埃及标志塔项目幕墙性能测试

罗永增 徐 栋

幕墙的性能测试，是检验幕墙设计和施工水平的最重要环节。它是实际工程效果的实际呈现，可以概括为以下3 个方面。第一，幕墙系统设计是否合理的验证。这是最重要的测试目的，幕墙测试出现问题，有不少是系统设计瑕疵所导致的。这需要通过测试发现问题，调整和改进系统，使之满足实际项目的功能需求。第二，幕墙施工中容易出现问题部位的预演。在幕墙性能测试中，出现问题最多的是组装和安装过程中犯错。在测试中出现的这些问题，在实际工程中也有很大的可能性会重复出现。所有测试中出现的施工质量问题，需要做好记录，作为今后实际工程质量管控的参考依据，避免幕墙投入使用后再出现问题。第三，建筑效果的最终确认。一般来说，建筑效果是通过视觉样板的制作和考察来确定的，但是视觉样板毕竟不是最终的设计效果。而性能测试的幕墙试体，是最接近实际工程完工后的效果。如果业主和建筑师对建筑效果还有不满意之处，这也是最后的调整机会。

1 工程概况

中建八局承建的埃及新首都CBD 项目是一个具有里程碑意义的综合开发项目，也是由中埃两国元首见证签约的重大项目，它建成后将成为新的行政首都，是埃及文化和进步的象征。其中标志塔项目总高度385 m，位于中央商务区中轴线位置，是整个中央商务区的焦点，是一幢由五星级酒店、公寓、办公及商业等多种功能组成的国际化标准地标性建筑，建成后为非洲第一高楼。标志塔幕墙工程塔楼主要由玻璃幕墙、铝板遮阳线条组成，总展开面积约13 万m2。标志塔幕墙的设计和施工由中建八局装饰工程有限公司承担。

2 幕墙性能测试的国内外现状和差异

国内幕墙一般要求的是四性测试[1，2]，即气密性、水密性、结构和平面内水平位移测试。国外幕墙项目也主要是这4项，但在具体的要求上，仍然有一定的差别。

第一，测试依据的差别。国内的幕墙测试一般是按照国家标准的要求来选择测试区域和测试内容，而国外的项目，一般没有强制的国家检测标准要求，基本按照该项目顾问编写的技术规格说明书对幕墙测试的要求来执行。

第二，重复气密水密的要求不同。国内的气密性和水密性一般是预压后测一次气密和水密即可，而国外的测试需要做重复的气密和水密测试，具体表现为：在完成100%结构测试、位移测试等项之后，再重复做气密和水密的测试。这样更能模拟幕墙实际使用过程中可能出现的状况，以确保幕墙在实际使用过程中不会出现问题。特别是在完成水平位移循环，竖向位移循环最后，保持在最大竖向层间变位的状态下的气密性和水密性测试，是对幕墙系统的最大考验。

第三，动态水测试方法不一样。国内动态水的测试方法是通过舱体内的气压变化来模拟，它的抽吸和静态水密测试时的操作是一样的，只是多了压力变化的过程；而国外的通常采用的是美标做法，它是利用飞机引擎对幕墙产生一定压力，然后开始淋水测试，这样可以更好地模拟台风状态下幕墙是否会出现漏水的可能。

第四，位移测试的区别。国内位移测试只有要求水平侧向位移，没有竖直向变形的要求；而国外测试一般分两个阶段，第一阶段的位移作用下，幕墙需要保持正常的工作状态，第二阶段的位移作用下，胶条之类部件的可以允许脱落，但幕墙主要结构不能出现问题。通常还会要求做竖向位移测试，竖向位移主要是模拟主体结构在活荷载作用下的变形情况，这也是幕墙在实际使用过程中必然会发生的状态模拟。在部分项目上，如果测试有做转角部位，还会要求做两个方向的水平位移。

最后，测试内容的区别。国内项目除非业主和顾问有特别要求，通常只做前面提到的四项性能测试。国外项目通常还会要求热工、冷凝水、擦窗机牵制扣、以及项目自身特点相关的其他测试。

3 埃及标志塔项目幕墙性能测试过程

3.1 测试部位的选择

试验测试的部位是选择本工程最复杂的转角部位，包含弧形单元、平板单元、转角铝板幕墙以及拉链梁部位的铝板造型。一般来说，超高层幕墙最容易出现问题的部位就是转角部位，所以性能测试一般都是选择带外转角或者内转角的部位来做试验。性能测试部位图纸见图1，性能测试试件外部照片见图2。

