埃及標志塔項目幕墻性能測試

羅永增 徐 棟

幕墻的性能測試，是檢驗?zāi)粔υO(shè)計和施工水平的最重要環(huán)節(jié)。它是實際工程效果的實際呈現(xiàn)，可以概括為以下3 個方面。第一，幕墻系統(tǒng)設(shè)計是否合理的驗證。這是最重要的測試目的，幕墻測試出現(xiàn)問題，有不少是系統(tǒng)設(shè)計瑕疵所導(dǎo)致的。這需要通過測試發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)整和改進系統(tǒng)，使之滿足實際項目的功能需求。第二，幕墻施工中容易出現(xiàn)問題部位的預(yù)演。在幕墻性能測試中，出現(xiàn)問題最多的是組裝和安裝過程中犯錯。在測試中出現(xiàn)的這些問題，在實際工程中也有很大的可能性會重復(fù)出現(xiàn)。所有測試中出現(xiàn)的施工質(zhì)量問題，需要做好記錄，作為今后實際工程質(zhì)量管控的參考依據(jù)，避免幕墻投入使用后再出現(xiàn)問題。第三，建筑效果的最終確認。一般來說，建筑效果是通過視覺樣板的制作和考察來確定的，但是視覺樣板畢竟不是最終的設(shè)計效果。而性能測試的幕墻試體，是最接近實際工程完工后的效果。如果業(yè)主和建筑師對建筑效果還有不滿意之處，這也是最后的調(diào)整機會。

1 工程概況

中建八局承建的埃及新首都CBD 項目是一個具有里程碑意義的綜合開發(fā)項目，也是由中埃兩國元首見證簽約的重大項目，它建成后將成為新的行政首都，是埃及文化和進步的象征。其中標志塔項目總高度385 m，位于中央商務(wù)區(qū)中軸線位置，是整個中央商務(wù)區(qū)的焦點，是一幢由五星級酒店、公寓、辦公及商業(yè)等多種功能組成的國際化標準地標性建筑，建成后為非洲第一高樓。標志塔幕墻工程塔樓主要由玻璃幕墻、鋁板遮陽線條組成，總展開面積約13 萬m2。標志塔幕墻的設(shè)計和施工由中建八局裝飾工程有限公司承擔(dān)。

2 幕墻性能測試的國內(nèi)外現(xiàn)狀和差異

國內(nèi)幕墻一般要求的是四性測試[1，2]，即氣密性、水密性、結(jié)構(gòu)和平面內(nèi)水平位移測試。國外幕墻項目也主要是這4項，但在具體的要求上，仍然有一定的差別。

第一，測試依據(jù)的差別。國內(nèi)的幕墻測試一般是按照國家標準的要求來選擇測試區(qū)域和測試內(nèi)容，而國外的項目，一般沒有強制的國家檢測標準要求，基本按照該項目顧問編寫的技術(shù)規(guī)格說明書對幕墻測試的要求來執(zhí)行。

第二，重復(fù)氣密水密的要求不同。國內(nèi)的氣密性和水密性一般是預(yù)壓后測一次氣密和水密即可，而國外的測試需要做重復(fù)的氣密和水密測試，具體表現(xiàn)為：在完成100%結(jié)構(gòu)測試、位移測試等項之后，再重復(fù)做氣密和水密的測試。這樣更能模擬幕墻實際使用過程中可能出現(xiàn)的狀況，以確保幕墻在實際使用過程中不會出現(xiàn)問題。特別是在完成水平位移循環(huán)，豎向位移循環(huán)最后，保持在最大豎向?qū)娱g變位的狀態(tài)下的氣密性和水密性測試，是對幕墻系統(tǒng)的最大考驗。

第三，動態(tài)水測試方法不一樣。國內(nèi)動態(tài)水的測試方法是通過艙體內(nèi)的氣壓變化來模擬，它的抽吸和靜態(tài)水密測試時的操作是一樣的，只是多了壓力變化的過程；而國外的通常采用的是美標做法，它是利用飛機引擎對幕墻產(chǎn)生一定壓力，然后開始淋水測試，這樣可以更好地模擬臺風(fēng)狀態(tài)下幕墻是否會出現(xiàn)漏水的可能。

