">
English
企业学问
【BCW】探究! 阿布扎比机场复杂单元式幕墙性能大试验

  1 试验概

  阿布扎比机场工程建筑面积70万m2,是包括主航站楼、指廊、登机桥及其他配套建筑设施的超大型工程(图1)。机场指廊单侧最长500m,立面包括标准玻璃幕墙及铝塑板与玻璃组合幕墙,玻璃与铝塑板组合幕墙建筑形式为变化的条带状曲线,形状复杂,面积约为7万m2,单元板块约6000块。

                       

  鉴于单元式幕墙工业化程度高、质量好、现场施工速度快,对大体量工程的适应性好于其他形式的幕墙,故本工程对于此部分采用单元式幕墙体系。但由于立面造型复杂,单元板块规格较多,设计难度较大,为保证幕墙的安全性、易用性,必须对设计的单元幕墙板块性能进行试验研究,验证其是否满足超大型公共建筑的要求。

  单元式幕墙试验模型选取与实际工程尺寸相同的竖向三层、水平三列板块进行试验(图2)。立面长度7.97m,高度9.14m,与竖直方向角度由76.55°逐渐变化到57.42°,总面积为42.4m2,最大单元板块高度2.534m,宽度2.61m,上弧长3.04m,下弧长3.237m,面板采用4mm厚铝塑板,玻璃配置为HS5+1.52PVB+HS5(Low-E)+12mm(空气层)+HS5+1.52PVB+HS5,HS为半钢化玻璃,Low-E为低反射膜。

                      

  2 复杂单元式幕墙性能试验

  2.1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。记录温度20.9℃,气压1015hPa。开动鼓风机并打开气压传感器,通过三步(100,200,300Pa)依次施加压强到300Pa,每步施加过程不超过1s,并持续2s后风压归零记录漏气量。幕墙在压强为300Pa时的漏气量为14.7m3/h,根据试验时温度和大气压修正幕墙漏气量为0.345m3/(h·m2)<1.08m3/(h·m2)(规范允许值)。

  在地震作用变形试验后,对试验模型密封胶缝可见部位进行修复,重复气密性能试验,步骤同前,幕墙漏气量为0.655m3/(h·m2)<1.08m3/(h·m2)。

  综合两次试验结果可知,幕墙系统最大漏气量为限值的60.6%,正常使用条件下漏气量为限值的31.9%,说明工程设计幕墙系统的气密性能较好。

  2.2水密性能试验

  喷水装置由水平与竖向间距600mm的喷嘴组成,喷嘴与幕墙表面的间距为400mm,以3.4l/(min·m2)的流速向幕墙表面喷水。1s内分三步(100,300,600Pa)施加压强到600Pa,并持续3s,压强回零。然后逐渐加压至600Pa并喷水,持续15min。

  与气密性试验相同,地震作用变形试验后,对试验模型密封胶缝可见部位进行修复,气密试验结束后重复水密性能试验。

  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良好。

  2.3标准风荷载作用下的变形性能

  工程标准风压为正风1.42kPa和负风1.21kPa,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,测点如图3所示。其中01~03为立柱挠度测点,04~06为单元中横梁挠度测点,07~09为单元上下横梁挠度测点,10~12为玻璃挠度测点。

                  

  试验首先测试正风压作用下幕墙的变形性能,按照0Pa~710Pa(保持10s)~0Pa顺序加压,幕墙结构无任何异常状态后停止加载5min。然后按照0Pa~710Pa(保持10s)~1420Pa(保持15s)~0Pa步骤进行加载、卸载。然后测试负风压作用下幕墙的变形性能,步骤同前。压强再次归零后观察幕墙各结构构件及各测点测量装置,无异常。各测点位移值如表1所示。

                     

      对表1试验数据进行整理计算得到标准风压作用下幕墙各结构杆件最不利挠度值如表2所示。

                            