图1 性能测试部位图纸（来源：作者自绘）

图2 性能测试试件外部照片（来源：作者自摄）

3.2 测试的标准和要求

本次试验采用美国标准，同时结合项目自身特点，共计33 项测试内容[3-8]，具体测试步骤见表1。 埃及标志塔整个测试过程内容繁多，有以下特点。

表1 幕墙性能测试过程中的标准及要求

序号 测试项目 测试内容17 重复静态水测试(ASTM E331) 过程同第4 项，主要测试在进出位移作用之后，静态水密性能是否能满足要求。（第四次静态水密）18 重复动态水测试(AAMA 501.1) 过程同第5 项，主要测试在进出位移作用之后，动态水密性能是否能满足要求。（第四次动态水密）垂直位移测试是模拟主体结构的在垂直方向的位移，需要将中间部位的结构在垂直主方向做5 个完整的循环。每个循环的做法为：先往下推15 mm；然后回到0；再往上15 mm；然后再归0.在这个过程中要求固定码，框架，玻璃和其他面板不得失效或者出现永久的变形，结构胶和玻璃，框架及面板不得出现粘接破坏，玻璃胶条不得脱出，耐候胶不可以失效。20 重复静压气密性测试 (ASTM E283) 过程同第3 项，主要测试在进出位移作用之后，气密性能是否能满足要求。（第五次气密）21 重复静态水测试(ASTM E331) 过程同第4 项，主要测试在进出位移作用之后，静态水密性能是否能满足要求。（第五次静态水密）22 重复动态水测试(AAMA 501.1) 过程同第5 项，主要测试在进出位移作用之后，动态水密性能是否能满足要求。（第五次动态水密）19层间垂直位移（上/下）测试(AAMA 501.7)热工循环按照AAMA 501.5 来执行，执行标准如下：到达外部低温﹣18°C 稳定后，保持2 h。到达外部高温82°C 稳定后，保持2 h。内部温度需要保持24°C，相应的湿度为50%。系统所包含的组件应能承受热工位移，不得出现屈曲、扭曲、开裂、玻璃破碎、接缝处胶的失效或者材料，固定处以及表面的过度的应力。在试体的指定部位要按照以上要求做6 个循环。24 冷凝水测试 冷凝水测试区域和热工循环测试相同，根据项目要求，达到温度平衡后要保留12 h。具体要求如下：室外环境温度保持在7.8°C。室内冬季环境温度为21°C，相应湿度为60%25 重复静压气密性测试(ASTM E283) 过程同第3 项，重复气密性能测试。（第六次气密）26 重复静态水测试(ASTM E331) 过程同第4 项，重复静态密性能测试。（第六次静态水密）27 重复动态水测试(AAMA 501.1) 过程同第5 项，重复静态密性能测试。（第六次动态水密）23 热工循环(AAMA 501.5)28 150%设计荷载测试 (ASTM E330)在以下压力作用下，测量感应器位置的永久变形，要求在1.5 倍的设计压力作用下，持续10 s 的时间，然后测量各个位置的永久变形值。测量的压力值如下：+2 250 Pa - 75%正压+4 500 Pa - 150%正压-2 250 Pa - 75%负压-4 500 Pa - 150%负压测试要求净永久变形不得超出净跨度的0.2%。29 150%水平层间位移测试 (AAMA 501.4)平面内和平面外的水平位移做三个完整的循环，位移值取1.5 倍第一阶段的位移值。平面内每个循环的做法为：先往左推63 mm；然后回到0；再往右63 mm；然后再归0。 平面外每个循环的做法为：先往左推63 mm；然后回到0；再往右63 mm；然后再归0。不得出现玻璃破碎，框架和固定码不得产生永久的顺坏。30擦窗机牵制扣测试 (2 700 N Force Load)在图C 指定位置的擦窗机牵制扣上施加2 700 N 的荷载，首先垂直墙面朝外拉，然后平行墙面朝上，朝下，朝左，朝右方向拉，每个方向施加2 700 N 荷载的时间保持10 s。在这过程中支撑结构和周围不得出现开裂和损坏，牵制扣和外墙任意部分不得出现失效或者严重的永久变形。31栏杆荷载测试(50%，100%，150%等效集中荷载)等效集中荷载需被作用于图C 指定位置。荷载按照如下方法施加：外墙向内50%T 集中等效荷载(2.615 KN 和1.64 KN)向下50%T 集中等效荷载(1.725 KN 和 1.195 KN)外墙向内100% T 集中等效荷载(5.23 KN 和3.28 KN)向下100% T 集中等效荷载(3.45 KN 和 2.39 KN)外墙向内150% T 集中等效荷载(7.845 KN 和4.92 KN)向下150% T 集中等效荷载(5.175KN 和 3.585KN)每个方向施加的荷载的时间保持10 s，外墙任意部分不得出现失效或者严重的永久变形。32拉链梁荷载测试(50%，100%，150%等效集中荷载测试)等效的集中荷载需要被作用于图C 指定位置。荷载按照如下方法施加：外墙向外50%集中等效荷载(2.300 KN)向右50%集中等效荷载(0.810 KN)外墙向外100%集中等效荷载(4.599 KN)向右100%集中等效荷载(1.619 KN)外墙向外150%集中等效荷载(6.899 KN)向右150% 集中等效荷载(2.429 KN)每个方向施加的荷载的时间保持10 秒，外墙任意部分不得出现失效或者严重的永久变形。33外部栏杆荷载测试 (50%，100%，150%等效集中荷载)等效的集中荷载需要被作用于图C 指定位置。荷载按照如下方法施加：外墙向外50%集中等效荷载(0.84 KN)向下50%集中等效荷载(0.84 KN)向上50%集中等效荷载(0.84 KN)外墙向外100%集中等效荷载(1.679 KN)向100%集中等效荷载(1.679 KN)向上100%集中等效荷载(1.679 KN)外墙向外150%集中等效荷载(2.519 KN)向下150%集中等效荷载(2.519 KN)向上150%集中等效荷载(2.519 KN)每个方向施加的荷载的时间保持10 s，外墙任意部分不得出现失效或者严重的永久变形。

