單元式隱框玻璃幕墻性能試驗(yàn)研究★

馬洪旭 趙艷敏

(1.江河創(chuàng)建集團(tuán)股份有限公司，北京 101300； 2.北京京北職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 101400)

單元式隱框玻璃幕墻性能試驗(yàn)研究★

馬洪旭1趙艷敏2*

(1.江河創(chuàng)建集團(tuán)股份有限公司，北京 101300； 2.北京京北職業(yè)技術(shù)學(xué)院，北京 101400)

針對(duì)某超高層單元式隱框玻璃幕墻工程，采用1∶1比例的板塊建立試驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)其進(jìn)行氣密性、水密性、風(fēng)荷載和地震作用下的變形性能及安全性能試驗(yàn)，介紹了其氣密性，水密性，風(fēng)荷載及地震作用下的變形性能及安全性能試驗(yàn)方法和試驗(yàn)過(guò)程，并對(duì)單元式玻璃幕墻的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，給出了超高層建筑單元式玻璃幕墻的設(shè)計(jì)建議。

單元式玻璃幕墻，幕墻設(shè)計(jì)，等壓腔，試驗(yàn)

單元式玻璃幕墻是將玻璃面板、橫梁立柱在工廠組裝為幕墻單元，以幕墻單元形式在現(xiàn)場(chǎng)完成安裝施工的框支撐玻璃幕墻。單元式玻璃幕墻的工業(yè)化程度高、現(xiàn)場(chǎng)施工速度快，近年來(lái)在高層及超高層建筑中得到廣泛的應(yīng)用。構(gòu)件式隱框玻璃幕墻是支撐玻璃幕墻的框架完全不顯露在玻璃外部，并且在工廠采用結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)鋁合金副框和玻璃面板，現(xiàn)場(chǎng)安裝框架及玻璃的一種幕墻形式。其變形性能和安全性能對(duì)于建筑物的安全性、舒適性及外觀的裝飾美觀性能等都具有重要的影響。因此，必須對(duì)其進(jìn)行性能試驗(yàn)研究，從而對(duì)單元式玻璃幕墻的設(shè)計(jì)給出針對(duì)性的指導(dǎo)建議，保證工程的安全。

1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h2>

建筑物72層，層高為4.4 m ，高度342.35 m。建筑北立面為單元式玻璃幕墻，南立面兩側(cè)為帶遮陽(yáng)百葉的單元式玻璃幕墻，幕墻分格為1.5 m(寬)×4.4 m(高)，玻璃配置為HS10(半鋼化)+16Argon(氬氣)+FT8(鋼化)+1.52PVB+FT8。性能試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦x取陽(yáng)角60°兩層，每層8個(gè)板塊進(jìn)行。正面5個(gè)板塊，其中2個(gè)附帶水平遮陽(yáng)百葉，側(cè)面3個(gè)板塊。平面長(zhǎng)度為11.6 m，高度為8.8 m，總表面積為102.3 m2。

2 試驗(yàn)過(guò)程

2.1 幕墻氣密性能試驗(yàn)

重復(fù)打開(kāi)和關(guān)閉箱體門并確定門關(guān)閉時(shí)的狀態(tài)，關(guān)閉箱體門同時(shí)密封門四周。開(kāi)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)并打開(kāi)氣壓傳感器，通過(guò)三步依次施加壓強(qiáng)到600 Pa，每步施加過(guò)程不多于1 s，并持續(xù)3 s后使風(fēng)壓歸零[1]。記錄溫度25 ℃，相對(duì)濕度25%和氣壓1 004 mb。采用不透氣膠帶密封幕墻漏氣部分，按照表1進(jìn)行各個(gè)壓強(qiáng)下的箱體氣密性測(cè)試并依次記錄漏氣量Q1。移除幕墻部分的密封膠帶，按照表1荷載步進(jìn)行各個(gè)壓強(qiáng)下的箱體與幕墻總體的氣密性測(cè)試并依次記錄漏氣量Q2。幕墻漏氣量Q3=Q2-Q1,結(jié)果如表1所示。試驗(yàn)測(cè)得幕墻最大漏氣量Q3=1.007 m3/hr/m2<1.5 m3/hr/m2，結(jié)果表明幕墻的氣密性符合要求。

