建筑幕墻作為建筑物主要外圍結(jié)構(gòu),其性能優(yōu)劣已被充分重視。國標(biāo)中明確提出的建筑幕墻通用要求有:抗風(fēng)壓性能、水密性能、氣密性能、平面內(nèi)變形性能、熱工性能和抗震要求、耐撞擊性能、光學(xué)性能、承重力性能。其中抗風(fēng)壓性、氣密性、水密性和平面內(nèi)變形性能,是衡量幕墻質(zhì)量重要指標(biāo)之一。
對于幕墻物理四性檢測,現(xiàn)行的常用幕墻檢測標(biāo)準(zhǔn)包括中國標(biāo)準(zhǔn)(國標(biāo))、美國標(biāo)準(zhǔn)(美標(biāo))和歐洲標(biāo)準(zhǔn)(歐標(biāo))。隨著我國化過程的加快,國外工程越來越多。外標(biāo)的檢測也越來越多,在檢測過程中也形成了一種比較,哪一種檢測方法能更真實的體現(xiàn)幕墻的物理性能也成為了一種討論。本文分別按照國標(biāo)和美標(biāo)對同一幕墻試件進(jìn)行了物理性能檢測對比試驗,用直觀的數(shù)據(jù)進(jìn)行討論。
一、國標(biāo)與美標(biāo)檢測對比試驗
1.試驗概述
選擇的樣品為:構(gòu)件式框玻璃幕墻,帶開啟窗。試件大小為:2743×5465(mm)。立柱大小為:140×65(mm)鋁合金型材;橫梁大小為:65×65(mm)鋁合金型材;玻璃規(guī)格為:6LOW-E+12A+6(mm);實驗室大氣壓力:101.Ok帕;環(huán)境溫度20℃;工程設(shè)計值:Wk=1.0Kpa、氣密性3級、水密性3級、平面內(nèi)變形2級。圖1為試件幕墻示意圖及位移傳感器的布置位置。
2.檢測順序比較就幕墻檢測而言,標(biāo)準(zhǔn)中也明確指出順序安排應(yīng)該遵循壓力由小到大的原則,使得各個單項檢測對后面的檢測影響zui小,在這個問題上,國標(biāo)和美標(biāo)基本都是遵循這一原則。
國標(biāo)推薦試驗順序(GB/T15227-2007):檢測宜按照氣密、抗風(fēng)壓變形檢測、水密、抗風(fēng)壓反復(fù)檢測、抗風(fēng)壓安全檢測、平面內(nèi)變形順序進(jìn)行。
美標(biāo)推薦試驗順序(AAMA501.4-00):默認(rèn)試驗順序為氣密性、靜態(tài)水密性、動態(tài)水密性(選做)、抗風(fēng)壓\設(shè)計風(fēng)壓、重復(fù)氣密性(選做)、重復(fù)靜態(tài)水密性(選做)、平面內(nèi)變形\設(shè)計變形、重復(fù)氣密性(選做)、重復(fù)靜態(tài)水密性(選做)、抗風(fēng)壓\1.5倍設(shè)計風(fēng)壓、平面內(nèi)變形\1.5倍設(shè)計變形。
從試驗順序的安排上,美標(biāo)在設(shè)計風(fēng)壓和設(shè)計平面內(nèi)變形之后,都有安排可以選做的氣密性和靜態(tài)水密性能檢測。可以更直觀得到風(fēng)壓作用后和平面變形后對幕墻氣密性和靜態(tài)水密性能的定量影響。
3.檢測分項比較
從單項檢測的方法上看,差別比較大,綜合試驗過程,做具體比較說明。
(1)氣密性能檢測
進(jìn)行完實驗前的準(zhǔn)各工作后,首先開始?xì)饷苄阅軝z測。按照國標(biāo)GB/T15227-2007要求,對試件進(jìn)行檢測。國標(biāo)檢測中,檢測100Pa壓力差作用下可開啟部分的單位縫長空氣滲透量和整體幕墻試件(含可開啟部分)單位面積空氣滲透量,換算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣滲透量。這里用到理想氣體狀態(tài)方程PV=nRT,將空氣看作理想氣體,把標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的溫度和壓強(qiáng)代人可以得到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的滲透量。zui后換算到10Pa壓力差下的滲透量進(jìn)行定級或者按照工程設(shè)計要求進(jìn)行判定。
zui終的分級值:10Pa下,幕墻整體單位面積空氣滲透量為1.0m³ (㎡·h);可開啟部分單位縫長空氣滲透量為0.8mm³(㎡·h)。
按照美標(biāo)ASTM E 283-04進(jìn)行檢測,在沒有
