單元式隱框玻璃幕墻性能試驗研究★

馬洪旭 趙艷敏

(1.江河創建集團股份有限公司，北京 101300； 2.北京京北職業技術學院，北京 101400)

單元式隱框玻璃幕墻性能試驗研究★

馬洪旭1趙艷敏2*

(1.江河創建集團股份有限公司，北京 101300； 2.北京京北職業技術學院，北京 101400)

針對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模型對其進行氣密性、水密性、風荷載和地震作用下的變形性能及安全性能試驗，介紹了其氣密性，水密性，風荷載及地震作用下的變形性能及安全性能試驗方法和試驗過程，并對單元式玻璃幕墻的試驗結果進行分析，給出了超高層建筑單元式玻璃幕墻的設計建議。

單元式玻璃幕墻，幕墻設計，等壓腔，試驗

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場完成安裝施工的框支撐玻璃幕墻。單元式玻璃幕墻的工業化程度高、現場施工速度快，近年來在高層及超高層建筑中得到廣泛的應用。構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，并且在工廠采用結構膠粘結鋁合金副框和玻璃面板，現場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，必須對其進行性能試驗研究，從而對單元式玻璃幕墻的設計給出針對性的指導建議，保證工程的安全。

1 試驗模型

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，南立面兩側為帶遮陽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。性能試驗模型選取陽角60°兩層，每層8個板塊進行。正面5個板塊，其中2個附帶水平遮陽百葉，側面3個板塊。平面長度為11.6 m，高度為8.8 m，總表面積為102.3 m2。

2 試驗過程

2.1 幕墻氣密性能試驗

重復打開和關閉箱體門并確定門關閉時的狀態，關閉箱體門同時密封門四周。開動鼓風機并打開氣壓傳感器，通過三步依次施加壓強到600 Pa，每步施加過程不多于1 s，并持續3 s后使風壓歸零[1]。記錄溫度25 ℃，相對濕度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進行各個壓強下的箱體氣密性測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荷載步進行各個壓強下的箱體與幕墻總體的氣密性測試并依次記錄漏氣量Q2。幕墻漏氣量Q3=Q2-Q1,結果如表1所示。試驗測得幕墻最大漏氣量Q3=1.007 m3/hr/m2<1.5 m3/hr/m2，結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結果 m3/hr/m2

2.2 靜態水密性試驗

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。記錄試驗時的溫度25 ℃，相對濕度0.2%和氣壓1 004 mb。

1 s內三步施加壓強到600 Pa，并持續3 s，壓強回零。打開噴水裝置噴水15 min，然后按照50 Pa，100 Pa，150 Pa，200 Pa，250 Pa，300 Pa，450 Pa，600 Pa過程施加壓強，每步持續5 min，靜態水密性試驗時間為55 min[2]。

試驗完畢后，對幕墻各個部位進行檢查，未發現有水滲漏到幕墻內表面的情況。試驗結果顯示單元式幕墻水密性合格。

2.3 動態水密性試驗

試驗噴水裝置與靜態水密性試驗相同，流速3.4 L/(min·m2)。動態加壓裝置由飛機螺旋槳和四塊風速表組成，螺旋槳投影為圓形，由圓心和對稱軸分為四個象限，風速表布置在中心距對稱軸距離為1/2半徑的邊長為610 mm的正方形范圍內，測量此范圍的最大風速，并取四個位置的風速平均值作為試驗風速，誤差小于±1.1 m/s[3]。啟動螺旋槳，低速運轉15 min，然后加速螺旋槳轉動直到風速表測得風速為31.5 m/s(600 Pa)，并符合上述要求后，打開噴水裝置閥門進行噴水，持續15 min。

