建筑外門窗物理性能檢測(cè)方法及控制策略
——以抗風(fēng)壓性能檢測(cè)為例

楊 靖

(山西建工建筑工程檢測(cè)有限公司，山西 太原 030000)

在新時(shí)代發(fā)展背景下，我國(guó)建筑外門窗呈現(xiàn)出了種類多，功能差異大等特點(diǎn)，有效保障了人類生活與生產(chǎn)空間需求，同時(shí)外門窗具備防火、防火、隔熱以及保溫等性能，可有效提高人類的生活居住質(zhì)量。但在建筑外門窗具體施工中，經(jīng)常因施工失誤問題造成外門窗質(zhì)量存在隱患，降低了外門窗防水以及抗風(fēng)等性能，影響建筑的使用安全。當(dāng)前我國(guó)針對(duì)建筑外門窗工程施工頒發(fā)了《建筑外門窗氣密、水密、抗風(fēng)壓性能分級(jí)及檢測(cè)方法》(GB/T 7106-2019)、《鋁合金門窗》(GB/T 8478-2020)以及《建筑門窗工程檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T 205-2010)等相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。因此，在本次研究中旨在檢測(cè)建筑外門窗抗風(fēng)壓性能，從而采取合適的控制措施提高建筑外門窗施工質(zhì)量。

1 建筑外門窗抗風(fēng)壓性能檢測(cè)項(xiàng)目

根據(jù)建筑外門窗檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求，結(jié)合我國(guó)《建筑外門窗氣密、水密、抗風(fēng)壓性能分級(jí)及檢測(cè)方法》(GB/T 7106-2019)規(guī)范要求，對(duì)外門窗施工進(jìn)行檢測(cè)，分析其抗風(fēng)壓性能。其中檢測(cè)內(nèi)容有以下3方面：1)變形檢測(cè)；2)反復(fù)加壓檢測(cè)；3)抗風(fēng)壓性能檢測(cè)。在檢測(cè)時(shí)，要求門窗建設(shè)完成，門窗處于閉合狀態(tài)，以此提高外門窗檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，確保其使用性能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。具體如圖1所示。為此，本文對(duì)以下外門窗檢測(cè)內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)介紹。

圖1 外門窗抗風(fēng)性能檢測(cè)順序

1.1 變形檢測(cè)

本文通過利用分壓方式進(jìn)行變形檢測(cè)。該方式主要是通過利用不同風(fēng)機(jī)風(fēng)荷載，對(duì)建筑外門窗結(jié)構(gòu)承受性能進(jìn)行檢測(cè)，以此掌握承力桿件結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力能力，以此通過檢測(cè)結(jié)果分析外門窗變形狀況，同時(shí)完成對(duì)面法線擾度差異進(jìn)行具體分析，具體如表1所示。

表1 外門窗不同試件最大面法線擾度

參見表格1，其中的參數(shù)L定義了結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度。根據(jù)表格1中的數(shù)據(jù)觀察，不同類型的建筑外門窗結(jié)構(gòu)試件在最大面法線的擾度上表現(xiàn)出不同程度的差異。進(jìn)一步，實(shí)際應(yīng)用中允許的擾度與檢測(cè)過程中的擾度測(cè)量值之間也存在不同，因此在檢測(cè)過程中需要特別關(guān)注最大面法線的擾度。例如，對(duì)于單層玻璃的門窗面板，最大允許的擾度標(biāo)準(zhǔn)是L/120，而在變形檢測(cè)實(shí)踐中，這一值可能高達(dá)L/300。通常情況下，外門窗的材料在外力作用下會(huì)產(chǎn)生變形，如果外力未超出材料的彈性極限，那么材料將僅發(fā)生彈性變形，并不會(huì)造成永久性的塑性變形。在材料彈性變形的范圍內(nèi)，變形量與受到的壓力成正比，構(gòu)件的最大面法線撓度與其承受的壓力差呈正比例關(guān)系，因此在檢測(cè)過程中，施工人員需要準(zhǔn)確理解并控制外門窗構(gòu)件的壓力與擾度的線性關(guān)系，以此來(lái)預(yù)測(cè)構(gòu)件的最大擾度值。此外，在進(jìn)行外門窗材料的變形檢測(cè)時(shí)，應(yīng)利用這種線性關(guān)系來(lái)確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，從而保障檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)有效性。

