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确定建筑幕墙物理性能检测指标的讨论
点击次数:962 发布时间:2015-12-08

检测指标体现了对建筑幕墙性能的要求,事实上某项检测指标应该就是幕墙对应性能的指标。各项物理性能的指标尤为重要。较为规范的幕墙设计方案应提出明确而恰当的指标。但面对相当数量对幕墙技术要求不甚了了的委托方,检测方出于保证检测质量的考虑,有责任从技术负责的角度向委托方提出提示和建议,以帮助确定合理的检测指标。

  2 抗风压性能指标——设计风压

  该项指标与其他性能指标有一个明显的差别:虽然国标也有分级标准,但对于占检测量绝大多数的工程检测,重要的是具体的工程设计指标。根据现行规范,以风荷载标准值WK为挠度限值对应的风压下限。

  因涉及工程验收需求,工程检测的风压指标必须明确。检测人员应掌握设计风压的计算、取值方法,但不宜代委托方确定指标。

  许多幕墙项目在设计阶段未确定或未提出风荷载标准值,在委托检测阶段则无法回避。这对完善设计、控制有度起着不可替代的作用。

  根据《建筑结构荷载规范》GB50009-2012,计算围护结构时,风荷载标准值WK应按下式计算:

  WK = βgZμSlμZ W0 (2-1)

  其中 W0 ——工程所在地区基本风压(kN/m2),

  μS——风荷载局部体型系数,

  μZ——风压高度变化系数,

  βgZ——高度z处的阵风系数。

  设计值W = 1.4 WK。

  这里专门讨论三个问题:

  a 关于“风压分布”

  某地的某一建筑物在风的作用下,在建筑物的不同高度、不同部位,风压分布有多种情况。一般来说,在周围没有或较少其它建筑物(或其他物体)对风干扰的情况下,建筑物高处部位的风压大于低处部位的风压;出现在建筑边角区的风压大于墙面的风压;背风面或侧风面的许多部位常常出现负压,迎风面一般表现为正压;zui大负风压高于zui大正风压。

  单从这一小部分带有规律性的总结已可想到:在进行建筑幕墙抗风设计时,应该尽量考虑整个建筑物表面风压分布的复杂性,而整个幕墙采取一个风荷载标准值,则明显失之简单化。因为单一的风荷载标准值一般在总体上偏高,在局部偏低,故这种做法往往导致照此设计的幕墙或别种围护结构在多数位置过于保守(造成材料浪费),在个别位置抗风性能又偏低。

  因此,GB50009-2012规定,对于《建筑结构荷载规范》未能包含的情况,体型系数宜根据风洞试验数据来确定;对于重要且体型复杂的房屋和构筑物,应根据风洞试验数据来确定。

  b 关于“挠度限值”

  幕墙规范对幕墙主受力杆件、支承体系和玻璃板块的挠度是以达到标准值的风荷载作用下产生的相对挠度作限值的。对于这种控制,行业内一直存在着不同的意见。有一种意见认为,即使挠度超过了限值,幕墙也未必出现损坏,只要变形可恢复,幕墙仍可认为是可靠的。

  确实存在着挠度超标而幕墙未损坏的情况,在测试中也曾多次出现。问题的关键在于,挠度(变形)过大对于幕墙结构是肯定不利的,它可能会引发板块与框架的相对位移过大,结构胶与密封胶承受较大荷载,张拉杆索体系结构的松弛,玻璃肋扭曲等高危现象。这些现象除危及幕墙结构安全外,还会对幕墙气密性和水密性造成不利影响,从而降低幕墙的节能水准和使用功能。这就决不是幕墙暂时无损坏的表面现象所能掩盖的了。况且较大的变形在荷载消失后能否恢复实难判断、更难确保。美国检测标准要求在风压变形测试后重复进行气密性和水密性测试,即是出于变形会影响密封性能的考虑,而在幕墙承受了较大风荷载后再次测试其密封性能,以从不同于抗风压性能的方面来检验结构的可靠性。

  挠度需要控制在一定范围,这是没有异议的;如何掌握控制的程度,的确不易完全统一观点。但既然目前使用的限值标准已施行多年,且照此标准要求的大量幕墙工程的可靠性均属稳定(当然其中有保险系数的因素),那么在尚无更恰当的限值标准出现且被普遍接受前,目前的限值标准仍有其合理性和重要价值。

  c 关于“是否有必要按1.5倍的风荷载标准值进行风压安全检测”

