建筑幕墙物理性能国标和美标检测对比分析
建筑幕墙作为建筑物主要外围结构,其性能优劣已被充分重视。国标中明确提出的建筑幕墙通用要求有:抗风压性能、水密性能、气密性能、平面内变形性能、热工性能和抗震要求、耐撞击性能、光学性能、承重力性能。其中抗风压性、气密性、水密性和平面内变形性能,是衡量幕墙质量重要指标之一。
对于幕墙物理四性检测,现行的常用幕墙检测标准包括中国标准(国标)、美国标准(美标)和欧洲标准(欧标)。随着我国国际化过程的加快,国外工程越来越多。外标的检测也越来越多,在检测过程中也形成了一种比较,哪一种检测方法能更真实的体现幕墙的物理性能也成为了一种讨论。本文分别按照国标和美标对同一幕墙试件进行了物理性能检测对比试验,用直观的数据进行讨论。
一、国标与美标检测对比试验
1.试验概述
选择的样品为:构件式框玻璃幕墙,带开启窗。试件大小为:2743×5465(mm)。立柱大小为:140×65(mm)铝合金型材;横梁大小为:65×65(mm)铝合金型材;玻璃规格为:6LOW-E+12A+6(mm);实验室大气压力:101.Ok帕;环境温度20℃;工程设计值:Wk=1.0Kpa、气密性3级、水密性3级、平面内变形2级。图1为试件幕墙示意图及位移传感器的布置位置。
2.检测顺序比较就幕墙检测而言,标准中也明确指出顺序安排应该遵循压力由小到大的原则,使得各个单项检测对后面的检测影响最小,在这个问题上,国标和美标基本都是遵循这一原则。
国标推荐试验顺序(GB/T15227-2007):检测宜按照气密、抗风压变形检测、水密、抗风压反复检测、抗风压安全检测、平面内变形顺序进行。
美标推荐试验顺序(AAMA501.4-00):默认试验顺序为气密性、静态水密性、动态水密性(选做)、抗风压\设计风压、重复气密性(选做)、重复静态水密性(选做)、平面内变形\设计变形、重复气密性(选做)、重复静态水密性(选做)、抗风压\1.5倍设计风压、平面内变形\1.5倍设计变形。
从试验顺序的安排上,美标在设计风压和设计平面内变形之后,都有安排可以选做的气密性和静态水密性能检测。可以更直观得到风压作用后和平面变形后对幕墙气密性和静态水密性能的定量影响。
3.检测分项比较
从单项检测的方法上看,差别比较大,综合试验过程,做具体比较说明。
(1)气密性能检测
进行完实验前的准各工作后,首先开始气密性能检测。按照国标GB/T15227-2007要求,对试件进行检测。国标检测中,检测100Pa压力差作用下可开启部分的单位缝长空气渗透量和整体幕墙试件(含可开启部分)单位面积空气渗透量,换算到标准状态下的空气渗透量。这里用到理想气体状态方程PV=nRT,将空气看作理想气体,把标准状态的温度和压强代人可以得到标准状态下的渗透量。最后换算到10Pa压力差下的渗透量进行定级或者按照工程设计要求进行判定。
最终的分级值:10Pa下,幕墙整体单位面积空气渗透量为1.0m3 (㎡·h);可开启部分单位缝长空气渗透量为0.8mm3(㎡·h)。
按照美标ASTM E 283-04进行检测,在没有
最终的分级值:75Pa下,幕墙整体单位面积空气渗透量为1.10L/(㎡·s);可开启部分单位缝长空气渗透量为2.74L/(㎡·s)。
气密性能检测,主要检测出来的数据是风速值,再代人计算,这一点两者是一致的。值得一提的是,在美标中注明的样品描述中,特别提出需要描述锁定和操作机理;玻璃的安装方法;密封胶尺寸、类型和材料。这几项描述对考量幕墙气密性性能起到很好的参考作用。
(2)水密性能检测
国标(GB/T15227-2007)对于水密性能检测值只有静态水密性能。美标则有静态水密性能和动态水密性能两种检测。
国标检测中,可分别采用稳定加压法或波动加压法。工程所在地为热带风暴和台风地区的工程检测,应采用波动加压法;定级检测和工程所在地为非热带风暴和台风地区的工程检测,可采用稳定加压法。已进行波动加压法检测可不再进行稳定加压法检测。
其中稳定加压淋水量为3L/(㎡· min),波动加压淋水量为4L/(㎡· 而n)。对于工程检测,两种加压方式都是先在无压力差下淋水10分钟,加压至可开启部分水密性能指标值,作用时间为15分钟或幕墙试件可开启部分出现严重渗漏为止,然后加压至幕墙固定部分水密性能指标值,作用时间为15分钟或幕墙固定部分出现严重渗漏为止;无开启结构的幕墙试件压力作用时间为30分钟或产生严重渗漏为止。
美标(ASTM E 331-00)检测对于静态水密性能较简单,淋水量为3.41（㎡min),如果没有特殊说明,压力差为137Pa,其作用时间为15分钟。美标对于静态水密性能的判定是这样的:在压差作用下,渗透的水超过试件内部突出部分与玻璃的交线平行的部分(突出的部分不包括内部的装饰和五金件)即为不符合要求。