試驗完畢后對幕墻各個部位進行檢查，未發現有水滲漏到幕墻內表面的情況。試驗結果顯示單元式幕墻動態水密性合格。

2.4 標準風荷載作用下的變形性能

工程標準風壓為正風2.1 kPa和負風2.5 kPa，分別測量單元式幕墻立柱，橫梁和玻璃在正負風壓下的變形，確定幕墻在標準風壓作用下的變形性能。

記錄溫度23.5 ℃，相對濕度67%和氣壓1 014 mb。首先，向幕墻結構施加壓強500 Pa，加壓時間為1 s，保持壓強3 s后歸零。幕墻結構無異常狀態。按照525 Pa(25%)，1 050 Pa(50%)，1 575 Pa(75%)，2 100 Pa(100%)四個荷載步施加正壓并記錄各點撓度，保持最大風壓不小于1 min。歸零后，按照625 Pa(25%)，1 250 Pa(50%)，1 875 Pa(75%)，2 500 Pa(100%)施加負壓并記錄各點撓度，保持最大風壓不小于1 min[4]。壓強再次歸零并觀察幕墻各結構構件及各測點測量裝置，結果表明沒有異常。

分析各個測點試驗結果顯示，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。試驗結果證明在標準風荷載作用下，幕墻結構構件變形符合要求。

標準風壓變形試驗后進行幕墻結構的氣密性，靜態水密性，動態水密性能試驗，均符合要求，其中幕墻漏氣量為1.065 m3/hr/m2，比第一次試驗結果稍大。

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通過變化中部支撐鋼梁的豎向位置進行，鋼梁豎向標高調節方法如下：0→+17 mm(向上)→0→-17 mm(向下)→0 mm為1個循環，如此往復10個循環。水平地震作用下的幕墻變形性能試驗[5]通過變化中支撐鋼梁的水平位置進行，鋼梁水平位置調節方法如下：0→+8.8 mm(向外)→0→-8.8 mm(向內)→0 mm為1個循環，往復3個循環。

試驗時先進行豎向位移10個循環后進行水平位移3個循環的測試。測試完畢后經檢查：無玻璃破裂現象；幕墻結構構件完好無破壞；膠條無破壞；可見結構膠及密封膠無破壞。幕墻十字縫處錯動不明顯。試驗完畢后對幕墻進行拆解觀察連接部位完好，幕墻在主體結構豎向位移及水平地震作用下的變形性能符合要求。

試驗完畢后對幕墻樣板進行密封膠縫的局部修復后繼續進行幕墻結構的氣密性，靜態水密性，動態水密性能試驗，其中幕墻漏氣量為0.655 m3/hr/m2，比第一次試驗結果下降明顯，說明豎向及水平位移作用完成后，幕墻的密閉性能提高。幕墻經過必要的修復后亦未發現漏水現象。

2.6 幕墻安全性能試驗

記錄試驗時的溫度31 ℃，相對濕度18%和氣壓1 000 mb。分三步施加荷載到500 Pa，每步持續3 s，歸零。幕墻狀態良好。緩慢加載至3 150 Pa(1.5倍正風壓標準值)保持1 min，卸載歸零。緩慢加載至-3 750 Pa(1.5倍負風壓標準值)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為位移計之間的距離。

試驗過程中及完畢后玻璃完好，無任何幕墻構件損壞或者脫落，幕墻橫梁立柱殘余變形在允許范圍內，幕墻安全性能符合要求。

3 試驗結論及設計建議

1)試驗結果表明，本工程采用的構件式隱框玻璃幕墻的節點設計是可行的，隱框幕墻也應與其他形式的幕墻一樣設置等壓腔及合理的排水路線，分層排水。

2)試驗結果表明，本單元式玻璃幕墻氣密性，水密性，標準風荷載，主體結構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。本次特別對幕墻在主體結構豎向變形作用下進行了10個循環的測試和3個循環的水平地震作用下的測試，根據隨后的氣密及水密性能的試驗結果表明經過合理設計的單元體玻璃幕墻具有良好的適應主體結構變形的能力，并能保持合格的氣密及水密性能，是一種性能優越的圍護結構形式。

3)幕墻設計中氣密性和水密性能設計是一個平衡的整體，通常所說的氣密線的性能設計是能否根據等壓原理實現水密性能的關鍵。根據試驗結果，起始料部位的排水孔尺寸控制在(60 mm～80 mm)×9 mm的長圓孔為宜，標準部位的排水孔尺寸控制在(30 mm～50 mm)×9 mm的長圓孔為宜，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)良好水密性設計就是巧妙的運用等壓原理，使進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★：北京高等學校青年英才計劃項目(項目編號：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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