王普红
重庆赛迪工程咨询有限公司 重庆市 400010
摘要：深圳宝安国际机场卫星厅航站楼外幕墙系统是工程的一大特色，也是工程质量控制重点和难点，通过超大型铝板和玻璃复合幕墙四性（气密性、水密性、抗风压性及平面变形性）试验，验证了工程幕墙本身性能及安装工艺能够满足设计要求、施工规范的各项指标。
关键词： ?幕墙性能分级??安装难度 试验研究?
深圳机场卫星厅位于广东省深圳市宝安区T3航站楼的北侧，总建筑面积23499.47平方米，横向跨度约为562.5m，纵向跨度约为523.5m，高度度27.65m，建筑层数五层，地下一层地上三层（局部有四层及五层夹层），建筑主要为钢筋混凝土框架结构+钢桁架钢网架，由主楼和呈十字交叉指廊组成，工程实体呈X形状公共交通建筑，分为：东北指廊、东南指廊、中央指廊、西北指廊、西南指廊。建筑造型新颖、结构体系复杂。幕墙工程主要采用弧形焊接钢结构+玻璃幕墙系统+穿孔铝板遮阳幕墙形式，屋面桁架转换钢架与铸造不锈钢连杆、钢结构弧形立柱、钢方通横梁连接一体，明框玻璃，外立面挂遮阳构件及外内开内倒下悬开启窗，卫星厅玻璃幕墙面积62486平方米。本工程四性试验位置的选取指廊标准段作为试验区域，按1：1实体大小选定。所选单元尺寸大小应能反应该部分幕墙玻璃与固定系统结构特征，并能测定按规范要求的四项性能。
1）试验单元尺寸：12740mm×14500 mm;
2）试验单元模型见深圳机场卫星厅及其配套工程幕墙工程四性试验施工图。
一．幕墙风荷载计算及性能分级
1.风荷载计算
按广东省《建筑结构荷载规范》（DBJ15-101-2014）表7.1.2（各市县基本风压值表）可知广东省深圳市基本风压：(1)按100年重现期，取基本风压值为： ω0=0.90kN/m2（2）该幕墙工程的计算标高为 ：22.0 m，地面粗糙度类别为：A类地形(3）抗震设防烈度：7度；
（4）设计基本地震加速度：0.10g。按广东省《建筑结构荷载规范》（DBJ15-101-2014）可得：阵风系数：βgz=1.655 ；风压高度变化系数：μz=1.551;本工程（封闭式建筑物）墙角负压区体型系数取值为：μs1=1.7按规范JGJ102-2003中5.3.2规定，ωK =βgz×μz×μs1×ω0 =1.655×1.551×1.7×0.9=3.929KN／㎡即：ωK =3.929KN／㎡
2.幕墙物理性能分级
2.1抗风压性能
幕墙抗风压性能是指该结构在与其相垂直的风压作用下，保持正常使用功能，不发生任何损坏的能力。幕墙抗风压性能指标应根据其所受的风荷载标准值ωK确定，其指标值不应该低于ωK，且不应小于1.0kPa，ωK=3.929KN／㎡的计算。根据国标GB21086-2007第5.1.1.4条表中3.5≤P3<4.0抗风压性能为6级。
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2.2水密性能
幕墙水密性能系指在风雨同时作用下，幕墙透过雨水的性能，等级分类按5.1.2[《建筑幕墙》GB/T 21086-2007]执行。
幕墙的雨水渗透性能以发生严重渗漏现象的前级压力差值P作为分级依据，其分级指标应符合下表的规定。
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根据5.1.2[《建筑幕墙》GB/T 21086-2007]计算，本项目属于受热带风暴和台风袭击的地区，水密性设计取值按下面公式计算，且固定部分取值不应小于1000Pa； △P=1000μzμcω0P：水密性设计取值(Pa)；ω0：基本风压(kPa)，取值为0.90kPa；μz：风压高度变化系数，取值为1.551；μc：风力系数，取值为1.2；因为是热带风暴和台风袭击区，所以P=1675.6Pa
按固定部分P值分析，本工程该幕墙的水密性性能等级定为4级。
2.3气密性能
根据GB21086-2007中5.1.3.1条规定，夏热冬暖地区建筑层数及高度确定本工程空气渗漏性能3级
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2.4平面内变形性能
建筑幕墙平面内变形性能以建筑幕墙层向位移角为性能指标，在非抗震设计时，指标值应不小于主体结构弹性层间位移角控制值；在抗震设计时，指标值应不小于主体结构弹性层间位移角控制值的3倍。
主体结构楼层最大弹性层间位移角控制值符合下表的规定。
主体结构楼层最大弹性层间位移角
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平面内变形性能分级指标γ应符合下表的要求