zui終的分級值:75Pa下,幕墻整體單位面積空氣滲透量為1.10L/(㎡·s);可開啟部分單位縫長空氣滲透量為2.74L/(㎡·s)。
氣密性能檢測,主要檢測出來的數(shù)據(jù)是風(fēng)速值,再代人計算,這一點兩者是一致的。值得一提的是,在美標(biāo)中注明的樣品描述中,特別提出需要描述鎖定和操作機(jī)理;玻璃的安裝方法;密封膠尺寸、類型和材料。這幾項描述對考量幕墻氣密性性能起到很好的參考作用。
(2)水密性能檢測
國標(biāo)(GB/T15227-2007)對于水密性能檢測值只有靜態(tài)水密性能。美標(biāo)則有靜態(tài)水密性能和動態(tài)水密性能兩種檢測。
國標(biāo)檢測中,可分別采用穩(wěn)定加壓法或波動加壓法。工程所在地為熱帶風(fēng)暴和臺風(fēng)地區(qū)的工程檢測,應(yīng)采用波動加壓法;定級檢測和工程所在地為非熱帶風(fēng)暴和臺風(fēng)地區(qū)的工程檢測,可采用穩(wěn)定加壓法。已進(jìn)行波動加壓法檢測可不再進(jìn)行穩(wěn)定加壓法檢測。
其中穩(wěn)定加壓淋水量為3L/(㎡· min),波動加壓淋水量為4L/(㎡· 而n)。對于工程檢測,兩種加壓方式都是先在無壓力差下淋水10分鐘,加壓至可開啟部分水密性能指標(biāo)值,作用時間為15分鐘或幕墻試件可開啟部分出現(xiàn)嚴(yán)重滲漏為止,然后加壓至幕墻固定部分水密性能指標(biāo)值,作用時間為15分鐘或幕墻固定部分出現(xiàn)嚴(yán)重滲漏為止;無開啟結(jié)構(gòu)的幕墻試件壓力作用時間為30分鐘或產(chǎn)生嚴(yán)重滲漏為止。
美標(biāo)(ASTM E 331-00)檢測對于靜態(tài)水密性能較簡單,淋水量為3.41（㎡min),如果沒有特殊說明,壓力差為137Pa,其作用時間為15分鐘。美標(biāo)對于靜態(tài)水密性能的判定是這樣的:在壓差作用下,滲透的水超過試件內(nèi)部突出部分與玻璃的交線平行的部分(突出的部分不包括內(nèi)部的裝飾和五金件)即為不符合要求。
美標(biāo)(AAMA 501.1-05)動態(tài)水密性測試是靜態(tài)水密性測試的補(bǔ)充和完善,更加準(zhǔn)確模擬自然界的惡劣風(fēng)雨條件,用動態(tài)風(fēng)產(chǎn)生的壓力代替靜態(tài)氣壓差。在螺旋槳產(chǎn)生的高速空氣流的作用下,噴淋系統(tǒng)噴出的水經(jīng)過加速,以相當(dāng)高的速度從各個方向拍向幕墻苯面。另外,由于螺旋槳風(fēng)速的標(biāo)定是在四個點采集數(shù)據(jù),在其他位置的風(fēng)速可能高于標(biāo)定風(fēng)速,對幕墻水密性能的要求更高。具體的淋水量要求和壓差要求和美標(biāo)靜態(tài)水密性能檢測類似。
在水密性能檢測中,試件在兩種標(biāo)準(zhǔn)下的檢測均為未有滲漏情況發(fā)生。
(3)抗風(fēng)壓性能檢測
國標(biāo)(GB/T15227-2007)檢測分為定級檢測和工程檢測兩種。定級檢測時,變形檢測中壓力分級升降,且每級壓力差不超過250Pa,加壓級數(shù)不少于4級,壓力升降直到任一受力構(gòu)件的相對面法線撓度到達(dá)2.5或zui大檢測壓力達(dá)到2000pa時停止檢測,采用線性算法計算2.5的壓力值對應(yīng)的P1;反復(fù)加壓檢測時,以檢測壓力差P2(P2=1.5P1)為平均值,以平均值的1/4為波幅進(jìn)行波動檢測;以壓力差P3(P3=2.5P2)做安全檢測。工程檢測時,變形檢測壓力分級升降,每級壓力差不超過風(fēng)載荷標(biāo)準(zhǔn)值的10%,達(dá)到細(xì)%風(fēng)載荷時停止,并據(jù)此壓差下的撓度判定結(jié)果;反復(fù)加壓檢測時,以檢測壓力差P2(P2=1.5P1)為平均值,以平均值的1/4為波幅進(jìn)行波動檢測,據(jù)試件的情況評定結(jié)果;以設(shè)計要求的風(fēng)載荷標(biāo)準(zhǔn)值為P3進(jìn)行安全檢測,并根據(jù)撓度和試件情況判定結(jié)果。
