埃及標(biāo)志塔項(xiàng)目幕墻性能測(cè)試

羅永增 徐 棟

幕墻的性能測(cè)試，是檢驗(yàn)?zāi)粔υO(shè)計(jì)和施工水平的最重要環(huán)節(jié)。它是實(shí)際工程效果的實(shí)際呈現(xiàn)，可以概括為以下3 個(gè)方面。第一，幕墻系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否合理的驗(yàn)證。這是最重要的測(cè)試目的，幕墻測(cè)試出現(xiàn)問題，有不少是系統(tǒng)設(shè)計(jì)瑕疵所導(dǎo)致的。這需要通過測(cè)試發(fā)現(xiàn)問題，調(diào)整和改進(jìn)系統(tǒng)，使之滿足實(shí)際項(xiàng)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(cè)試中，出現(xiàn)問題最多的是組裝和安裝過程中犯錯(cuò)。在測(cè)試中出現(xiàn)的這些問題，在實(shí)際工程中也有很大的可能性會(huì)重復(fù)出現(xiàn)。所有測(cè)試中出現(xiàn)的施工質(zhì)量問題，需要做好記錄，作為今后實(shí)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(rèn)。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(jì)效果。而性能測(cè)試的幕墻試體，是最接近實(shí)際工程完工后的效果。如果業(yè)主和建筑師對(duì)建筑效果還有不滿意之處，這也是最后的調(diào)整機(jī)會(huì)。

1 工程概況

中建八局承建的埃及新首都CBD 項(xiàng)目是一個(gè)具有里程碑意義的綜合開發(fā)項(xiàng)目，也是由中埃兩國元首見證簽約的重大項(xiàng)目，它建成后將成為新的行政首都，是埃及文化和進(jìn)步的象征。其中標(biāo)志塔項(xiàng)目總高度385 m，位于中央商務(wù)區(qū)中軸線位置，是整個(gè)中央商務(wù)區(qū)的焦點(diǎn)，是一幢由五星級(jí)酒店、公寓、辦公及商業(yè)等多種功能組成的國際化標(biāo)準(zhǔn)地標(biāo)性建筑，建成后為非洲第一高樓。標(biāo)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(biāo)志塔幕墻的設(shè)計(jì)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(cè)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(cè)試[1，2]，即氣密性、水密性、結(jié)構(gòu)和平面內(nèi)水平位移測(cè)試。國外幕墻項(xiàng)目也主要是這4項(xiàng)，但在具體的要求上，仍然有一定的差別。

第一，測(cè)試依據(jù)的差別。國內(nèi)的幕墻測(cè)試一般是按照國家標(biāo)準(zhǔn)的要求來選擇測(cè)試區(qū)域和測(cè)試內(nèi)容，而國外的項(xiàng)目，一般沒有強(qiáng)制的國家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求，基本按照該項(xiàng)目顧問編寫的技術(shù)規(guī)格說明書對(duì)幕墻測(cè)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(cè)一次氣密和水密即可，而國外的測(cè)試需要做重復(fù)的氣密和水密測(cè)試，具體表現(xiàn)為：在完成100%結(jié)構(gòu)測(cè)試、位移測(cè)試等項(xiàng)之后，再重復(fù)做氣密和水密的測(cè)試。這樣更能模擬幕墻實(shí)際使用過程中可能出現(xiàn)的狀況，以確保幕墻在實(shí)際使用過程中不會(huì)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(cè)試，是對(duì)幕墻系統(tǒng)的最大考驗(yàn)。

第三，動(dòng)態(tài)水測(cè)試方法不一樣。國內(nèi)動(dòng)態(tài)水的測(cè)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(cè)試時(shí)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(biāo)做法，它是利用飛機(jī)引擎對(duì)幕墻產(chǎn)生一定壓力，然后開始淋水測(cè)試，這樣可以更好地模擬臺(tái)風(fēng)狀態(tài)下幕墻是否會(huì)出現(xiàn)漏水的可能。