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本项目结构为：多层钢结构，弹性层间位移限值取值1/300，乘3倍后本工程平面内变形性能为5级。幕墙立柱高度13506mm，楼层最大弹性角位移： yx=1/300 △= 3X 13506/300=135.06mm
二．超大型幕墙试件安装难度及试验
2.1 安装难度
本工程组装的幕墙试件远远大于普通幕墙试件, 尺寸为12740mm×14500 mm，分格1800mmX3000mm, 国内幕墙安装多是按照层高 设定幕墙高度, 一般在3～5 m, 而本工程大大超出一般 幕墙安装的常规尺寸。平面内变形性能试验按照规范要求安装主要杆件高度为13 m以上时, 允许偏差为±10 mm, 横向杆件水平度为2 m以上时, 允许偏差为±3 mm, 分格对角线长度为3m以上时, 允许偏差为3.5 mm, 本工程幕墙试件尺寸超过规范3～6倍 , 在安装过程中的偏差控制超出了一般幕墙安装的难度。为避免幕墙安装过程中误差过大, 在安装过程中 要求每道工序均要测量幕墙各层标高以及垂直度, 做到及时发现及时调整。
2.2 试验箱体的安装
在原有箱体上部加横梁焊接，通过连杆、弧形幕墙立柱与下部可动钢梁连接，两端部封闭，以模拟工地现场的屋钢网架球节点支撑, 同时也起到加固作用。本工程委托广东省建设工程质量检测总站有限公司（幕墙、窗部风动压试验室） 进行玻璃幕墙“四性”试验, 该试验室原有设备能够满足一般幕墙试件的试验作 业, 由于本工程幕墙试件超出常规试件3～5倍 , 原有设 备尤其是风箱的尺寸已无法包住试件, 而目前国内没有相应的试验设备能够进行试验, 只能在原有设备基础上加长加宽, 并且调整进气口位置, 由风箱内喷水改为风箱外喷水。改装后的设备能否保证密闭性, 能否承 受住试件的重量是至关重要的, 在改装前均进行了讨论, 确定了切实可行的加固方法, 并经论证能够满足试验的要求。
3.3顶部横梁耳板与下部可动钢梁连接支座耳板的定位
用水准仪确定耳板中心孔的标高一致，标高误差控制在3 mm范围之内; 耳板的轴向位置确定，根据现场给出的分格线，用经纬仪确定耳板轴向位置, 轴向之间的尺寸误差控制在5 mm范围之内。耳板进出位置由二连杆的尺寸确定, 根据基准控制线, 用经纬仪确定耳板的进出位, 耳板的进出位尺寸的误差控制在3 mm范围之内。再将上部支座耳板位置反射到可动钢梁，其误差控制在±5 mm范围内。耳板孔中心位置标高的确定，标高误差控制在 3 mm范围之内，上部经钢梁上耳板二连杆与下部动梁耳板之间吊装弧形钢柱连接，弧形钢柱垂直误差控制在±10mm以内，分格采用横龙骨从左到右、从上到下依次连接，形成结构框架主体。
三． 试件材料选取
3.1 试件材料规格选取标准 试件宽度应至少包括5根垂直弧形钢构立柱承力杆件, 共同承受设计荷载; 试件应至少包括一个层高, 并在垂直方向上有两处与承重结构相连，试件应包括典型的垂直缝和水平缝; 试件的安装和受力状态应尽可能与实际相符。
3.2 试件主要材料 玻璃为中空夹胶玻璃，HS10mm+1.9PVB+HS10mm(low-E)+12A+TP12及TP12+12A+HS10mm(low-E)+1.9PVB+HS10mm；胶为MF889硅酮耐候密封胶; 铝单板为3mm氟碳喷涂铝板；连接件与原设计施工图一致。 试验中幕墙的顶部支座与试验站提供下部可动钢梁连接, 以模拟工地现场的屋顶网架球节点支撑。 试件的四周采用10mm木工板与试验箱之间的空隙用密封胶填注。
3.3 遮阳构件安装
指廊大面玻璃幕墙外铝板装饰遮阳构件为直面及双曲面结合的L型造型外装饰板，长短边同玻璃分格一致，挑出40mm—800mm变截面，穿孔铝板面板设计调节稳定，加工精度及外观控制，装饰板整体体积大，遮阳构件装饰条在加工厂完成后采用特制的工装架侧放运输，保持运输过程中的稳定，避免装饰遮阳构件运输过程中发生变形，现场安装利用绑带绑扎采用汽车吊起吊安装，通过连接板直接同玻璃幕墙主龙骨固定。
四．试验研究
4.1 实验步骤按以下顺序进行：
气密性能检测→水密性能检测→抗风压性能检测→平面内变形检测
4.2气密性能检测程序
a)预备加压
在正负压检测前分别施加三个压力脉冲，压力差绝对值为500Pa,持续时间不少于3s，泄压时间不少于1s，加压速度宜为100Pa/s，然后待压力回零后开始进行检测。
b)附加渗透量的测定
充分密封试件上的镶嵌缝隙，或用不透气的材料将箱体开口部分密封，然后按程序逐级加压，每级压力作用时间应大于10s，先逐级加正压，后逐级加负压，记录的检测值30.8。
c) 固定部分空气渗透量qg的测定
将试件上的可开启部分的开启缝隙密封起来后进行检测。检测程序同上。
d)总渗透量的测定