表1 單元式幕墻氣密性能試驗(yàn)結(jié)果 m3/hr/m2

2.2 靜態(tài)水密性試驗(yàn)

噴水裝置由水平與豎向間距610 mm，流速3.4 L/(min·m2)的噴嘴組成，噴嘴與幕墻表面的間距為450 mm。記錄試驗(yàn)時(shí)的溫度25 ℃，相對(duì)濕度0.2%和氣壓1 004 mb。

1 s內(nèi)三步施加壓強(qiáng)到600 Pa，并持續(xù)3 s，壓強(qiáng)回零。打開(kāi)噴水裝置噴水15 min，然后按照50 Pa，100 Pa，150 Pa，200 Pa，250 Pa，300 Pa，450 Pa，600 Pa過(guò)程施加壓強(qiáng)，每步持續(xù)5 min，靜態(tài)水密性試驗(yàn)時(shí)間為55 min[2]。

試驗(yàn)完畢后，對(duì)幕墻各個(gè)部位進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)有水滲漏到幕墻內(nèi)表面的情況。試驗(yàn)結(jié)果顯示單元式幕墻水密性合格。

2.3 動(dòng)態(tài)水密性試驗(yàn)

試驗(yàn)噴水裝置與靜態(tài)水密性試驗(yàn)相同，流速3.4 L/(min·m2)。動(dòng)態(tài)加壓裝置由飛機(jī)螺旋槳和四塊風(fēng)速表組成，螺旋槳投影為圓形，由圓心和對(duì)稱軸分為四個(gè)象限，風(fēng)速表布置在中心距對(duì)稱軸距離為1/2半徑的邊長(zhǎng)為610 mm的正方形范圍內(nèi)，測(cè)量此范圍的最大風(fēng)速，并取四個(gè)位置的風(fēng)速平均值作為試驗(yàn)風(fēng)速，誤差小于±1.1 m/s[3]。啟動(dòng)螺旋槳，低速運(yùn)轉(zhuǎn)15 min，然后加速螺旋槳轉(zhuǎn)動(dòng)直到風(fēng)速表測(cè)得風(fēng)速為31.5 m/s(600 Pa)，并符合上述要求后，打開(kāi)噴水裝置閥門進(jìn)行噴水，持續(xù)15 min。

試驗(yàn)完畢后對(duì)幕墻各個(gè)部位進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)有水滲漏到幕墻內(nèi)表面的情況。試驗(yàn)結(jié)果顯示單元式幕墻動(dòng)態(tài)水密性合格。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)荷載作用下的變形性能

工程標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓為正風(fēng)2.1 kPa和負(fù)風(fēng)2.5 kPa，分別測(cè)量單元式幕墻立柱，橫梁和玻璃在正負(fù)風(fēng)壓下的變形，確定幕墻在標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓作用下的變形性能。

記錄溫度23.5 ℃，相對(duì)濕度67%和氣壓1 014 mb。首先，向幕墻結(jié)構(gòu)施加壓強(qiáng)500 Pa，加壓時(shí)間為1 s，保持壓強(qiáng)3 s后歸零。幕墻結(jié)構(gòu)無(wú)異常狀態(tài)。按照525 Pa(25%)，1 050 Pa(50%)，1 575 Pa(75%)，2 100 Pa(100%)四個(gè)荷載步施加正壓并記錄各點(diǎn)撓度，保持最大風(fēng)壓不小于1 min。歸零后，按照625 Pa(25%)，1 250 Pa(50%)，1 875 Pa(75%)，2 500 Pa(100%)施加負(fù)壓并記錄各點(diǎn)撓度，保持最大風(fēng)壓不小于1 min[4]。壓強(qiáng)再次歸零并觀察幕墻各結(jié)構(gòu)構(gòu)件及各測(cè)點(diǎn)測(cè)量裝置，結(jié)果表明沒(méi)有異常。

