幕墙四性试验设计指导书.doc

第一部分 幕墙四性试验设计
一、设计参考标准
《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102-2003；
《建筑幕墙》GB/T 21086-2007；
《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》GB/T 15227-2007；
《建筑幕墙平面内变形性能检测方法》GB/T 18250-2000；
其它相应地方标准。
注：《建筑幕墙》GB/T 21086-2007取代《建筑幕墙物理性能分级》GB/T 15225-94，《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》GB/T 15227-2007取代《建筑幕墙空气渗漏性能检测方法》GB/T 15226-94、《建筑幕墙风压变形性能检测方法》GB/T 15227-94、《建筑幕墙雨水渗漏性能检测方法》GB/T 15228-94。
二、幕墙的四项物理性能及分级标准
1、幕墙的四项物理性能（引自《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》GB/T 15227-2007）
幕墙的四项物理性能包括：气密性能、水密性能、抗风压性能、平面内变形性能。检测顺序宜按照气密、抗风压变形P1、水密、抗风压反复受压P2、安全检测P3、平面内变形的顺序进行。
气密性能：检测100Pa压力差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；
水密性能：检测幕墙试件发生严重渗漏时的最大压力差值；
抗风压性能：检测变形不超过允许值且不发生结构损坏的最大压力差值；
平面内变形性能：检测幕墙不发生结构破坏的最大的层间位移角。
2、分级标准
表1.1 建筑幕墙开启部分气密性能分级表（GB/T 21086-2007第5.1.3.2条）
分级代号
1
2
3
4
分级指标值
qL(m3/m*h)
4.0≥qL＞2.5
2.5≥qL＞1.5
1.5≥qL＞0.5
qL≤0.5
表1.2 建筑幕墙整体气密性能分级表（GB/T 21086-2007第5.1.3.3条）
分级代号
1
2
3
4
分级指标值qA(m3/m*h)
4.0≥qA＞2.0
2.0≥qA＞1.2
1.2≥qA＞0.5
qA≤0.5
表2 建筑幕墙水密性能分级表（GB/T 21086-2007第5.1.2.2条）
分级代号
1
2
3
4
5
分级指标值
固定部分
500≤ΔP＜700
700≤ΔP＜1000
1000≤ΔP＜1500
1500≤ΔP＜2000
ΔP≥2000
ΔP（Pa）
可开启部分
250≤ΔP＜350
350≤ΔP＜500
500≤ΔP＜700
700≤ΔP＜1000
ΔP≥1000
注：5级时需同时标注固定部分和开启部分ΔP的测试值。
表3 建筑幕墙抗风压性能分级表（GB/T 21086-2007第5.1.1.4条）
分级代号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
分级指标值P3（kPa）
1.0≤P3＜1.5
1.5≤P3＜2.0
2.0≤P3＜2.5
2.5≤P3＜3.0
3.0≤P3＜3.5
3.5≤P3＜4.0
4.0≤P3＜4.5
4.5≤P3＜5.0
P3≥5.0
注：1) 表中P3不应小于WK；
2) 9级时需同时标注P3的测试值，如：属9级(5.5KPa)；
3) 分级指标值P3为正、负风压测试值绝对值的较小值。
表4 建筑幕墙平面内变形性能分级表（GB/T 18250-2000第5.1.6.2条）
分级代号
1
2
3
4
5
分级指标值γ
γ＜1/300
1/300≤γ＜1/200
1/200≤γ＜1/150
1/150≤γ＜1/100
γ≥1/100
注：表中分级指标为建筑幕墙层间位移角。
三、幕墙四性试验专项要求（引自《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102-2003）