去除试件上所加密封措施后进行检测。检测程序同上,测值31.2。
e)检测值的计算，测试时试件测试区的空气温度和大气压力见表1，测试结果见表2
表1 测试时试件测试区的空气温度和大气压力
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4.3水密性能检测程序
水密性能检测按以下步骤操作：
a)预备加压
施加三个压力脉冲,压力差值为800Pa，加载速度约为100Pa/s，压力稳定作用时间为15s，泄压时间不少于5s。待压力回零后，开始进行检测。
b)淋水
对整个幕墙试件均匀地淋水，淋水量为4L/m2·min。
c)加压
首先加压至幕墙可开启部位水密性能指标值,压力作用时间为15min或幕墙发生严重渗漏为止，然后加压至幕墙固定部位水密性能指标值,压力作用时间为15min或幕墙发生严重渗漏为止。
d)观察记录
试件可开启部分在平均值为800pa的波动压力差持续作用15分钟过程中未出现渗漏，固定部分在平均值为1675.6pa的波动压力差持续作用15分钟过程中未出现渗漏，满足设计要求。
4.4抗风压性能检测
a)预备加压
在正负压检测前分别施加三个压力脉冲，压力差绝对值为500Pa，持续时间不少于3s，泄压时间不少于1s，加压速度宜为100Pa/s，待压力差回零后开始进行检测。
b)变形检测
先进行正压检测，后进行负压检测，检测压力分级升降，每级升、降压力不超过风荷载标准值的10％，每级压力作用时间不少于10s。压力的升、降达到幕墙风荷载标准值的p1=1571.6pa(40％)时停止检测，记录每级压力差作用下各个测点的面法线位移量。
在40％P3作用下，相对面法线挠度应小于或等于f0/2.5。
c)反复加压检测
以检测压力P2=2357.4pa（P2=1.5P1）为平均值，以平均值的1/4为波幅，进行波动检测，先后进行正负压检测。波动压力周期为5～7s，波动次数不少于10次。记录反复检测压力值±P2，并记录出现的功能障碍或损坏的状况和部位。
反复加压检测时在±P2作用后，幕墙试件不应出现功能障碍或损坏。
d)安全检测
如反复加压检测未出现功能障碍或损坏，则进行安全检测，P3=3929.4pa对应的设计要求的风荷载标准值，检测压力升至P3，随后降至零，再降到-P3，然后升至零。记录面法线位移量、功能障碍或损坏的状况和部位。
在±P3=3929pa作用下，受力构件的相对面法线挠度小于或等于允许挠度f0，绝对面法线挠度应满足：a.铝构件：u≤20mm与L/180中较小者
b.钢构件：u≤20mm与L/250中较小者
c.玻璃面板：L/60。（若构件长度超过4500mm，则限值为u≤30mm）
在检测过程中和检测完成后，试件未出现功能性障碍或损坏，满足设计要求。
主受力构件在p1、P3压力差作用下的面法线挠度（单位mm）
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注：测点7、8、9、对应的横梁与测点10、11、12对应的横梁变形相对较小，挠度曲线已贴近X轴，已到可忽略程度。
4.6平面内变形性能检测程序
幕墙平面变形测试
( 1) 设计指标值: yx=1/300,△x=135.06mm, 即 V级。
( 2) 实现方法: 平行四边形法。
( 3) 施加变形量,预加载, 位移角为Ⅴ级的50%, 待确定工作状态正常时, 按照位移角级别由低向高进行加载, 从最低级别Ⅴ级( Ⅴ级要求最低) 开始直到委 托方提出的指标值。在检测过程中,采用强迫位移发生系统，模拟地震对建筑主体结构的水平作用，推动幕墙试件底部钢横梁（幕墙锚固点，相当于建筑主体结构之楼板梁），使钢横梁在幕墙平面里沿水平方向左右移动，来回往复三次,（0→-△→0→△→0为一个循环）从零位开始到正位移, 回零后到负位移再回零为 一个周期( 周期为5S) 。
(4)在检测过程中和检测完成后，试件已应满足以下要求：a 框架、玻璃或板材无破坏或严重的永久变形;b 沿玻璃或板材边结构硅胶无粘结或粘结失效;c 不允许出现玻璃胶条松脱，以及耐候密封条失效的现象。
平面变形测试结果为: 幕墙在层间位γx=1/300，△x=135.06mm时未发生破坏, 属国标《建筑幕墙平面内变形 性能检测方法》( GB/T 18250—2000) 的第V级试件未发生损坏或者功能障碍，满足设计要求。
参考文献:《玻璃幕墙工程技术资料》JGJ102-2003
《建筑结构荷载规范》（DBJ15-101-2014）
《建筑幕墙》GB/T 21086-2007]
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作者简介：王普红 ，男，国家注册监理工程师