第四，位移測(cè)試的區(qū)別。國內(nèi)位移測(cè)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(cè)試一般分兩個(gè)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(huì)要求做豎向位移測(cè)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(shí)際使用過程中必然會(huì)發(fā)生的狀態(tài)模擬。在部分項(xiàng)目上，如果測(cè)試有做轉(zhuǎn)角部位，還會(huì)要求做兩個(gè)方向的水平位移。

最后，測(cè)試內(nèi)容的區(qū)別。國內(nèi)項(xiàng)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(xiàng)性能測(cè)試。國外項(xiàng)目通常還會(huì)要求熱工、冷凝水、擦窗機(jī)牽制扣、以及項(xiàng)目自身特點(diǎn)相關(guān)的其他測(cè)試。

3 埃及標(biāo)志塔項(xiàng)目幕墻性能測(cè)試過程

3.1 測(cè)試部位的選擇

試驗(yàn)測(cè)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(cè)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(yàn)。性能測(cè)試部位圖紙見圖1，性能測(cè)試試件外部照片見圖2。

圖1 性能測(cè)試部位圖紙（來源：作者自繪）

圖2 性能測(cè)試試件外部照片（來源：作者自攝）

3.2 測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)和要求

本次試驗(yàn)采用美國標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)結(jié)合項(xiàng)目自身特點(diǎn)，共計(jì)33 項(xiàng)測(cè)試內(nèi)容[3-8]，具體測(cè)試步驟見表1。 埃及標(biāo)志塔整個(gè)測(cè)試過程內(nèi)容繁多，有以下特點(diǎn)。

表1 幕墻性能測(cè)試過程中的標(biāo)準(zhǔn)及要求

序號(hào) 測(cè)試項(xiàng)目 測(cè)試內(nèi)容17 重復(fù)靜態(tài)水測(cè)試(ASTM E331) 過程同第4 項(xiàng)，主要測(cè)試在進(jìn)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(dòng)態(tài)水測(cè)試(AAMA 501.1) 過程同第5 項(xiàng)，主要測(cè)試在進(jìn)出位移作用之后，動(dòng)態(tài)水密性能是否能滿足要求。（第四次動(dòng)態(tài)水密）垂直位移測(cè)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(gè)完整的循環(huán)。每個(gè)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(gè)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(cè)試 (ASTM E283) 過程同第3 項(xiàng)，主要測(cè)試在進(jìn)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(cè)試(ASTM E331) 過程同第4 項(xiàng)，主要測(cè)試在進(jìn)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(dòng)態(tài)水測(cè)試(AAMA 501.1) 過程同第5 項(xiàng)，主要測(cè)試在進(jìn)出位移作用之后，動(dòng)態(tài)水密性能是否能滿足要求。（第五次動(dòng)態(tài)水密）19層間垂直位移（上/下）測(cè)試(AAMA 501.7)熱工循環(huán)按照AAMA 501.5 來執(zhí)行，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)如下：到達(dá)外部低溫﹣18°C 穩(wěn)定后，保持2 h。到達(dá)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(gè)循環(huán)。24 冷凝水測(cè)試 冷凝水測(cè)試區(qū)域和熱工循環(huán)測(cè)試相同，根據(jù)項(xiàng)目要求，達(dá)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(cè)試(ASTM E283) 過程同第3 項(xiàng)，重復(fù)氣密性能測(cè)試。（第六次氣密）26 重復(fù)靜態(tài)水測(cè)試(ASTM E331) 過程同第4 項(xiàng)，重復(fù)靜態(tài)密性能測(cè)試。（第六次靜態(tài)水密）27 重復(fù)動(dòng)態(tài)水測(cè)試(AAMA 501.1) 過程同第5 項(xiàng)，重復(fù)靜態(tài)密性能測(cè)試。（第六次動(dòng)態(tài)水密）23 熱工循環(huán)(AAMA 501.5)28 150%設(shè)計(jì)荷載測(cè)試 (ASTM E330)在以下壓力作用下，測(cè)量感應(yīng)器位置的永久變形，要求在1.5 倍的設(shè)計(jì)壓力作用下，持續(xù)10 s 的時(shí)間，然后測(cè)量各個(gè)位置的永久變形值。測(cè)量的壓力值如下：+2 250 Pa - 75%正壓+4 500 Pa - 150%正壓-2 250 Pa - 75%負(fù)壓-4 500 Pa - 150%負(fù)壓測(cè)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(cè)試 (AAMA 501.4)平面內(nèi)和平面外的水平位移做三個(gè)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(gè)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(gè)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(jī)牽制扣測(cè)試 (2 700 N Force Load)在圖C 指定位置的擦窗機(jī)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(gè)方向施加2 700 N 荷載的時(shí)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(yán)重的永久變形。31欄桿荷載測(cè)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(gè)方向施加的荷載的時(shí)間保持10 s，外墻任意部分不得出現(xiàn)失效或者嚴(yán)重的永久變形。32拉鏈梁荷載測(cè)試(50%，100%，150%等效集中荷載測(cè)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(gè)方向施加的荷載的時(shí)間保持10 秒，外墻任意部分不得出現(xiàn)失效或者嚴(yán)重的永久變形。33外部欄桿荷載測(cè)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(gè)方向施加的荷載的時(shí)間保持10 s，外墻任意部分不得出現(xiàn)失效或者嚴(yán)重的永久變形。