美标(AAMA 501.1-05)动态水密性测试是静态水密性测试的补充和完善,更加准确模拟自然界的恶劣风雨条件,用动态风产生的压力代替静态气压差。在螺旋桨产生的高速空气流的作用下,喷淋系统喷出的水经过加速,以相当高的速度从各个方向拍向幕墙苯面。另外,由于螺旋桨风速的标定是在四个点采集数据,在其他位置的风速可能高于标定风速,对幕墙水密性能的要求更高。具体的淋水量要求和压差要求和美标静态水密性能检测类似。
在水密性能检测中,试件在两种标准下的检测均为未有渗漏情况发生。
(3)抗风压性能检测
国标(GB/T15227-2007)检测分为定级检测和工程检测两种。定级检测时,变形检测中压力分级升降,且每级压力差不超过250Pa,加压级数不少于4级,压力升降直到任一受力构件的相对面法线挠度到达2.5或最大检测压力达到2000pa时停止检测,采用线性算法计算2.5的压力值对应的P1;反复加压检测时,以检测压力差P2(P2=1.5P1)为平均值,以平均值的1/4为波幅进行波动检测;以压力差P3(P3=2.5P2)做安全检测。工程检测时,变形检测压力分级升降,每级压力差不超过风载荷标准值的10%,达到细%风载荷时停止,并据此压差下的挠度判定结果;反复加压检测时,以检测压力差P2(P2=1.5P1)为平均值,以平均值的1/4为波幅进行波动检测,据试件的情况评定结果;以设计要求的风载荷标准值为P3进行安全检测,并根据挠度和试件情况判定结果。
美标(ASTM E330-02)检测分为不要求挠度曲线的测试(以下称A程序)和要求挠度曲线的测试(以下称B程序)。A程序中,首先施加50%设计载荷作为预加载,再进行设计载荷测试。B程序中,首先施加50%设计载荷作为预加载,分均匀的4步加载到设计载荷,并记录挠度形成变形曲线。
表6为要求挠度曲线的测试结果,因为设计值为1000Pa,故分250Pa一级进行加载。
从压力-挠度曲线上来看,在压力重合部分(-400Pa～400Pa)之间的曲线,斜率差别不大,符合材料的物理特性,即压力与变形在弹性范围内具有正比关系。
(4)平面变形性能检测
国标(GB/T18250-2000)检测中此单项的检测原理是:使安装上试件的横架在幕墙平面内沿水平方向进行低周期反复运动,模拟受地震或风载荷时幕墙产生平面内变形作用。有连续平行四边形法和对称变形法,前者将矩形活动支架上部两个角悬挂,推动底边作平面变形;后者是固定幕墙试件上下边,驱动中间部分作对称平面变形。
试验过程中,试件无五金件脱落、无玻璃损坏,试验结束后,开启扇正常开启。测量同一位置的胶缝宽度,未出现明显变化。需要说明的是:美标检测中明确说明此项试验是AAMA501.6《确定引起玻璃脱落地震位移的动态试验方法》的补充。AAMA501.6主要关注于动态情况下面板脱落,是对整个墙体系统的评估。相反,AAMA501.4 关注于静态水平面内变形(水平向)加载以后幕墙试件的适用性(比如空气和水的渗透率)。从这里可以看出,美标的平面变形之后,推荐是要进行重复的气密性和水密性试验。
(5)美标的第二次气密性能和水密性能检测针对美标要求,对试件进行第二次的气密性能和水密性能检测。
二、检测结果对比
气密性能的检测,两种标准体系的对于数据的处理存在很大区别,结果没有可比性。静态水密性能的测试结果,二者没有明显区别。抗风压变形测试中,美标的测试范围在整个设计值内,国标为们%设计值,压力-挠度曲线的涵盖范围不一致;国标检测中有反复加压测试一项为美标所没有。美标推荐在抗风压设计风压检测和平面变形设计变形之后,均有气密性和水密性的重复检测;美标中的动态水密性能检测暂时没有相应国家标准。
三、结语
无论国标还是美标检测,都是通过模拟的自然条件,用试验验证幕墙的各种性能,证明其满足工程实际要求。与设计相比较,检测将所有可能影响幕墙功能的因素包括在内,包括设计、施工的影响等。两种标准体系对于幕墙功能的判定存在较多差异,最突出有两点:
1、动态水密性能检测更真实模拟自然界恶劣环境条件,对于幕墙的检验更具准确性;
2、抗风压设计风压检测和平面变形设计值检测后推荐进行的气密性和水密性能检测,能反映风压和变形对气密水密的影响,经过进一步分析
和检查,可以确定幕墙试件的薄弱环节,经过改进,可以提高其性能储各。
[1] 理想气体:1、分子体积与气体体积相比可以忽略不计;2、分子之间没有相互吸引力;3、分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞不造成动能损失;4、在容器中,在未碰撞时考虑为作匀速运动,气体分子碰撞时发生速度交换,无动能损失;5、解热学题的时候,简单的认为是分子势能为零,分子动能不为零;6、理想气体的内能是分子动能之和。一般气体在压强不太大、温度不太低的条件下,它们的性质也非常接近理想气体。因此常常把实际气体当作理想气体来处理。这样对研究问题,尤其是计算方面可以大大简化。