1、玻璃幕墙的性能检测，应由国家认可的检测机构实施。检测试件的材质、构造、安装施工方法应与实际工程相同。
2、幕墙性能检测中，由于安装缺陷使某项性能未达到规定要求时，允许在改进安装工艺、修补缺陷后重新检测。检测报告中应叙述改进的内容，幕墙工程施工时应按改进后的安装工艺实施；由于设计或材料缺陷导致幕墙性能检测未达到规定值域时，应停止检测，修改设计或更换材料后，重新制作试件，另行检测。
四、幕墙四性试验设计过程
由于每个工程的业主、顾问及监理单位各不相同，导致每个工程的幕墙试验设计过程不尽相同。对于要求按国标检测的工程，其幕墙四性试验设计过程一般可分为以下几个主要步骤：
a、选取试验样板；
b、计算四项物理性能的相关数据，确定各项性能的级别；
c、根据选取的试验样板，选择合适的实验室检测试架；
d、出试验施工图、加工图、提料单及加工安装交底文件。
对于某个工程的国标四性试验的设计，需要根据该工程的具体情况，确定需要用到以上步骤中的哪几个步骤。
（一）、试验样板的选取
1、试件选取部位
如招标文件中已规定了试验样板的选取部位及幕墙形式，则按招标文件选取；如招标文件中没有指明，则需与业主、监理、顾问协商选取。
一般情况下，选取部位应为工程中最不利分格及最不利位置，且试件应具有一定的代表性。
2、试件要求（引自《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》GB/T 15227-2007）
1）试件规格、型号和材料等应与图纸一致，试件的安装应符合设计要求，不得加设任何特殊附件或采取其他措施。
2）试件应有足够的尺寸和配置，代表典型部分的性能。
3）试件应包括典型的垂直接缝、水平接缝和可开启部分，并使试件上可开启部分占试件总面积的比例与实际工程接近。
4）构件式幕墙试件宽度至少应包括一个承受设计荷载的典型垂直承力构件。试件高度不宜小于一个层高，并应在垂直方向上有两处或两处以上与支撑结构相连接。试件的组装和安装时的受力状况应和实际使用情况相符。
5）单元式幕墙试件应至少有一个与实际工程相符的典型十字接缝，并应有一个单元的四边形成与实际工程相同的接缝；
6）全玻璃幕墙试件应有一个完整跨距高度，宽度应至少有两个完整的玻璃宽度或三个玻璃肋。
7）点支承幕墙试件应满足以下要求：
a）至少应有四个与实际工程相符的玻璃板块或一个完整的十字接缝，支承结构至少应有一个典型承力单元。
b）张拉索杆体系支承结构应按照实际支承跨度进行测试，预张拉力应与设计相符，张拉索杆体系宜检测拉索的预张力。
c）当支承跨度大于8m时，可用玻璃及支承装置的性能测试和支承结构的结构静力试验模拟幕墙系统的测试。玻璃及其支承装置的性能测试至少应检测四块与实际工程相符的玻璃板块及一个典型十字接缝。
d）采用玻璃肋支承的点支承幕墙同时应满足全玻璃幕墙的规定。
（二）、幕墙四项物理性能的计算
如招标文件中对幕墙的四项物理性能的检测级别有规定，则四项物理性能的级别应为招标文件中规定的级别；如招标文件中没有相应规定，则四项物理性能的级别需按照下面的方法计算确定。
玻璃幕墙的性能设计应根据建筑物的类别、高度、体型以及建筑物所在的地理位置、气候、环境等条件进行确定。

1、 气密性能（引自《建筑幕墙》GB/T 21086-2007）
1）气密性能指标应符合《民用建筑热工设计规范》GB50176、《公共建筑节能设计标准》GB50189、《采暖居住建筑节能检验标准》JGJ132、《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》JGJ134、《民用建筑节能设计标准》JGJ26的有关规定，并满足相关节能标准的要求。一般情况可按表5的规定确定。
表5建筑幕墙气密性能设计标准一般规定
地区分类
建筑层数、高度
气密性能分级
气密性能指标小于
开启部分qL (m3/m*h)
幕墙整体qA勤(m3/m*h)
夏热冬暖地区
10层以下
2
2.5
2.0
10层及以上
3
1.5
1.2
其它地区
7层以下
2
2.5
2.0
7层及以上
3
1.5
1.2
2) 开放式建筑幕墙的气密性能不做要求。