分析各個(gè)測(cè)點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果顯示，單元體鋁合金橫梁撓度最大為4 mm，小于1 500/175=8.6 mm，鋁合金立柱最大撓度為16.5 mm，小于4 100/175=23.4 mm及20 mm的小值20 mm，玻璃最大撓度為1 500/60=25 mm。試驗(yàn)結(jié)果證明在標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)荷載作用下，幕墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件變形符合要求。

標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓變形試驗(yàn)后進(jìn)行幕墻結(jié)構(gòu)的氣密性，靜態(tài)水密性，動(dòng)態(tài)水密性能試驗(yàn)，均符合要求，其中幕墻漏氣量為1.065 m3/hr/m2，比第一次試驗(yàn)結(jié)果稍大。

2.5 幕墻在樓板豎向位移和水平地震作用下的變形性能

豎向位移下幕墻的變形性能試驗(yàn)通過(guò)變化中部支撐鋼梁的豎向位置進(jìn)行，鋼梁豎向標(biāo)高調(diào)節(jié)方法如下：0→+17 mm(向上)→0→-17 mm(向下)→0 mm為1個(gè)循環(huán)，如此往復(fù)10個(gè)循環(huán)。水平地震作用下的幕墻變形性能試驗(yàn)[5]通過(guò)變化中支撐鋼梁的水平位置進(jìn)行，鋼梁水平位置調(diào)節(jié)方法如下：0→+8.8 mm(向外)→0→-8.8 mm(向內(nèi))→0 mm為1個(gè)循環(huán)，往復(fù)3個(gè)循環(huán)。

試驗(yàn)時(shí)先進(jìn)行豎向位移10個(gè)循環(huán)后進(jìn)行水平位移3個(gè)循環(huán)的測(cè)試。測(cè)試完畢后經(jīng)檢查：無(wú)玻璃破裂現(xiàn)象；幕墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件完好無(wú)破壞；膠條無(wú)破壞；可見(jiàn)結(jié)構(gòu)膠及密封膠無(wú)破壞。幕墻十字縫處錯(cuò)動(dòng)不明顯。試驗(yàn)完畢后對(duì)幕墻進(jìn)行拆解觀察連接部位完好，幕墻在主體結(jié)構(gòu)豎向位移及水平地震作用下的變形性能符合要求。

試驗(yàn)完畢后對(duì)幕墻樣板進(jìn)行密封膠縫的局部修復(fù)后繼續(xù)進(jìn)行幕墻結(jié)構(gòu)的氣密性，靜態(tài)水密性，動(dòng)態(tài)水密性能試驗(yàn)，其中幕墻漏氣量為0.655 m3/hr/m2，比第一次試驗(yàn)結(jié)果下降明顯，說(shuō)明豎向及水平位移作用完成后，幕墻的密閉性能提高。幕墻經(jīng)過(guò)必要的修復(fù)后亦未發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象。

2.6 幕墻安全性能試驗(yàn)

記錄試驗(yàn)時(shí)的溫度31 ℃，相對(duì)濕度18%和氣壓1 000 mb。分三步施加荷載到500 Pa，每步持續(xù)3 s，歸零。幕墻狀態(tài)良好。緩慢加載至3 150 Pa(1.5倍正風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值)保持1 min，卸載歸零。緩慢加載至-3 750 Pa(1.5倍負(fù)風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值)保持1 min，卸載歸零。記錄歸零后撓度值及殘余變形如表2所示。

表2 極限荷載作用下殘余變形值

試驗(yàn)立柱殘余變形為2.0 mm<4 100 mm/1 000=4.1 mm，其中4 100為位移計(jì)之間的距離。橫梁殘余變形為1 200 mm/1 000=1.2 mm，其中1 200 mm為位移計(jì)之間的距離。