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

（2）位移測(cè)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(duì)較大。第一階段水平位移測(cè)試值達(dá)到42 mm，豎向位移測(cè)試值達(dá)到15 mm（圖3），這對(duì)幕墻系統(tǒng)，特別是轉(zhuǎn)角部位是個(gè)相當(dāng)大的考驗(yàn)。

圖3 測(cè)試水平位移數(shù)值照片（來源：作者自攝）

（3）對(duì)外部懸挑結(jié)構(gòu)測(cè)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(jì)算要求即可，但是本項(xiàng)目還進(jìn)行了相關(guān)測(cè)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(jìn)行試驗(yàn)。

3.3 出現(xiàn)的問題和相應(yīng)解決方法

性能測(cè)試過程中，試驗(yàn)準(zhǔn)備相對(duì)充分，前期進(jìn)展順利，但在水平層間位移測(cè)試時(shí)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?yàn)閱卧侥粔Φ牡讬M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(gè)位置由于轉(zhuǎn)角立柱尺寸比較大，設(shè)計(jì)師為固定轉(zhuǎn)角部位的窗臺(tái)板，將底橫梁貫穿了整個(gè)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(huì)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(huì)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(huì)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(jì)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(cè)試是不現(xiàn)實(shí)的。這不僅會(huì)造成自身工期和成本的巨大損失，也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)室整體的試驗(yàn)安排。通過仔細(xì)分析圖紙和現(xiàn)場(chǎng)試體，根據(jù)轉(zhuǎn)角立柱尺寸較大的特點(diǎn)，施工人員建議在轉(zhuǎn)角立柱上開個(gè)四方形的洞口（圖4），觀察里面的積水狀況，同時(shí)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(gè)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(cè)試的時(shí)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(shí)驗(yàn)室先重復(fù)位移測(cè)試，然后再進(jìn)行重復(fù)氣密，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)水密測(cè)試，不再發(fā)生漏水現(xiàn)象。同時(shí)在后續(xù)的各項(xiàng)性能測(cè)試中，也再未出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，證明采取的補(bǔ)救措施是成功有效的。

4 結(jié)語

標(biāo)志塔項(xiàng)目幕墻性能測(cè)試是筆者參加的內(nèi)容最多的幕墻性能測(cè)試，水平位移的數(shù)值也非常大。埃及標(biāo)志塔幕墻性能測(cè)試能夠順利通過，除了前期準(zhǔn)備工作比較完善，測(cè)試過程中及時(shí)有效地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題也是必不可少的。海外重點(diǎn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)高、要求嚴(yán)，設(shè)計(jì)和施工人員只要能從專業(yè)出發(fā)，本著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，客觀公正對(duì)待問題，切實(shí)做好項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和施工的品質(zhì)把控。