  这种意见是从外标(主要是美标)的规定中借鉴来的,一般该项安全检测安排在整个试件检测的zui后,目的是检测幕墙构件强度。事实上国内幕墙检测也常有1.4倍风荷载标准值下的风压安全检测的要求(1.4为国内规范所取的风压分项系数)。

  对于刚度、强度设计有余量的幕墙,在变形(挠度)测试(包括1倍风荷载标准值风压下)之后,再增加此项,是可以接受且有一定研究、测试价值的。但若将此项检测提升为硬性要求纳入规范,对于国内幕墙行业中的中、下等水平工程或企业则失之苛严。理由是:一则目前我国幕墙规范对强度的要求已备有不低的保险系数,考虑因素之一即减轻因工程中可能出现的偷工减料所带来的不利影响;二则国内幕墙行业整体水平(少数杰出者除外)与发达国家的整体水平相比还有些距离,以美标来一刀切地要求并不合理。

  此外:

  明显无法达到规范zui低要求者,例如幕墙取110系列铝合金方管为立柱,单支座简支方式,跨度达5000mm,而设计提出的风荷载标准值达2000Pa以上,这种情况应在委托阶段向设计、施工单位指出,建议其抓紧整改。

  当委托指标较高而无计算书可查证时,可提示委托方区别标准值与设计值,以免对挠度控制要求因误用指标而偏高。

  3 水密性能指标

  3.1 固定部分

  依照规范JGJ102要求,水密性设计取值P 可按下式计算:

  P = 1000μZμSW0 (3-1)

  其中 W0 —— 工程所在地区基本风压(kN/m2),

  μS——体型系数,可取1.2,

  μZ——风压高度变化系数。

  由上式可知,水密性设计取值(风压值)与风荷载标准值WK相比,因为其本质相同(均属作用于幕墙的风压),所以其计算公式的各因子基本一致,但有两点不同:

  一是水密性以10分钟平均风压(而非3秒瞬时风压)为定级依据,故不考虑阵风系数βZ;

  二是由于是正风压引起雨水渗漏,故体型系数不考虑负压。

  若检测委托要求提出的风荷载标准值较低,由此计算得出的水密性设计取值低于1000Pa(热带风暴多发地区)或700Pa(其他地区),在掌握试件结构、材料的情况可确保安全的前提下,固定部分的水密性能检测至少进行到1000Pa(热带风暴多发地区)或700Pa(其他地区)。这样做有其必要性:水密性能对幕墙正常使用的影响较大,且一旦渗漏则难以修补,故要求不应过低;也具备可能性:幕墙抗风设计有余量。

  3.2 可开部分

  对可开部分的水密性能要求是级别不低于固定部分的指标级别。可开部分既要具备正常开启关闭的性能,又应承担必要时通风和必要时遮风挡雨的功能。因此,对于采用可开缝隙的窗扇,防止雨水渗漏的难度大于固定部分。国标对可开部分和固定部分的雨水渗漏性能要求也不同——级别相同而可开部分指标的风压值不同。

  从目前大量的检测情况和现场检查情况看,许多幕墙的上悬窗设计水平低、构件加工质量差、安装不当,雨水渗漏现象相当普遍。在此现状下,可开部分雨水渗漏性能检测指标不应定得太低,zui低限值250Pa。

  4 平面内变形性能指标——层间位移角限值

  层间位移角限值是幕墙平面内左右位移量限值与幕墙层高之比。非抗震设计时,应按主体结构弹性层间位移角限值进行设计;抗震设计时,应按主体结构弹性层间位移角限值的3倍进行设计。与抗风压性能情形类似,为数不少的委托方对此了解不多。

  影响平面内变形性能的因素包括幕墙结构、材料、节点构造等。平面内变形会造成结构与板块间的扭曲与挤压,采用密封胶填缝的幕墙更利于减少面板与框架、五金件等之间的刚性接触,从而减弱变形的破坏性。

  5 结语

  从本质上说,建筑幕墙物理性能检测指标是根据幕墙所承受的外来作用(风、雨、地震)规律,对幕墙相关性能提出的量化要求。性能是减少外来作用所产生的不利影响的能力,指标则是对能力大小的衡量。确定检测指标是幕墙设计工作的一个重要组成部分,它包含了对外来作用的研究和对幕墙构造的研究。

  参考文献

  [1] 中华人民共和国行业标准《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003

  [2] 中华人民共和国国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009-2012

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