下來，通過肉眼觀察石材面板背部掛接情況。但該種方法只適合于局部抽樣檢測，無法進(jìn)行全部檢測，且檢測為有損檢測，部分地方石材面板拆卸異常困難，費時費力，因此，發(fā)展石材幕墻安全無損檢測方法，成為業(yè)內(nèi)目前重點關(guān)注內(nèi)容之一［7-10］。

圖1 典型石材幕墻掛件失效Fig.1 Typical Stone Curtain Wall Pendant Failure

為實現(xiàn)石材幕墻安全評估無損檢測，王永煥等人［11-12］均提出了通過測量石材面板的一階固有頻率來確定其脫落風(fēng)險。其原理是隨著支承件的支承松動，石材面板的固有頻率通常會呈下降趨勢。但因石材面板的固有頻率受影響因素較多，難以建立石材面板脫落風(fēng)險程度與其固有頻率值之間的定量關(guān)系。本文提出通過檢測干掛石材掛接處的振動參數(shù)幅值，并通過相對比較，以期望識別背部的掛件是否與石材面板之間存在脫掛現(xiàn)象，為石材幕墻安全檢測提供一種新的無損檢測技術(shù)途徑。

1 試驗設(shè)計

1.1 樣品制備

采用花崗巖作為石材面板，長寬尺寸為800 mm×600 mm，厚度為30 mm。在石材面板的上、下短邊側(cè)邊分別開兩個槽用于與掛件連接，槽口離石材面板側(cè)邊距離為50 mm。掛件一端通過螺栓與支承型材連接，另一端嵌入石材面板槽內(nèi)，并在其空隙處充填云石膠固定，其支承連接示意圖如圖2所示。

圖2 石材面板樣品支承連接結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic Diagram of Support Connection Structure for Stone Panel Samples

1.2 試驗設(shè)備

采用INV9822 型加速度傳感器拾振，采用INV3062T0 型信號采集分析儀和DASP V10 精選版分析系統(tǒng)（含信號示波、采集、波形圖時域分析等）進(jìn)行振動加速度信號處理，通過以上設(shè)備獲得石材面板各測點的振動加速度振幅變化歷程曲線。

1.3 振動加速度幅值測量

對石材面板的4 個掛點進(jìn)行編號，分別為1#、2#、3#、4#，如圖3 所示。在每個掛點的對應(yīng)部位石材面板外表面（立面外面）處粘貼加速度傳感器，加速度傳感器與信號采集分析儀連接（含4個通道）。采用橡膠錘瞬態(tài)激勵石材面板外表面的板中心部位（需保證激勵點與各加速度測點距離相同），加速度傳感器獲得各測點的振動加速度信號，通過信號采集分析儀處理后，得到的各測點典型振動加速度振幅變化歷程曲線示意圖如圖4所示。通過讀取圖4中最大振動加速度幅值A(chǔ)1和A2，并按式⑴計算A值作為各測點的最終結(jié)果值。

圖3 振動加速度幅值測點布置示意圖Fig.3 Layout Diagram of Vibration Acceleration Amplitude Measurement Points

圖4 瞬態(tài)激勵各測點典型振動加速度振幅變化歷程曲線示意圖Fig.4 Schematic Diagram of the Variation History Curve of Typical Vibration Acceleration Amplitude at Various of Measurement Points under Transient Excitation

2 結(jié)果與討論

2.1 掛件脫掛對振動加速度幅值影響

因為任一在立面上的石材幕墻面板至少會有一個掛點處于掛接牢固狀態(tài)（不存在4 個掛點均脫掛現(xiàn)象，否則石材面板會掉落）。本次分四種工況進(jìn)行試驗：①4 個掛點掛接均緊固；②1#掛點完全脫掛，其余掛點掛接緊固；③1#、2#掛點完全脫掛，其余掛點掛接緊固；1#、2#、3#掛點完全脫掛，4#掛點掛接緊固。對上述工況，采用人為破壞方式，故意讓需要脫掛的掛點處的掛件完全與石材面板脫掛。按圖3示意圖布放加速度傳感器并進(jìn)行激振，得到的不同工況下各測點處石材面板的振動加速度幅值A(chǔ)如表1 所示。圖5 為1#掛點完全脫掛，其余掛點掛接緊固對應(yīng)的4 個掛點的振動加速度振幅變化歷程曲線。

表1 不同工況下各測點處的振動加速度幅值Tab.1 Vibration Acceleration Amplitude at Each Measurement Points under Different Working Conditions

圖5 1#測點完全脫掛，其余測點掛接緊固對應(yīng)的4個測點的振動加速度振幅變化歷程曲線Fig.5 Vibration Acceleration Amplitude Variation Curve of 4 Measuring Points Corresponding to the complete Detachment of 1# Hanging Point and the Fastening of Other Hanging Points

