建筑幕墻作為建筑物主要外圍結構,其性能優劣已被充分重視。國標中明確提出的建筑幕墻通用要求有:抗風壓性能、水密性能、氣密性能、平面內變形性能、熱工性能和抗震要求、耐撞擊性能、光學性能、承重力性能。其中抗風壓性、氣密性、水密性和平面內變形性能,是衡量幕墻質量重要指標之一。
對于幕墻物理四性檢測,現行的常用幕墻檢測標準包括中國標準(國標)、美國標準(美標)和歐洲標準(歐標)。隨著我國化過程的加快,國外工程越來越多。外標的檢測也越來越多,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幕墻的物理性能也成為了一種討論。本文分別按照國標和美標對同一幕墻試件進行了物理性能檢測對比試驗,用直觀的數據進行討論。
一、國標與美標檢測對比試驗
1.試驗概述
選擇的樣品為:構件式框玻璃幕墻,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;玻璃規格為:6LOW-E+12A+6(mm);實驗室大氣壓力:101.Ok帕;環境溫度20℃;工程設計值:Wk=1.0Kpa、氣密性3級、水密性3級、平面內變形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,標準中也明確指出順序安排應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,國標和美標基本都是遵循這一原則。
國標推薦試驗順序(GB/T15227-2007):檢測宜按照氣密、抗風壓變形檢測、水密、抗風壓反復檢測、抗風壓安全檢測、平面內變形順序進行。
美標推薦試驗順序(AAMA501.4-00):默認試驗順序為氣密性、靜態水密性、動態水密性(選做)、抗風壓\設計風壓、重復氣密性(選做)、重復靜態水密性(選做)、平面內變形\設計變形、重復氣密性(選做)、重復靜態水密性(選做)、抗風壓\1.5倍設計風壓、平面內變形\1.5倍設計變形。
從試驗順序的安排上,美標在設計風壓和設計平面內變形之后,都有安排可以選做的氣密性和靜態水密性能檢測。可以更直觀得到風壓作用后和平面變形后對幕墻氣密性和靜態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
進行完實驗前的準各工作后,首先開始氣密性能檢測。按照國標GB/T15227-2007要求,對試件進行檢測。國標檢測中,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,換算到標準狀態下的空氣滲透量。這里用到理想氣體狀態方程PV=nRT,將空氣看作理想氣體,把標準狀態的溫度和壓強代人可以得到標準狀態下的滲透量。zui后換算到10Pa壓力差下的滲透量進行定級或者按照工程設計要求進行判定。
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ASTM E 283-04進行檢測,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,主要檢測出來的數據是風速值,再代人計算,這一點兩者是一致的。值得一提的是,在美標中注明的樣品描述中,特別提出需要描述鎖定和操作機理;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(GB/T15227-2007)對于水密性能檢測值只有靜態水密性能。美標則有靜態水密性能和動態水密性能兩種檢測。
國標檢測中,可分別采用穩定加壓法或波動加壓法。工程所在地為熱帶風暴和臺風地區的工程檢測,應采用波動加壓法;定級檢測和工程所在地為非熱帶風暴和臺風地區的工程檢測,可采用穩定加壓法。已進行波動加壓法檢測可不再進行穩定加壓法檢測。
其中穩定加壓淋水量為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值,作用時間為15分鐘或幕墻試件可開啟部分出現嚴重滲漏為止,然后加壓至幕墻固定部分水密性能指標值,作用時間為15分鐘或幕墻固定部分出現嚴重滲漏為止;無開啟結構的幕墻試件壓力作用時間為30分鐘或產生嚴重滲漏為止。
美標(ASTM E 331-00)檢測對于靜態水密性能較簡單,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。美標對于靜態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部的裝飾和五金件)即為不符合要求。
美標(AAMA 501.1-05)動態水密性測試是靜態水密性測試的補充和完善,更加準確模擬自然界的惡劣風雨條件,用動態風產生的壓力代替靜態氣壓差。在螺旋槳產生的高速空氣流的作用下,噴淋系統噴出的水經過加速,以相當高的速度從各個方向拍向幕墻苯面。另外,由于螺旋槳風速的標定是在四個點采集數據,在其他位置的風速可能高于標定風速,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靜態水密性能檢測類似。
在水密性能檢測中,試件在兩種標準下的檢測均為未有滲漏情況發生。
(3)抗風壓性能檢測
國標(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,加壓級數不少于4級,壓力升降直到任一受力構件的相對面法線撓度到達2.5或zui大檢測壓力達到2000pa時停止檢測,采用線性算法計算2.5的壓力值對應的P1;反復加壓檢測時,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載荷標準值的10%,達到細%風載荷時停止,并據此壓差下的撓度判定結果;反復加壓檢測時,以檢測壓力差P2(P2=1.5P1)為平均值,以平均值的1/4為波幅進行波動檢測,據試件的情況評定結果;以設計要求的風載荷標準值為P3進行安全檢測,并根據撓度和試件情況判定結果。
美標(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%設計載荷作為預加載,再進行設計載荷測試。B程序中,首先施加50%設計載荷作為預加載,分均勻的4步加載到設計載荷,并記錄撓度形成變形曲線。
表6為要求撓度曲線的測試結果,因為設計值為1000Pa,故分250Pa一級進行加載。
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具有正比關系。
(4)平面變形性能檢測
國標(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沿水平方向進行低周期反復運動,模擬受地震或風載荷時幕墻產生平面內變形作用。有連續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,試驗結束后,開啟扇正常開啟。測量同一位置的膠縫寬度,未出現明顯變化。需要說明的是:美標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試驗方法》的補充。AAMA501.6主要關注于動態情況下面板脫落,是對整個墻體系統的評估。相反,AAMA501.4 關注于靜態水平面內變形(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,美標的平面變形之后,推薦是要進行重復的氣密性和水密性試驗。
(5)美標的第二次氣密性能和水密性能檢測針對美標要求,對試件進行第二次的氣密性能和水密性能檢測。
二、檢測結果對比
氣密性能的檢測,兩種標準體系的對于數據的處理存在很大區別,結果沒有可比性。靜態水密性能的測試結果,二者沒有明顯區別。抗風壓變形測試中,美標的測試范圍在整個設計值內,國標為們%設計值,壓力-撓度曲線的涵蓋范圍不一致;國標檢測中有反復加壓測試一項為美標所沒有。美標推薦在抗風壓設計風壓檢測和平面變形設計變形之后,均有氣密性和水密性的重復檢測;美標中的動態水密性能檢測暫時沒有相應國家標準。
三、結語
無論國標還是美標檢測,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。與設計相比較,檢測將所有可能影響幕墻功能的因素包括在內,包括設計、施工的影響等。兩種標準體系對于幕墻功能的判定存在較多差異,zui突出有兩點:
1、動態水密性能檢測更真實模擬自然界惡劣環境條件,對于幕墻的檢驗更具準確性;
2、抗風壓設計風壓檢測和平面變形設計值檢測后推薦進行的氣密性和水密性能檢測,能反映風壓和變形對氣密水密的影響,經過進一步分析
和檢查,可以確定幕墻試件的薄弱環節,經過改進,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動,氣體分子碰撞時發生速度交換,無動能損失;5、解熱學題的時候,簡單的認為是分子勢能為零,分子動能不為零;6、理想氣體的內能是分子動能之和。一般氣體在壓強不太大、溫度不太低的條件下,它們的性質也非常接近理想氣體。因此常常把實際氣體當作理想氣體來處理。這樣對研究問題,尤其是計算方面可以大大簡化。