  单元体铝合金横梁最大挠度为1.3mm,铝合金立柱最大挠度为5.3mm,玻璃最大挠度为0.2mm。幕墙各结构构件最大挠度值均小于规范允许值,试验结果证明在标准风荷载作用下,幕墙各结构构件变形符合要求。

  2.4地震作用下的变形性能

  地震作用下幕墙的变形性能试验包括面内和面外双向测试,各三个循环。通过变化顶部支撑钢梁的位置进行,地震面内位移值为±26.7mm,面外为±48mm。

  测试完毕后经检查无玻璃破裂现象,幕墙结构构件和胶条完好无损,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,观察发现连接部位完好,说明幕墙的主体结构在水平地震作用下变形性能符合要求。

  2.5幕墙安全性能试验

  2.5.1 1.5倍风压下各结构构件的安全性能

  测试1.5倍标准风压作用下幕墙结构构件的残余变形,对幕墙结构构件在设计极限条件下的安全性进行评价,测点分布如图3所示。试验按照0Pa~1600Pa(持续10s)~0Pa进行加载,幕墙结构无任何异常状态后停止加载5min。然后0Pa~1600Pa(持续10s)~2130Pa(保持15s)~0Pa步骤进行加载、卸载。然后测试负风压作用下的幕墙性能,步骤同前。压强再次归零后观察幕墙各结构构件及各测点测量装置,均无异常。   

                 

  试验结果如表3所示,立柱与横梁最大残余变形均为0.25mm,小于规范允许值。试验过程中及结束后玻璃完好,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。

                 

  2.5.2 1.5倍地震位移下各构件的安全性能

  对幕墙施加水平面内±1.5×26.7=±40.1mm,面外±1.5×48=±72mm的地震位移值,测试幕墙在罕遇地震作用下的性能。

  测试完毕后经检查发现,玻璃无破裂,幕墙结构构件及胶条无破坏,可见结构胶及密封胶无破坏,幕墙十字缝处错动明显。试验完毕后对幕墙进行拆解,观察发现连接部位完好,说明幕墙在1.5倍地震作用下变形性能符合要求。

  2.6软体撞击测试

  撞击物体总质量为50±0.2kg,撞击能量分别为120J和500J,折算撞击高度分别为245mm和1020mm(图4,5)。

                    

                   

  经过120J能量撞击,于1m处观察,除04点有变形外,其他位置完好。经过500J撞击后,01点玻璃破裂,改为3A及02~09点进行撞击测试,铝塑板部位有明显变形,玻璃未破裂。其他结构构件、结构胶、胶条均保持完好,幕墙撞击性能合格。

  3 结论

  单元式玻璃幕墙用于较复杂的立面且为内外双向倾斜构造,设计难度较大,用于超大型机场工程,对幕墙的各种性能要求较高。气密性、水密性、标准风压、地震位移、极限风压、罕遇地震变形和荷载撞击试验证明实际工程设计是成功的。为确定幕墙在地震作用下的性能,还特别进行了罕遇地震作用下的试验,结果表明即使是较复杂的单元式幕墙结构,抗震性能依然优越。

  该工程对单元式幕墙进行了原位软体撞击测试,结果表明该测试是必要的,在某些意外撞击的情况下会引起幕墙面板的破裂,为我国国内相关工程提供了借鉴意义。

  节能性对于超大型工程具有非常重要的意义,除热工性能外,幕墙的气密性能是衡量设计方案是否节能的另一标准。试验结果表明,在正常使用状态下,工程所采用的单元式玻璃与铝塑板幕墙设计的气密性能约是限值的1/3,说明其气密性能是非常优越的,有效降低了空气对流所引起的能量损失,具有较好的节能性。

  编辑概况

  马洪旭,北京江河幕墙系统工程有限企业高级设计经理,高级工程师,一级注册结构工程师。代表作品:重庆江北国际机场航站楼索网幕墙工程、阿布扎比国际机场幕墙工程、上海梦中心L地块幕墙工程等。

  注:本文系原创,已刊登在《建筑幕墙》2018年4月总第8期杂志中。

                               

XML 地图 | Sitemap 地图