1.2 反復(fù)加壓檢測(cè)

在進(jìn)行建筑外門窗的物理性能反復(fù)加壓測(cè)試時(shí)，通過多次對(duì)建筑外門窗施加壓力來(lái)模擬實(shí)際使用中的壓力情況，從而深入探討其功能障礙或損壞的具體原因。此處P2表示設(shè)定的檢測(cè)壓力值，而P2則指實(shí)際施工檢測(cè)中記錄的壓力差異。測(cè)試過程中，試件需承受至少五輪的連續(xù)加壓，隨后對(duì)門窗試件進(jìn)行密封處理，這一步驟是為了深入分析試件的損壞程度、是否發(fā)生塑性變形以及門窗的密封性能。此方法旨在全面評(píng)估外門窗在重復(fù)壓力作用下的穩(wěn)定性和可靠性。

1.3 安全檢測(cè)

在執(zhí)行建筑外門窗的安全性評(píng)估時(shí)，此項(xiàng)工作劃分為工程及定級(jí)兩種檢測(cè)方法。定級(jí)檢測(cè)旨在評(píng)定門窗性能并進(jìn)行分類，而工程檢測(cè)則確保其符合設(shè)計(jì)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。安全評(píng)估過程包括對(duì)門窗進(jìn)行至少五次的開閉操作，以此檢驗(yàn)其性能，隨后確保門窗緊閉，以評(píng)估其安全特性。此過程強(qiáng)調(diào)檢測(cè)的精確性和系統(tǒng)性。

2 建筑外門窗抗風(fēng)壓性能檢測(cè)方法

2.1 建筑外窗抗風(fēng)壓性檢測(cè)

2.1.1 確定抗風(fēng)壓性能檢測(cè)點(diǎn)

在外窗抗風(fēng)壓性能檢測(cè)中，要確定好檢測(cè)位置，通常在最大相對(duì)撓度的桿件中安裝位移計(jì)，以此控制檢測(cè)點(diǎn)。桿件中點(diǎn)位置可作為檢測(cè)點(diǎn)，在桿件兩端相距10mm的位置可設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。但在建筑外窗屬于單扇窗的情況下，則需要在玻璃結(jié)果中設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)，以玻璃中心位置為基準(zhǔn)，上下監(jiān)測(cè)點(diǎn)與邊框距離保持10mm左右即可，從而對(duì)桿件最大擾度進(jìn)行綜合判斷，并選擇多根測(cè)試趕緊，安裝多個(gè)位移計(jì)，最終根據(jù)檢測(cè)值，對(duì)桿件抗風(fēng)性能進(jìn)行具體分析。

2.1.2 預(yù)備加壓

在外門窗預(yù)備加壓檢測(cè)中，對(duì)正負(fù)壓檢測(cè)前，需要對(duì)建筑外窗連續(xù)性施加3個(gè)壓力，并確保壓力差絕對(duì)值保持在500Pa左右，加壓實(shí)踐控制在3s以內(nèi)，在壓力差為0的情況下，再進(jìn)行正負(fù)壓檢測(cè)。

2.1.3 變形檢測(cè)

在進(jìn)行建筑外窗的變形檢測(cè)時(shí)，關(guān)鍵是控制加壓差值，以確保準(zhǔn)確評(píng)估。檢測(cè)要點(diǎn)包括：1)確立壓力差與窗體變形的線性關(guān)聯(lián)，避免從零開始的壓力測(cè)試；2)保障壓力讀數(shù)的精確性，依據(jù)最大壓差和變形數(shù)據(jù)建立線性模型，同時(shí)考慮構(gòu)件的實(shí)驗(yàn)情況和法線擾度的變化，以確定檢測(cè)所需的壓差P1。(參見圖1相關(guān)數(shù)據(jù))。

2.1.4 反復(fù)加壓檢測(cè)