試驗(yàn)過(guò)程中及完畢后玻璃完好，無(wú)任何幕墻構(gòu)件損壞或者脫落，幕墻橫梁立柱殘余變形在允許范圍內(nèi)，幕墻安全性能符合要求。

3 試驗(yàn)結(jié)論及設(shè)計(jì)建議

1)試驗(yàn)結(jié)果表明，本工程采用的構(gòu)件式隱框玻璃幕墻的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是可行的，隱框幕墻也應(yīng)與其他形式的幕墻一樣設(shè)置等壓腔及合理的排水路線，分層排水。

2)試驗(yàn)結(jié)果表明，本單元式玻璃幕墻氣密性，水密性，標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)荷載，主體結(jié)構(gòu)豎向變形及地震水平作用的受力及變形性能，極限荷載下的安全性能均符合要求。本次特別對(duì)幕墻在主體結(jié)構(gòu)豎向變形作用下進(jìn)行了10個(gè)循環(huán)的測(cè)試和3個(gè)循環(huán)的水平地震作用下的測(cè)試，根據(jù)隨后的氣密及水密性能的試驗(yàn)結(jié)果表明經(jīng)過(guò)合理設(shè)計(jì)的單元體玻璃幕墻具有良好的適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)變形的能力，并能保持合格的氣密及水密性能，是一種性能優(yōu)越的圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式。

3)幕墻設(shè)計(jì)中氣密性和水密性能設(shè)計(jì)是一個(gè)平衡的整體，通常所說(shuō)的氣密線的性能設(shè)計(jì)是能否根據(jù)等壓原理實(shí)現(xiàn)水密性能的關(guān)鍵。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，起始料部位的排水孔尺寸控制在(60 mm～80 mm)×9 mm的長(zhǎng)圓孔為宜，標(biāo)準(zhǔn)部位的排水孔尺寸控制在(30 mm～50 mm)×9 mm的長(zhǎng)圓孔為宜，而氣密線位置單元體插接部位間距采用小于1.5 mm的做法將大幅提高幕墻的氣密性能。

4)良好水密性設(shè)計(jì)就是巧妙的運(yùn)用等壓原理，使進(jìn)入等壓腔的水能夠順利的排除到幕墻外部，因此建議幕墻角部特別是位于起始料位置設(shè)排水孔使角部積水順利排走，避免角部積水形成滲漏。

[1] BS EN 12153, Curtain Walling-Air permeability-Test Method[S].

[2] BS EN 12155, Curtain Walling-Watertightness-Laboratory test under static pressure[S].

[3] AAMA 501.1-05 Standard Test Method For Water Penetration of Windows, Curtain Walls and Doors Using Dynamic Pressure[S].

[4] BS EN 12179, Resistance to wind Load-Test Method[S].

[5] AAMA 501.4-00, Recommended Static Test Method for Evaluating Curtain Wall and Storefront Systems Subjected to Seismic and Wind Induced Interstory Drifts[S].

The performance test study of the unit glass curtain wall★

Ma Hongxu1Zhao Yanmin2*

(1.JanghoGroupCompanyLimited,Beijing101300,China; 2.NorthernBeijingVocationalEducationInstitute,Beijing101400,China)

According to a high-rise unit type hidden frame glass curtain wall engineering, this paper used 1∶1 proportional plate test model made deformation performance and safety performance test to air tightness, water tightness, wind load and earthquake action, introduced the deformation performance and safety performance test method and test process of its air tightness, water tightness, wind load and seismic, and analyzed the test results of unit type glass curtain wall, gave the design recommendations for high-rise building unit type glass curtain wall.

unit type glass curtain wall, curtain wall design, isobaric cavity, test

2015-01-06★：北京高等學(xué)校青年英才計(jì)劃項(xiàng)目(項(xiàng)目編號(hào)：YETP1819)

馬洪旭(1978- )，男，碩士，工程師

趙艷敏(1979- )，女，碩士，講師

1009-6825(2015)08-0040-02

TU767.6

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