第四，位移測試的區(qū)別。國內(nèi)位移測試只有要求水平側(cè)向位移，沒有豎直向變形的要求；而國外測試一般分兩個階段，第一階段的位移作用下，幕墻需要保持正常的工作狀態(tài)，第二階段的位移作用下，膠條之類部件的可以允許脫落，但幕墻主要結(jié)構(gòu)不能出現(xiàn)問題。通常還會要求做豎向位移測試，豎向位移主要是模擬主體結(jié)構(gòu)在活荷載作用下的變形情況，這也是幕墻在實際使用過程中必然會發(fā)生的狀態(tài)模擬。在部分項目上，如果測試有做轉(zhuǎn)角部位，還會要求做兩個方向的水平位移。

最后，測試內(nèi)容的區(qū)別。國內(nèi)項目除非業(yè)主和顧問有特別要求，通常只做前面提到的四項性能測試。國外項目通常還會要求熱工、冷凝水、擦窗機牽制扣、以及項目自身特點相關(guān)的其他測試。

3 埃及標志塔項目幕墻性能測試過程

3.1 測試部位的選擇

試驗測試的部位是選擇本工程最復(fù)雜的轉(zhuǎn)角部位，包含弧形單元、平板單元、轉(zhuǎn)角鋁板幕墻以及拉鏈梁部位的鋁板造型。一般來說，超高層幕墻最容易出現(xiàn)問題的部位就是轉(zhuǎn)角部位，所以性能測試一般都是選擇帶外轉(zhuǎn)角或者內(nèi)轉(zhuǎn)角的部位來做試驗。性能測試部位圖紙見圖1，性能測試試件外部照片見圖2。

圖1 性能測試部位圖紙（來源：作者自繪）

圖2 性能測試試件外部照片（來源：作者自攝）

3.2 測試的標準和要求

本次試驗采用美國標準，同時結(jié)合項目自身特點，共計33 項測試內(nèi)容[3-8]，具體測試步驟見表1。 埃及標志塔整個測試過程內(nèi)容繁多，有以下特點。