在執(zhí)行建筑外窗的反復(fù)加壓測(cè)試中，采用P1的施壓力度對(duì)窗戶的損害和功能故障進(jìn)行全面診斷。當(dāng)外窗的設(shè)計(jì)閾值低于2.5倍P時(shí)，采用多次加壓方法進(jìn)行全方位測(cè)試。確保在加壓次數(shù)超過五次的情況下，對(duì)外窗的開合性能也進(jìn)行反復(fù)的測(cè)試，最終驗(yàn)證外窗的性能是否符合預(yù)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.5 安全檢測(cè)

在安全檢測(cè)中反復(fù)對(duì)外窗進(jìn)行關(guān)閉與開啟，操作次數(shù)控制在5次以上，在建筑外窗設(shè)計(jì)值P3小于2.5Pa的情況下，通過利用工程檢測(cè)。具體檢測(cè)中以30～500Pa/s的速度進(jìn)行壓力施加，當(dāng)壓力達(dá)到P1標(biāo)準(zhǔn)后，將壓力降低為0，再將壓力泄壓到P3標(biāo)準(zhǔn)要求，再將壓力升至到0，泄壓時(shí)間要超出1s以上。

2.1.6 結(jié)果分析

在本次外窗抗風(fēng)壓檢測(cè)中，最終獲取到結(jié)果如表2所示。在本次檢測(cè)中主要采取了3種不同類型的外窗試件，并在定級(jí)檢測(cè)中選擇了最小值，每一個(gè)試件都達(dá)到了外窗施工設(shè)計(jì)質(zhì)量要求，結(jié)合表2可以看出大窗抗風(fēng)壓等級(jí)小于小窗抗風(fēng)壓等級(jí)，推拉窗抗風(fēng)壓等級(jí)低于平開窗抗風(fēng)壓，為此在建筑外窗施工中，不同外窗結(jié)構(gòu)、材質(zhì)以及規(guī)格抗風(fēng)壓性能也存在一定差異。為了確保建筑外窗抗風(fēng)壓性能得到有效提高，應(yīng)當(dāng)根據(jù)建筑抗風(fēng)壓值要求，選擇合適的外窗，并確保外窗構(gòu)件質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。同時(shí)嚴(yán)格做好外窗施工安裝細(xì)節(jié)，確保外窗堆成安裝。最后，應(yīng)當(dāng)針對(duì)外窗風(fēng)格進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)工作，以此提升外窗抗風(fēng)壓性能。

表2 不同外窗抗風(fēng)壓檢測(cè)結(jié)果

2.2 建筑外門抗風(fēng)壓性檢測(cè)

建筑外門與外窗檢測(cè)的方式以及檢測(cè)過程相同，但在實(shí)際檢測(cè)中，最終結(jié)果發(fā)現(xiàn)外門抗風(fēng)壓性能低于外窗，難以達(dá)到建筑工程外窗抗風(fēng)壓等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求。而造成該問題的主要原因包含了以下2方面。

2.2.1 外窗和外門的結(jié)構(gòu)不同

由于外窗結(jié)構(gòu)屬于多分隔設(shè)計(jì)，具備固定的橫桿構(gòu)件與豎桿構(gòu)件，結(jié)構(gòu)較為固定穩(wěn)重，而外門結(jié)構(gòu)則缺乏固定支撐桿件，無(wú)橫桿與豎桿等構(gòu)件，而且外門與外窗的結(jié)構(gòu)也存在一定差異。

2.2.2 檢測(cè)撓度值的準(zhǔn)確真實(shí)性

由于外門門扇與門框滑道之間存在一定間隙，在進(jìn)行受力桿件測(cè)點(diǎn)定位后，檢測(cè)出的最大面法線擾度值存在一定差異，偏離真實(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)。具體如圖2所示。

圖2 外門測(cè)點(diǎn)擾度值變化

圖2中，a0、b0、c0作為測(cè)點(diǎn)初始值，a、b、c作為測(cè)點(diǎn)在壓力差作用下的數(shù)值，l為測(cè)試桿件兩側(cè)的測(cè)點(diǎn)，并獲取外門抗風(fēng)壓性能等級(jí)(如表3所示)。

