单元式隐框玻璃幕墙性能试验研究★

马洪旭 赵艳敏

(1.江河创建集团股份有限公司，北京 101300； 2.北京京北职业技术学院，北京 101400)

单元式隐框玻璃幕墙性能试验研究★

马洪旭1赵艳敏2*

(1.江河创建集团股份有限公司，北京 101300； 2.北京京北职业技术学院，北京 101400)

针对某超高层单元式隐框玻璃幕墙工程，采用1∶1比例的板块建立试验模型对其进行气密性、水密性、风荷载和地震作用下的变形性能及安全性能试验，介绍了其气密性，水密性，风荷载及地震作用下的变形性能及安全性能试验方法和试验过程，并对单元式玻璃幕墙的试验结果进行分析，给出了超高层建筑单元式玻璃幕墙的设计建议。

单元式玻璃幕墙，幕墙设计，等压腔，试验

单元式玻璃幕墙是将玻璃面板、横梁立柱在工厂组装为幕墙单元，以幕墙单元形式在现场完成安装施工的框支撑玻璃幕墙。单元式玻璃幕墙的工业化程度高、现场施工速度快，近年来在高层及超高层建筑中得到广泛的应用。构件式隐框玻璃幕墙是支撑玻璃幕墙的框架完全不显露在玻璃外部，并且在工厂采用结构胶粘结铝合金副框和玻璃面板，现场安装框架及玻璃的一种幕墙形式。其变形性能和安全性能对于建筑物的安全性、舒适性及外观的装饰美观性能等都具有重要的影响。因此，必须对其进行性能试验研究，从而对单元式玻璃幕墙的设计给出针对性的指导建议，保证工程的安全。

1 试验模型

建筑物72层，层高为4.4 m ，高度342.35 m。建筑北立面为单元式玻璃幕墙，南立面两侧为带遮阳百叶的单元式玻璃幕墙，幕墙分格为1.5 m(宽)×4.4 m(高)，玻璃配置为HS10(半钢化)+16Argon(氩气)+FT8(钢化)+1.52PVB+FT8。性能试验模型选取阳角60°两层，每层8个板块进行。正面5个板块，其中2个附带水平遮阳百叶，侧面3个板块。平面长度为11.6 m，高度为8.8 m，总表面积为102.3 m2。

2 试验过程

2.1 幕墙气密性能试验

重复打开和关闭箱体门并确定门关闭时的状态，关闭箱体门同时密封门四周。开动鼓风机并打开气压传感器，通过三步依次施加压强到600 Pa，每步施加过程不多于1 s，并持续3 s后使风压归零[1]。记录温度25 ℃，相对湿度25%和气压1 004 mb。采用不透气胶带密封幕墙漏气部分，按照表1进行各个压强下的箱体气密性测试并依次记录漏气量Q1。移除幕墙部分的密封胶带，按照表1荷载步进行各个压强下的箱体与幕墙总体的气密性测试并依次记录漏气量Q2。幕墙漏气量Q3=Q2-Q1,结果如表1所示。试验测得幕墙最大漏气量Q3=1.007 m3/hr/m2<1.5 m3/hr/m2，结果表明幕墙的气密性符合要求。

表1 单元式幕墙气密性能试验结果 m3/hr/m2

2.2 静态水密性试验

喷水装置由水平与竖向间距610 mm，流速3.4 L/(min·m2)的喷嘴组成，喷嘴与幕墙表面的间距为450 mm。记录试验时的温度25 ℃，相对湿度0.2%和气压1 004 mb。

1 s内三步施加压强到600 Pa，并持续3 s，压强回零。打开喷水装置喷水15 min，然后按照50 Pa，100 Pa，150 Pa，200 Pa，250 Pa，300 Pa，450 Pa，600 Pa过程施加压强，每步持续5 min，静态水密性试验时间为55 min[2]。

试验完毕后，对幕墙各个部位进行检查，未发现有水渗漏到幕墙内表面的情况。试验结果显示单元式幕墙水密性合格。

2.3 动态水密性试验

试验喷水装置与静态水密性试验相同，流速3.4 L/(min·m2)。动态加压装置由飞机螺旋桨和四块风速表组成，螺旋桨投影为圆形，由圆心和对称轴分为四个象限，风速表布置在中心距对称轴距离为1/2半径的边长为610 mm的正方形范围内，测量此范围的最大风速，并取四个位置的风速平均值作为试验风速，误差小于±1.1 m/s[3]。启动螺旋桨，低速运转15 min，然后加速螺旋桨转动直到风速表测得风速为31.5 m/s(600 Pa)，并符合上述要求后，打开喷水装置阀门进行喷水，持续15 min。