表1 幕墻性能測試過程中的標準及要求

序號 測試項目 測試內(nèi)容17 重復(fù)靜態(tài)水測試(ASTM E331) 過程同第4 項，主要測試在進出位移作用之后，靜態(tài)水密性能是否能滿足要求。（第四次靜態(tài)水密）18 重復(fù)動態(tài)水測試(AAMA 501.1) 過程同第5 項，主要測試在進出位移作用之后，動態(tài)水密性能是否能滿足要求。（第四次動態(tài)水密）垂直位移測試是模擬主體結(jié)構(gòu)的在垂直方向的位移，需要將中間部位的結(jié)構(gòu)在垂直主方向做5 個完整的循環(huán)。每個循環(huán)的做法為：先往下推15 mm；然后回到0；再往上15 mm；然后再歸0.在這個過程中要求固定碼，框架，玻璃和其他面板不得失效或者出現(xiàn)永久的變形，結(jié)構(gòu)膠和玻璃，框架及面板不得出現(xiàn)粘接破壞，玻璃膠條不得脫出，耐候膠不可以失效。20 重復(fù)靜壓氣密性測試 (ASTM E283) 過程同第3 項，主要測試在進出位移作用之后，氣密性能是否能滿足要求。（第五次氣密）21 重復(fù)靜態(tài)水測試(ASTM E331) 過程同第4 項，主要測試在進出位移作用之后，靜態(tài)水密性能是否能滿足要求。（第五次靜態(tài)水密）22 重復(fù)動態(tài)水測試(AAMA 501.1) 過程同第5 項，主要測試在進出位移作用之后，動態(tài)水密性能是否能滿足要求。（第五次動態(tài)水密）19層間垂直位移（上/下）測試(AAMA 501.7)熱工循環(huán)按照AAMA 501.5 來執(zhí)行，執(zhí)行標準如下：到達外部低溫﹣18°C 穩(wěn)定后，保持2 h。到達外部高溫82°C 穩(wěn)定后，保持2 h。內(nèi)部溫度需要保持24°C，相應(yīng)的濕度為50%。系統(tǒng)所包含的組件應(yīng)能承受熱工位移，不得出現(xiàn)屈曲、扭曲、開裂、玻璃破碎、接縫處膠的失效或者材料，固定處以及表面的過度的應(yīng)力。在試體的指定部位要按照以上要求做6 個循環(huán)。24 冷凝水測試 冷凝水測試區(qū)域和熱工循環(huán)測試相同，根據(jù)項目要求，達到溫度平衡后要保留12 h。具體要求如下：室外環(huán)境溫度保持在7.8°C。室內(nèi)冬季環(huán)境溫度為21°C，相應(yīng)濕度為60%25 重復(fù)靜壓氣密性測試(ASTM E283) 過程同第3 項，重復(fù)氣密性能測試。（第六次氣密）26 重復(fù)靜態(tài)水測試(ASTM E331) 過程同第4 項，重復(fù)靜態(tài)密性能測試。（第六次靜態(tài)水密）27 重復(fù)動態(tài)水測試(AAMA 501.1) 過程同第5 項，重復(fù)靜態(tài)密性能測試。（第六次動態(tài)水密）23 熱工循環(huán)(AAMA 501.5)28 150%設(shè)計荷載測試 (ASTM E330)在以下壓力作用下，測量感應(yīng)器位置的永久變形，要求在1.5 倍的設(shè)計壓力作用下，持續(xù)10 s 的時間，然后測量各個位置的永久變形值。測量的壓力值如下：+2 250 Pa - 75%正壓+4 500 Pa - 150%正壓-2 250 Pa - 75%負壓-4 500 Pa - 150%負壓測試要求凈永久變形不得超出凈跨度的0.2%。29 150%水平層間位移測試 (AAMA 501.4)平面內(nèi)和平面外的水平位移做三個完整的循環(huán)，位移值取1.5 倍第一階段的位移值。平面內(nèi)每個循環(huán)的做法為：先往左推63 mm；然后回到0；再往右63 mm；然后再歸0。 平面外每個循環(huán)的做法為：先往左推63 mm；然后回到0；再往右63 mm；然后再歸0。不得出現(xiàn)玻璃破碎，框架和固定碼不得產(chǎn)生永久的順壞。30擦窗機牽制扣測試 (2 700 N Force Load)在圖C 指定位置的擦窗機牽制扣上施加2 700 N 的荷載，首先垂直墻面朝外拉，然后平行墻面朝上，朝下，朝左，朝右方向拉，每個方向施加2 700 N 荷載的時間保持10 s。在這過程中支撐結(jié)構(gòu)和周圍不得出現(xiàn)開裂和損壞，牽制扣和外墻任意部分不得出現(xiàn)失效或者嚴重的永久變形。31欄桿荷載測試(50%，100%，150%等效集中荷載)等效集中荷載需被作用于圖C 指定位置。荷載按照如下方法施加：外墻向內(nèi)50%T 集中等效荷載(2.615 KN 和1.64 KN)向下50%T 集中等效荷載(1.725 KN 和 1.195 KN)外墻向內(nèi)100% T 集中等效荷載(5.23 KN 和3.28 KN)向下100% T 集中等效荷載(3.45 KN 和 2.39 KN)外墻向內(nèi)150% T 集中等效荷載(7.845 KN 和4.92 KN)向下150% T 集中等效荷載(5.175KN 和 3.585KN)每個方向施加的荷載的時間保持10 s，外墻任意部分不得出現(xiàn)失效或者嚴重的永久變形。32拉鏈梁荷載測試(50%，100%，150%等效集中荷載測試)等效的集中荷載需要被作用于圖C 指定位置。荷載按照如下方法施加：外墻向外50%集中等效荷載(2.300 KN)向右50%集中等效荷載(0.810 KN)外墻向外100%集中等效荷載(4.599 KN)向右100%集中等效荷載(1.619 KN)外墻向外150%集中等效荷載(6.899 KN)向右150% 集中等效荷載(2.429 KN)每個方向施加的荷載的時間保持10 秒，外墻任意部分不得出現(xiàn)失效或者嚴重的永久變形。33外部欄桿荷載測試 (50%，100%，150%等效集中荷載)等效的集中荷載需要被作用于圖C 指定位置。荷載按照如下方法施加：外墻向外50%集中等效荷載(0.84 KN)向下50%集中等效荷載(0.84 KN)向上50%集中等效荷載(0.84 KN)外墻向外100%集中等效荷載(1.679 KN)向100%集中等效荷載(1.679 KN)向上100%集中等效荷載(1.679 KN)外墻向外150%集中等效荷載(2.519 KN)向下150%集中等效荷載(2.519 KN)向上150%集中等效荷載(2.519 KN)每個方向施加的荷載的時間保持10 s，外墻任意部分不得出現(xiàn)失效或者嚴重的永久變形。