2、水密性能（前三条引自《建筑幕墙》GB/T 21086-2007，第四条引自《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》GB/T 15227-2007）
玻璃幕墙的水密性能按下列方法设计：
1) 《建筑气候区划标准》GB50178中ⅢA和ⅥA地区，即热带风暴和台风多发地区按下式计算，且固定部分不宜小于1000Pa，可开启部分与固定部分同级；
P=1000μZμcwO
式中 P——水密性能指标，单位：Pa；
μZ——风压高度变化系数，应按《建筑结构荷载规范》GB50009的有关规定采用；
μc——风力系数，可取1.2；
wO——基本风压（kN/m2），应按《建筑结构荷载规范》GB50009的有关规定采用。
2) 其它地区可按1)条计算值的75%进行设计，且固定部分取值不宜低于700Pa，可开启部分与固定部分同级。
3) 开放式建筑幕墙的水密性能可不做要求。
4) 水密性能最大检测压力峰值P应不大于抗风压安全检测压力值P3。其中P3=2.5P1,P1可近似取最不利受力构件的相对面法线挠度值达到f0/2.5或绝对挠度达到20mm（跨距超过4500mm时为30mm）时，相应的试件表面承受的均布荷载值。
5）水密性能检测级别计算例题：
例1：求台州市椒江区一建筑幕墙（B类、100m高）的水密性能。
解：台州市属热带风暴和台风地区
P=1000μZμcwO=1000×2.09×1.2×0.55=1379 N/m2
1000≤1379＜1500 为3级
例2：求沈阳市一建筑幕墙（B类、100m高）的水密性能。
解：沈阳市属非热带风暴和台风地区
P=0.75×1000μZμcwO=0.75×1000×2.09×1.2×0.55=1035N/m2
1000≤1035＜1500 为3级
3、抗风压性能（前三条引自《建筑幕墙》GB/T 21086-2007）
1) 幕墙的抗风压性能指标应根据幕墙所受的风荷载标准值Wk确定，其指标值不应低于Wk，且不应小于1.0KPa。Wk的计算应符合《建筑结构荷载规范》GB50009的规定。
2）在抗风压性能指标值作用下，幕墙的支承体系和板面的相对挠度和绝对挠度不应大于表6的要求。
表6幕墙的支承结构、板面的相对挠度和绝对挠度要求
支承结构类型
相对挠度（L跨度）
绝对挠度（mm）
构件式玻璃幕墙
单元式幕墙
铝合金型材
L/180
20(30)*
钢型材
L/250
20(30)*
玻璃板面
短边距/60
—
石材幕墙
金属板幕墙
人造板材幕墙
铝合金型材
L/180
—
钢型材
L/250
—
点支承玻璃幕墙
钢结构
L/250
—
索杆结构
L/200
—
玻璃板面
长边孔距/60
—
全玻璃幕墙
玻璃肋
L/200
—
玻璃板面
跨距/60
—
*括号内数字适用于跨距超过4500mm的建筑幕墙产品。
3) 开放式建筑幕墙的抗风压性能应符合设计要求。
4）《建筑结构荷载规范》GB50009中有关围护结构Wk的计算方法：
Wk=βgzμslμzW0
Wk——风荷载标准值；
βgz——高度z处的阵风系数；
μsl——局部风压体型系数；
μZ——风压高度变化系数；
W0——基本风压。
《建筑结构荷载规范》GB50009（2006年版）规定局部风压体型系数按构件从属面积取值，这样同一处幕墙面板和立柱WK值不同。国家标准《建筑幕墙》（代替《建筑幕墙》JG3035和《建筑幕墙物理性能分级》GB/T15225）已对面板和立柱分别规定了检测要求（见表6），因此面板和立柱分别按各自的WK确定幕墙风压变形性能分级值。同时还要对墙面区和墙角区面板和立柱分别按各自的WK确定幕墙风压变形性能分级值。如果一个高层建筑分段计算WK，就要对每段墙面区和墙角区面板和立柱分别按各自的WK确定幕墙风压变形性能分级值。检测时可由甲、乙双方在合同中约定检测数量（部位），如果用料规格一样时，按最不利一组WK检测。
5）抗风压性能级别计算例题
例：求台州市椒江区一建筑幕墙（B类、150m高）的抗风压性能（面板3m2，支承结构8m2）。
解：100m以上（150m） βg= 1.42 μZ=2.38
墙角区 面板μSl= - 1.828 支承结构μSl= - 1.675