美標(biāo)(ASTM E330-02)檢測分為不要求撓度曲線的測試(以下稱A程序)和要求撓度曲線的測試(以下稱B程序)。A程序中,首先施加50%設(shè)計載荷作為預(yù)加載,再進(jìn)行設(shè)計載荷測試。B程序中,首先施加50%設(shè)計載荷作為預(yù)加載,分均勻的4步加載到設(shè)計載荷,并記錄撓度形成變形曲線。
表6為要求撓度曲線的測試結(jié)果,因為設(shè)計值為1000Pa,故分250Pa一級進(jìn)行加載。
從壓力-撓度曲線上來看,在壓力重合部分(-400Pa～400Pa)之間的曲線,斜率差別不大,符合材料的物理特性,即壓力與變形在彈性范圍內(nèi)具有正比關(guān)系。
(4)平面變形性能檢測
國標(biāo)(GB/T18250-2000)檢測中此單項的檢測原理是:使安裝上試件的橫架在幕墻平面內(nèi)沿水平方向進(jìn)行低周期反復(fù)運(yùn)動,模擬受地震或風(fēng)載荷時幕墻產(chǎn)生平面內(nèi)變形作用。有連續(xù)平行四邊形法和對稱變形法,前者將矩形活動支架上部兩個角懸掛,推動底邊作平面變形;后者是固定幕墻試件上下邊,驅(qū)動中間部分作對稱平面變形。
試驗過程中,試件無五金件脫落、無玻璃損壞,試驗結(jié)束后,開啟扇正常開啟。測量同一位置的膠縫寬度,未出現(xiàn)明顯變化。需要說明的是:美標(biāo)檢測中明確說明此項試驗是AAMA501.6《確定引起玻璃脫落地震位移的動態(tài)試驗方法》的補(bǔ)充。AAMA501.6主要關(guān)注于動態(tài)情況下面板脫落,是對整個墻體系統(tǒng)的評估。相反,AAMA501.4 關(guān)注于靜態(tài)水平面內(nèi)變形(水平向)加載以后幕墻試件的適用性(比如空氣和水的滲透率)。從這里可以看出,美標(biāo)的平面變形之后,推薦是要進(jìn)行重復(fù)的氣密性和水密性試驗。
(5)美標(biāo)的第二次氣密性能和水密性能檢測針對美標(biāo)要求,對試件進(jìn)行第二次的氣密性能和水密性能檢測。
二、檢測結(jié)果對比
氣密性能的檢測,兩種標(biāo)準(zhǔn)體系的對于數(shù)據(jù)的處理存在很大區(qū)別,結(jié)果沒有可比性。靜態(tài)水密性能的測試結(jié)果,二者沒有明顯區(qū)別。抗風(fēng)壓變形測試中,美標(biāo)的測試范圍在整個設(shè)計值內(nèi),國標(biāo)為們%設(shè)計值,壓力-撓度曲線的涵蓋范圍不一致;國標(biāo)檢測中有反復(fù)加壓測試一項為美標(biāo)所沒有。美標(biāo)推薦在抗風(fēng)壓設(shè)計風(fēng)壓檢測和平面變形設(shè)計變形之后,均有氣密性和水密性的重復(fù)檢測;美標(biāo)中的動態(tài)水密性能檢測暫時沒有相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)。
三、結(jié)語
無論國標(biāo)還是美標(biāo)檢測,都是通過模擬的自然條件,用試驗驗證幕墻的各種性能,證明其滿足工程實際要求。與設(shè)計相比較,檢測將所有可能影響幕墻功能的因素包括在內(nèi),包括設(shè)計、施工的影響等。兩種標(biāo)準(zhǔn)體系對于幕墻功能的判定存在較多差異,zui突出有兩點:
1、動態(tài)水密性能檢測更真實模擬自然界惡劣環(huán)境條件,對于幕墻的檢驗更具準(zhǔn)確性;
2、抗風(fēng)壓設(shè)計風(fēng)壓檢測和平面變形設(shè)計值檢測后推薦進(jìn)行的氣密性和水密性能檢測,能反映風(fēng)壓和變形對氣密水密的影響,經(jīng)過進(jìn)一步分析
和檢查,可以確定幕墻試件的薄弱環(huán)節(jié),經(jīng)過改進(jìn),可以提高其性能儲各。
[1] 理想氣體:1、分子體積與氣體體積相比可以忽略不計;2、分子之間沒有相互吸引力;3、分子之間及分子與器壁之間發(fā)生的碰撞不造成動能損失;4、在容器中,在未碰撞時考慮為作勻速運(yùn)動,氣體分子碰撞時發(fā)生速度交換,無動能損失;5、解熱學(xué)題的時候,簡單的認(rèn)為是分子勢能為零,分子動能不為零;6、理想氣體的內(nèi)能是分子動能之和。一般氣體在壓強(qiáng)不太大、溫度不太低的條件下,它們的性質(zhì)也非常接近理想氣體。因此常常把實際氣體當(dāng)作理想氣體來處理。這樣對研究問題,尤其是計算方面可以大大簡化。