理論上來說，各掛點處測量得到的振動加速度幅值越大，說明掛件對該掛點處的約束力（或支承力）越小。由表1試驗結(jié)果可以看出，無論哪個掛件脫掛，其脫掛后該點處的振動加速度幅值比脫掛前均發(fā)生明顯的增大，如1#掛點脫掛時，其振動加速幅值比未脫掛前增大了101.2%，1#、2#掛點脫掛時，其振動加速幅值比未脫掛前分別增大了108.5%和77.6%；1#、2#、3#掛點脫掛時，其振動加速幅值比未脫掛前分別增大了111.1%、82.1%和71.9%。以上測試數(shù)據(jù)表明，振動加速度幅值變化對掛件脫掛較為敏感。

進(jìn)一步對比不同工況下4個測點的振動加速度幅值最大相對偏差值，可以看出，當(dāng)4個掛點掛接均緊固時，加速度幅值最大位于2#掛點處，最小位于4#掛點處，其最大偏差為12.24%，這種偏差主要來源于安裝導(dǎo)致的各掛點受掛接力不均導(dǎo)致的（不可避免），且下面2 個掛點的振動加速度幅值要小些，這主要是這兩個掛點承擔(dān)了更多石材面板的自重，而導(dǎo)致其掛接力更大所致。當(dāng)1#測點出現(xiàn)脫掛時，4 個掛接點的最大相對偏差增大至136.5%，當(dāng)1#、2#測點出現(xiàn)脫掛時，其最大相對偏差增大至153.1%，當(dāng)1#、2#、3#測點出現(xiàn)脫掛時，其最大相對偏差增大至203.0%。顯然，任一或多個掛件脫掛后，同一片石材面板的各掛點處的振動加速度幅值偏差明顯增大，并遠(yuǎn)大于因安裝不均導(dǎo)致的偏差值。

2.2 基于振動加速度幅值變化的石材幕墻脫掛識別

石材幕墻面板任一掛件脫掛，均可增大該塊石材面板脫落風(fēng)險。由上節(jié)試驗結(jié)果可知，在相同測試條件下，只要測量石材面板各個掛接處的振動加速度幅值，并進(jìn)行相對比較，即可識別出被測掛點是否存在脫掛。實際檢測過程中，可按如下程序進(jìn)行檢測識別：首先，根據(jù)獲得的4 個掛接點處（如有6 個或超過6個，也需對每個掛點都測量）石材面板的加速度振動波形圖，分別讀出振動加速度信號最大幅值A(chǔ)1、A2、A3、A4，選擇該4個值中的一個最小值（一般認(rèn)為最小值處對應(yīng)的掛點掛接是牢固的），并與其余3 個值進(jìn)行比較，計算偏差值（其余3個值中任一值減最小值后除最小值得到的百分比）。一般認(rèn)為，當(dāng)各掛點的所有偏差值均小于20%以內(nèi)（可由安裝不均勻?qū)е碌模瑒t可判斷該4個掛點均未脫掛或松動。當(dāng)任一個或多個掛點處的偏差值大于50%時，則可判斷該對應(yīng)處的掛點處可能存在完全脫掛現(xiàn)象。當(dāng)掛點處的偏差值處于以上兩值之間時，一般認(rèn)為該對應(yīng)掛點處存在掛接松動可能（處于完全脫掛和掛接緊固之間）。通過以上簡單對比，可以快速識別出石材面板可能存在脫掛的部位，并根據(jù)脫掛點數(shù)量，提出該石材面板的安全維護(hù)方案。由于以上檢測均可在立面或吊頂石材的外部測量，不需拆卸石材，是一種較為便捷的無損檢測方法，且該方法不局限于任一特定石材面板掛接形式，具有普適性。

3 結(jié)語

因石材面板的支承掛件均隱蔽于石材板塊后方，無法直接通過表觀察覺其支承狀態(tài)。現(xiàn)場拆除抽樣或采用內(nèi)窺鏡抽樣檢測，以點帶面，無法全部檢測出整個石材幕墻墜落風(fēng)險部位或支承薄弱部位。本文通過試驗，驗證了掛點處的支承松動或完全脫掛會導(dǎo)致該處石材面板的振動加速度幅值明顯增大。因此，通過制定標(biāo)準(zhǔn)化檢測程序，該方法具備實現(xiàn)對石材幕墻安全隱患無損全檢的能力。如發(fā)現(xiàn)掛件完全脫掛的石材面板，應(yīng)通過更換或加固等措施進(jìn)行安全維護(hù)，以實現(xiàn)降低或杜絕石材幕墻面板整體墜落帶來的城市公共安全隱患。