墙面区 面板 μSl= - 1.105 支承结构μSl= - 1.019
墙角区 面板 Wk =βgμZμSlW0 =1.42×2.38×1.828×0.55=3398KN/m2
3.0≤3.398＜3.5 为5级
支承结构 Wk =βgμZμSlW0 =1.42×2.38×1.675×0.55=3.113KN/m2
3.0≤3.113＜3.5 为5级
墙面区 面板 Wk =βgμZμSlW0 =1.42×2.38×1.105×0.55=2.054KN/m2
2.0≤2.054＜2.5 为3级
支承结构 Wk =βgμZμSlW0 =1.42×2.38×1.019×0.55=1.894KN/m2
1.5≤1.894＜2.0 为2级
100m及100m以下 βg=1.6 μZ=2.09
墙角区 面板μSl= - 1.828 支承结构μSl= - 1.675
墙面区 面板μSl= - 1.105 支承结构μSl= - 1.019
墙角区 面板 Wk =βgμZμSlW0 =1.6×2.09×1.828×0.55=3.362KN/m2
3.0≤3.362＜3.5 为5级
支承结构 Wk =βgμZμSlW0 =1.6×2.09×1.675×0.55=3.081KN/m2

3.0≤3.081＜3.5 为5级
墙面区 面板 Wk =βgμZμSlW0 =1.6×2.09×1.105×0.55=2.032KN/m2
2.0≤2.032＜2.5 为3级
支承结构 Wk =βgμZμSlW0 =1.6×2.09×1.019×0.55=1.874KN/m2
1.5≤1.874＜2.0 为2级
4、平面内变形性能（引自《建筑幕墙》GB/T 21086-2007）
1）建筑幕墙平面内变形性能以建筑幕墙层间位移角为性能指标。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可按表7的规定执行。
表7主体结构楼层最大弹性层间位移角
建筑高度
结构类型
建筑高度H(m)
H≤150
150＜H≤250
H＞250
钢筋混凝土结构
框架
1/550
—
—
板柱-剪力墙
1/800
—
—
框架-剪力墙、框架-核心筒
1/800
线性插值
—
筒中筒
1/1000
线性插值
1/500
剪力墙
1/1000
线性插值
—
框支层
1/1000
—
—
多、高层钢结构
1/300
注：1）表中弹性层间位移角=Δh，Δ为最大弹性层间位移量，h为层高；
2）线性插值系指在建筑高度150m～250m间，层间位移角取1/800（1/1000）与1/500线性插值。
2）建筑幕墙应满足所在地抗震设防烈度的要求。对有抗震设防要求的建筑幕墙，其试验样品在设计的试验峰值加速度条件下不应发生破坏。具备下列条件之一时应进行振动台抗震性能试验或其他可行的验证试验。
a)幕墙板面为脆性材料，且单块面板面积或厚度超过现行标准或规范的限制；
b)幕墙板面为脆性材料，且与后部支承结构的连接体系为首次应用；
c)幕墙应用高度超过标准或规范规定的高度限制；
d)幕墙所在地区为9度设防烈度。
3)平面内变形性能级别计算例题
例1：求台州市椒江区一建筑幕墙（钢筋混凝土框架-剪力墙结构、高160m）的平面内变形性能。
解：台州市设计基本地震加速度 ＜0.05g，为非抗震设防地区
γ=1/500-[（1/500-1/800）/（250-150）]×（160-150）=1/519
1/519＜1/300 为1级
例2：求沈阳市一建筑幕墙（钢筋混凝土框架结构-剪力墙结构、高160m）的平面内变形性能。
解：沈阳市设计基本地震加速度 0.10g属抗震设防地区
γ=3/500-[（3/500-3/800）/（250-150）]×（160-150）=1/173
1/200≤1/173＜1/150 为3级
（三）、试验试架的选取
根据试验样板的尺寸，结合实验室试架图（本指导书“实验室试架及设备简介”中的试架图），参考下列选取原则，确定最终试架。
1、如业主或顾问指定实验室，则选用指定实验室的试架。
2、如业主或顾问没有指定实验室，则根据试验样板的尺寸选择较小的试架。