（1）重復(fù)氣密水密測試多，在性能測試全過程中，一共做了6 次氣密性和水密性測試。多出來的測試主要是兩方面要求引起的：一個是做了兩個方向的水平位移，還有一個是在熱工和冷凝水測試后繼續(xù)進行氣密水密測試，這在國外項目上也是比較少見的。

（2）位移測試要求高。由于該建筑主體結(jié)構(gòu)主要采用鋼結(jié)構(gòu)，所以變形值相對較大。第一階段水平位移測試值達到42 mm，豎向位移測試值達到15 mm（圖3），這對幕墻系統(tǒng)，特別是轉(zhuǎn)角部位是個相當(dāng)大的考驗。

圖3 測試水平位移數(shù)值照片（來源：作者自攝）

（3）對外部懸挑結(jié)構(gòu)測試要求高。一般高層建筑的外部懸挑結(jié)構(gòu)，只要滿足結(jié)構(gòu)計算要求即可，但是本項目還進行了相關(guān)測試。由于該部分懸挑結(jié)構(gòu)側(cè)向無法施加均布荷載，所以采用施加集中荷載的方式進行試驗。

3.3 出現(xiàn)的問題和相應(yīng)解決方法

性能測試過程中，試驗準備相對充分，前期進展順利，但在水平層間位移測試時發(fā)生了漏水的情況，漏水位置在轉(zhuǎn)角單元板塊底橫梁處，且漏水量較大。

通過觀察漏水位置后發(fā)現(xiàn)：水并不是從上下單元交接的接縫處流出來，而是從立柱和底橫梁的接縫處流出。這種情況極少出現(xiàn)，因為單元式幕墻的底橫梁到立柱位置是通常是斷開的，立柱腔里的水應(yīng)該是直接流到水槽處。而這個位置由于轉(zhuǎn)角立柱尺寸比較大，設(shè)計師為固定轉(zhuǎn)角部位的窗臺板，將底橫梁貫穿了整個轉(zhuǎn)角立柱的底部，底橫梁在轉(zhuǎn)角立柱部位沒有開排水孔，導(dǎo)致水聚集在轉(zhuǎn)角立柱里。在密封完好的情況下，水會大量集中在立柱內(nèi)，但在超過42 mm的水平位移循環(huán)中，立柱和橫梁會產(chǎn)生一定的變形，使得接縫處出現(xiàn)縫隙，在外部壓力作用且立柱無法正常排水的情況下，漏水是必然會發(fā)生的事情。

根據(jù)漏水的位置和觀察結(jié)果，初步判斷是設(shè)計和組裝過程中漏開排水孔導(dǎo)致的問題。顯然，將單元板塊拆除，打好排水孔，然后再重新安裝和測試是不現(xiàn)實的。這不僅會造成自身工期和成本的巨大損失，也會影響實驗室整體的試驗安排。通過仔細分析圖紙和現(xiàn)場試體，根據(jù)轉(zhuǎn)角立柱尺寸較大的特點，施工人員建議在轉(zhuǎn)角立柱上開個四方形的洞口（圖4），觀察里面的積水狀況，同時嘗試將洞口尺寸開大后，將沖擊鉆伸到立柱內(nèi)部，在底橫梁靠近水槽外側(cè)開出兩個排水孔。排水孔開好后，再將立柱洞口部位用透明膠片加密封膠帶封閉，這樣既能避免漏氣，又能在測試的時候觀察到立柱腔體內(nèi)的積水狀況。做好以上的措施后，讓實驗室先重復(fù)位移測試，然后再進行重復(fù)氣密，靜態(tài)和動態(tài)水密測試，不再發(fā)生漏水現(xiàn)象。同時在后續(xù)的各項性能測試中，也再未出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，證明采取的補救措施是成功有效的。

4 結(jié)語

標志塔項目幕墻性能測試是筆者參加的內(nèi)容最多的幕墻性能測試，水平位移的數(shù)值也非常大。埃及標志塔幕墻性能測試能夠順利通過，除了前期準備工作比較完善，測試過程中及時有效地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題也是必不可少的。海外重點項目標準高、要求嚴，設(shè)計和施工人員只要能從專業(yè)出發(fā)，本著嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，客觀公正對待問題，切實做好項目的設(shè)計和施工的品質(zhì)把控。