试验完毕后对幕墙各个部位进行检查，未发现有水渗漏到幕墙内表面的情况。试验结果显示单元式幕墙动态水密性合格。

2.4 标准风荷载作用下的变形性能

工程标准风压为正风2.1 kPa和负风2.5 kPa，分别测量单元式幕墙立柱，横梁和玻璃在正负风压下的变形，确定幕墙在标准风压作用下的变形性能。

记录温度23.5 ℃，相对湿度67%和气压1 014 mb。首先，向幕墙结构施加压强500 Pa，加压时间为1 s，保持压强3 s后归零。幕墙结构无异常状态。按照525 Pa(25%)，1 050 Pa(50%)，1 575 Pa(75%)，2 100 Pa(100%)四个荷载步施加正压并记录各点挠度，保持最大风压不小于1 min。归零后，按照625 Pa(25%)，1 250 Pa(50%)，1 875 Pa(75%)，2 500 Pa(100%)施加负压并记录各点挠度，保持最大风压不小于1 min[4]。压强再次归零并观察幕墙各结构构件及各测点测量装置，结果表明没有异常。

分析各个测点试验结果显示，单元体铝合金横梁挠度最大为4 mm，小于1 500/175=8.6 mm，铝合金立柱最大挠度为16.5 mm，小于4 100/175=23.4 mm及20 mm的小值20 mm，玻璃最大挠度为1 500/60=25 mm。试验结果证明在标准风荷载作用下，幕墙结构构件变形符合要求。

标准风压变形试验后进行幕墙结构的气密性，静态水密性，动态水密性能试验，均符合要求，其中幕墙漏气量为1.065 m3/hr/m2，比第一次试验结果稍大。

2.5 幕墙在楼板竖向位移和水平地震作用下的变形性能

竖向位移下幕墙的变形性能试验通过变化中部支撑钢梁的竖向位置进行，钢梁竖向标高调节方法如下：0→+17 mm(向上)→0→-17 mm(向下)→0 mm为1个循环，如此往复10个循环。水平地震作用下的幕墙变形性能试验[5]通过变化中支撑钢梁的水平位置进行，钢梁水平位置调节方法如下：0→+8.8 mm(向外)→0→-8.8 mm(向内)→0 mm为1个循环，往复3个循环。

试验时先进行竖向位移10个循环后进行水平位移3个循环的测试。测试完毕后经检查：无玻璃破裂现象；幕墙结构构件完好无破坏；胶条无破坏；可见结构胶及密封胶无破坏。幕墙十字缝处错动不明显。试验完毕后对幕墙进行拆解观察连接部位完好，幕墙在主体结构竖向位移及水平地震作用下的变形性能符合要求。

试验完毕后对幕墙样板进行密封胶缝的局部修复后继续进行幕墙结构的气密性，静态水密性，动态水密性能试验，其中幕墙漏气量为0.655 m3/hr/m2，比第一次试验结果下降明显，说明竖向及水平位移作用完成后，幕墙的密闭性能提高。幕墙经过必要的修复后亦未发现漏水现象。

2.6 幕墙安全性能试验

记录试验时的温度31 ℃，相对湿度18%和气压1 000 mb。分三步施加荷载到500 Pa，每步持续3 s，归零。幕墙状态良好。缓慢加载至3 150 Pa(1.5倍正风压标准值)保持1 min，卸载归零。缓慢加载至-3 750 Pa(1.5倍负风压标准值)保持1 min，卸载归零。记录归零后挠度值及残余变形如表2所示。

表2 极限荷载作用下残余变形值

试验立柱残余变形为2.0 mm<4 100 mm/1 000=4.1 mm，其中4 100为位移计之间的距离。横梁残余变形为1 200 mm/1 000=1.2 mm，其中1 200 mm为位移计之间的距离。

试验过程中及完毕后玻璃完好，无任何幕墙构件损坏或者脱落，幕墙横梁立柱残余变形在允许范围内，幕墙安全性能符合要求。

3 试验结论及设计建议

1)试验结果表明，本工程采用的构件式隐框玻璃幕墙的节点设计是可行的，隐框幕墙也应与其他形式的幕墙一样设置等压腔及合理的排水路线，分层排水。

2)试验结果表明，本单元式玻璃幕墙气密性，水密性，标准风荷载，主体结构竖向变形及地震水平作用的受力及变形性能，极限荷载下的安全性能均符合要求。本次特别对幕墙在主体结构竖向变形作用下进行了10个循环的测试和3个循环的水平地震作用下的测试，根据随后的气密及水密性能的试验结果表明经过合理设计的单元体玻璃幕墙具有良好的适应主体结构变形的能力，并能保持合格的气密及水密性能，是一种性能优越的围护结构形式。

3)幕墙设计中气密性和水密性能设计是一个平衡的整体，通常所说的气密线的性能设计是能否根据等压原理实现水密性能的关键。根据试验结果，起始料部位的排水孔尺寸控制在(60 mm～80 mm)×9 mm的长圆孔为宜，标准部位的排水孔尺寸控制在(30 mm～50 mm)×9 mm的长圆孔为宜，而气密线位置单元体插接部位间距采用小于1.5 mm的做法将大幅提高幕墙的气密性能。

4)良好水密性设计就是巧妙的运用等压原理，使进入等压腔的水能够顺利的排除到幕墙外部，因此建议幕墙角部特别是位于起始料位置设排水孔使角部积水顺利排走，避免角部积水形成渗漏。

[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★：北京高等学校青年英才计划项目(项目编号：YETP1819)

马洪旭(1978- )，男，硕士，工程师

赵艳敏(1979- )，女，硕士，讲师

1009-6825(2015)08-0040-02

TU767.6

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