（1）重复气密水密测试多，在性能测试全过程中，一共做了6 次气密性和水密性测试。多出来的测试主要是两方面要求引起的：一个是做了两个方向的水平位移，还有一个是在热工和冷凝水测试后继续进行气密水密测试，这在国外项目上也是比较少见的。

（2）位移测试要求高。由于该建筑主体结构主要采用钢结构，所以变形值相对较大。第一阶段水平位移测试值达到42 mm，竖向位移测试值达到15 mm（图3），这对幕墙系统，特别是转角部位是个相当大的考验。

图3 测试水平位移数值照片（来源：作者自摄）

（3）对外部悬挑结构测试要求高。一般高层建筑的外部悬挑结构，只要满足结构计算要求即可，但是本项目还进行了相关测试。由于该部分悬挑结构侧向无法施加均布荷载，所以采用施加集中荷载的方式进行试验。

3.3 出现的问题和相应解决方法

性能测试过程中，试验准备相对充分，前期进展顺利，但在水平层间位移测试时发生了漏水的情况，漏水位置在转角单元板块底横梁处，且漏水量较大。

通过观察漏水位置后发现：水并不是从上下单元交接的接缝处流出来，而是从立柱和底横梁的接缝处流出。这种情况极少出现，因为单元式幕墙的底横梁到立柱位置是通常是断开的，立柱腔里的水应该是直接流到水槽处。而这个位置由于转角立柱尺寸比较大，设计师为固定转角部位的窗台板，将底横梁贯穿了整个转角立柱的底部，底横梁在转角立柱部位没有开排水孔，导致水聚集在转角立柱里。在密封完好的情况下，水会大量集中在立柱内，但在超过42 mm的水平位移循环中，立柱和横梁会产生一定的变形，使得接缝处出现缝隙，在外部压力作用且立柱无法正常排水的情况下，漏水是必然会发生的事情。

根据漏水的位置和观察结果，初步判断是设计和组装过程中漏开排水孔导致的问题。显然，将单元板块拆除，打好排水孔，然后再重新安装和测试是不现实的。这不仅会造成自身工期和成本的巨大损失，也会影响实验室整体的试验安排。通过仔细分析图纸和现场试体，根据转角立柱尺寸较大的特点，施工人员建议在转角立柱上开个四方形的洞口（图4），观察里面的积水状况，同时尝试将洞口尺寸开大后，将冲击钻伸到立柱内部，在底横梁靠近水槽外侧开出两个排水孔。排水孔开好后，再将立柱洞口部位用透明胶片加密封胶带封闭，这样既能避免漏气，又能在测试的时候观察到立柱腔体内的积水状况。做好以上的措施后，让实验室先重复位移测试，然后再进行重复气密，静态和动态水密测试，不再发生漏水现象。同时在后续的各项性能测试中，也再未出现漏水现象，证明采取的补救措施是成功有效的。

4 结语

标志塔项目幕墙性能测试是笔者参加的内容最多的幕墙性能测试，水平位移的数值也非常大。埃及标志塔幕墙性能测试能够顺利通过，除了前期准备工作比较完善，测试过程中及时有效地发现问题、解决问题也是必不可少的。海外重点项目标准高、要求严，设计和施工人员只要能从专业出发，本着严谨的工作态度，客观公正对待问题，切实做好项目的设计和施工的品质把控。