一方面，试架尺寸大，试验样板尺寸小，会导致封边面积较大，气密性能会相对较低，因为气密性能检测时，封边部分的漏气量亦计算在幕墙的漏气量中；另一方面，实验室是根据试架的尺寸收费，而不是根据试验样板的尺寸收费的，故试架越大检测费用越高。
所以根据试验样板的尺寸，尽量选择较小尺寸的试架，这样一方面封边面积小，气密性能较高，另一方面检测费用较低。
3、如试验样板为异形样板（指幕墙外表面为非平面的样板）或尺寸超出常规试架（指本指导书“实验室试架及设备简介”中的试架）尺寸的样板，或试验样板形式为点支式幕墙、全玻幕墙、双层幕墙等特殊形式的样板，则需实验室根据试验样板焊制满足使用要求的试架，请设计师提前与总工办检测部沟通，以便检测部提前与实验室联系，焊制出符合设计师要求的试架。
（四）、出图与提料注意事项
1、四性试验施工图应包括:设计说明、试验大样图、节点图。
设计说明应至少包括：依据标准、试件要求、检测内容及标准、附表几个组成部分。其中，检测内容及标准中应包括，气密性能、水密性能、抗风压性能、平面内变形性能的检测级别及参考的国家规范，抗风压性能中要注明该工程的风荷载标准值。附表中应包括气密性能、水密性能、抗风压性能、平面内变形性能的分级列表。
试验大样图应包括大样图、封边角钢布置图、典型的横剖图及纵剖图。
节点图应包括幕墙典型的固定部分的节点图、开启部分的节点图、试验样板与试架间封边部分的节点图、锁点布置图。锁点布置图中应注明锁点的数量及布置位置。
2、试架的可移动横梁特定的调节方式，决定了试验用钢转接件上的长圆孔方向与实际工程用钢转接件上的长圆孔方向可能不同，设计师在出图过程中应多加留意。
3、如果试件的尺寸不能填满整个试架，试验样板与试架间采用封修的方式，但封修部分必须保证密封严密，且其强度应能满足试验要求。封修板材推荐使用铝塑板或铝单板，其密封性能优于大芯板。铝塑板（铝单板）背部角钢的型号、加劲角钢最大间距，铝塑板（铝单板）的厚度以及固定铝塑板（铝单板）所用自钻自攻钉的间距等需根据检测风压大小计算确定。一般情况可按表8确定。
表8 封边角钢及板材选用表
风荷载标准值(KPa)
角钢尺寸
(mm)
加劲角钢最大间距(mm)
自钻自攻钉间距(mm)
铝塑板厚度
(mm)
WK＜1.5
40×40
800
300
3
1.5≤WK＜2
40×40
700
300
3
2≤WK＜2.5
40×40
600
300
4
2.5≤WK＜3
50×50
500
250
4
3≤WK＜3.5
50×50
400
250
4
3.5≤WK＜4
50×50
300
200
4
WK≥4
铝单板封边，特殊处理。
注：此表仅供参考，如果封边尺寸较小，加劲角钢的间距可适当放大。当风荷载标准值较大时，需考虑在自钻自攻钉的钉帽处加垫片或角铝，因为当风荷载标准值较大时，经常出现因铝塑板的强度不够，铝塑板在自钻自攻钉处被拉豁的现象。
4、工程中单元式幕墙若有封边铝料，则试验样板应带上封边铝料，与实际工程保持一致。
5、点支式幕墙、全玻幕墙、双层幕墙、特殊造型的幕墙等需改造箱体的试验，设计师应提前与检测部协商方案。
6、对于特大型试验，设计部需组织召开试验施工图评审会。
7、试验施工图中所有材料均需设计师提料，包括自攻钉、六角法兰面自钻自攻钉、M6及M6以下螺栓、焊条、硅胶皮等。
8、试验样板封边用自钻自攻钉，建议采用ST4.2*30的六角法兰面自钻自攻钉，该钉的钉帽截面面积较大，与封边铝塑板的接触面积大，且配有塑料胶垫，固定效果较理想。
9、试验样板加工安装过程中的材料损耗较大，考虑到防止意外材料损坏而影响试验进度，所有材料均按双倍数量提料，但是首加工时先按单倍数量加工。
10、设计师需要给出文字性的加工交底及安装交底，指出加工和安装过程中的重要控制点和注意事项。
11、幕墙四性试验施工图纸，要求打印或复印成5份A4白图，由设计师、部长、总助签好字后，送到资料员处。
12、设计师绘制完试验施工图后，将电子版传至总工办检测部，待审核无误后再正式发图。最后将试验最终电子版施工图、加工图、提料单、加工安装交底等相关资料传至总工办检测部存档。
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