表3 建筑外門抗風(fēng)壓性能檢測(cè)等級(jí)

為了有效提高建筑外門抗風(fēng)壓性能，在選擇合適的外門材料基礎(chǔ)上，還需要把控好外門施工作業(yè)的工藝細(xì)節(jié)，減少門窗與窗框之間的距離以及縫隙，進(jìn)一步對(duì)建筑外門抗風(fēng)壓性能進(jìn)行改進(jìn)檢測(cè)。

3 建筑外門窗抗風(fēng)壓性能檢測(cè)控制策略

3.1 控制位移傳感器安裝

在執(zhí)行建筑外門窗的抗風(fēng)壓性能評(píng)估時(shí)，關(guān)鍵是準(zhǔn)確選定受力點(diǎn)以安裝位移傳感器。選擇正確的測(cè)點(diǎn)來(lái)固定位移計(jì)是至關(guān)重要的，這有助于完成精確的檢測(cè)任務(wù)。同時(shí)，確保位移傳感器的安裝水平，以防誤差影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度，從而保證外門窗抗風(fēng)壓性能的測(cè)量結(jié)果不受偏差影響。

3.2 控制受力桿件質(zhì)量

在建筑外門窗的施工中，確保使用的受力桿件符合所需的承載強(qiáng)度是關(guān)鍵。這意味著在施工階段，必須保證桿件的彎曲和變形水平不得超過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于外門窗受力桿件的抗風(fēng)壓測(cè)試，關(guān)鍵是確保桿件在承受外部風(fēng)力時(shí)的變形不超過預(yù)定的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。如果桿件無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，可以通過增加門窗材料的外壁厚度來(lái)改善其承載能力，進(jìn)而優(yōu)化門窗的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

3.3 控制門窗的尺寸

在考慮建筑外門窗的尺寸時(shí)，其對(duì)抵抗風(fēng)壓的能力具有重要影響。通過對(duì)外門窗尺寸的精確設(shè)計(jì)，可以顯著增強(qiáng)其對(duì)抗風(fēng)壓的性能，保證各個(gè)部件在受到各種外力作用時(shí)能維持其結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計(jì)外門窗的尺寸時(shí)，不僅需要對(duì)承受力的構(gòu)件進(jìn)行精確的計(jì)算，還可以考慮增加支撐構(gòu)件的數(shù)量，從而提升外門窗的抗風(fēng)性能，達(dá)到預(yù)防變形的目的。

3.4 明確建筑所處區(qū)域與開闊程度及自身高度

鑒于地理位置、地形開放性及建筑物本身的高度對(duì)風(fēng)荷載有著顯著影響，例如沿海區(qū)域相較內(nèi)陸的風(fēng)荷載要大，同一地區(qū)不同區(qū)域的風(fēng)力也會(huì)因地形而異，高層建筑受風(fēng)力影響也大于低層建筑，這些因素均會(huì)對(duì)建筑外門窗的抗風(fēng)性能提出不同要求。因此，在進(jìn)行建筑外門窗抗風(fēng)壓性能的檢測(cè)時(shí)，必須綜合考慮所在地的區(qū)域特點(diǎn)、周邊環(huán)境的開放性及建筑物的高度等因素。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在建筑外門窗物理性能檢測(cè)中，以抗風(fēng)壓性能檢測(cè)為基礎(chǔ)，則需要明確抗風(fēng)壓性能檢測(cè)方法。根據(jù)外窗與外門施工實(shí)際情況，從確定抗風(fēng)壓性能檢測(cè)點(diǎn)、變形檢測(cè)、反復(fù)加壓檢測(cè)以及安全檢測(cè)等環(huán)節(jié)完成外窗與外門抗風(fēng)壓檢測(cè)工作，并對(duì)最終的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行具體分析并控制位移傳感器安裝質(zhì)量、受力桿件質(zhì)量以及門窗的尺寸，保障外門窗抗風(fēng)壓性能檢測(cè)效果得到全面提高。