幕墙/ 外门窗抗风压变形检测的问题分析及解决措施

詹辉艇

（珠海市建设工程质量监测站，广东 珠海）

引言

在建筑幕墙、外门窗抗风压变形检测的过程中，位移计通常是通过磁吸支座吸附在架子上来实现固定的。如果不经检查确认，架子容易出现刚性不足或者受幕墙试件及其支承设施的变形、移动而受到影响，导致检测的结果数据不可靠，从而得出错误的判断及结论。

1 抗风压变形检测计算方法

抗风压性能是建筑幕墙、外门窗物理性能很重要的指标，特别是台风多发地区及热带风暴地区，直接影响到生命及财产安全。常见的幕墙类型包括构件式、单元式和全玻幕墙，也有铝板、石材幕墙、转角幕墙和组合幕墙等等。矩形玻璃面板较为多见。在变形检测中，检测立柱、横梁这些受力构件时，如图1 所示，按简支梁型式杆件测点分布；矩形玻璃面板（包括全玻幕墙）测点分布在玻璃面板中部短边上。位移计宜安装在构件的支承处和较大位移处。对于上述情况的受力构件及面板，求取面法线挠度的计算公式为：

图1 简支梁型式杆件测点分布示意

式中：fmax为构件的面法线挠度，单位为mm；a0、b0、c0为在预备加压后各测点的稳定初始读数，单位为mm；a、b、c 为在检测压力达到某级时各测点的读数，单位为mm。

从以上公式可知受力构件面法线挠度与3 个位移计的读数密切相关，其中任何一个位移计读数的变化直接影响到面法线挠度的结果，所以必须按相关要求安装固定好所有的位移计。

2 幕墙、门窗试件试验检测项目分析

（1） 试件1 为玻璃铝板组合幕墙，构件式幕墙，规格尺寸：8 030 mm×8 410 mm，风荷载标准值P3=4 300 Pa，其中铝合金型材立柱的测点间距L=3 350 mm，可计算得到试件变形检测中允许最大面法线挠度值为l/450=3 350/450=7.44 mm。经初次试验测得立柱面法线挠度数据如表1 和表2 所示，面法线挠度与压力差值的关系曲线基本呈线性状分布。然而当压力差值达到40%风荷载标准值（P1=±1 720 Pa）时，相对面法线挠度大于f0/2.5，其结果为不满足工程使用要求。经过检查分析发现位移计架子是安装在试件立柱角码的旁边，在抗风压变形检测加压的过程中，幕墙试件结构受力变形通过立柱角码传递对位移计架子产生较大的干扰。于是将位移计磁吸支座吸附在幕墙试验钢结构的主体结构上，保证位移计读数不受试件的变形影响。通过改进方案后重新测得的立柱面法线挠度数据如表3 和表4 所示，在压力差值达到40%风荷载标准值（P1=±1 720 Pa）时，相对面法线挠度小于f0/2.5。该试件在后续的反复加压检测、安全检测的试验结果也满足了工程使用要求。

表1 正压力差作用下各测点的面法线位移量

表2 负压力差作用下各测点的面法线位移量

表3 正压力差作用下各测点的面法线位移量

表4 负压力差作用下各测点的面法线位移量

（2） 试件2 为构件式玻璃幕墙，规格尺寸：4 430 mm×4 100 mm，风荷载标准值P3=3 500 Pa，其中铝合金型材立柱的测点间距L=2 730 mm，可计算得到试件变形检测中允许最大面法线挠度值为l/450=2 730/450=6.07 mm。经初次试验测得立柱面法线挠度数据如表5 和表6 所示，结果出现负值的情况。即在检测压力的作用下，立柱的弯曲变形的方向与风压方向相反，这显然与现实状况不符。经过检查分析发现架子的材质是角铁，因为跨度较大而导致刚性不足，在抗风压变形检测加压的过程中，架子会随之发生弯曲以及扭转，尤其是对中间位置的位移计的影响特别大。于是把角铁架子换成60 mm×60 mm×5 mm的钢通，保证位移计架子的刚度能够满足试验的要求。通过改进方案后重新测得的立柱面法线挠度数据如表7 和表8 所示。数据表明在检测压力的作用下，立柱的弯曲变形的方向与风压方向一致。在压力差值达到40%风荷载标准值（P1=±1 400 Pa）时，相对面法线挠度小于f0/2.5。该试件在后续的反复加压检测、安全检测的试验结果也满足了工程使用要求。

表5 正压力差作用下各测点的面法线位移量

表6 负压力差作用下各测点的面法线位移量

表7 正压力差作用下各测点的面法线位移量

表8 负压力差作用下各测点的面法线位移量

（3） 试件3 为铝合金平开窗，规格尺寸：2 740 mm×1 840 mm，面板品种为6T+12A+6T mm 中空玻璃，面板最大尺寸：宽1 315 mm×高1 665 mm，风荷载标准值P3=2 500 Pa。中间的大玻璃选取为其中的一个不利构件，面板的测点间距L=1 295 mm，可计算得到试件变形检测中允许最大面法线挠度值为l/150=1 295/150=8.63 mm。经初次试验测得第一樘玻璃面板面法线挠度数据如表9 和表10 所示，在负压力差值达到500 Pa 的时候，试件玻璃面板面法线挠度为11.21 mm，已经超过了玻璃面板变形检测中允许最大面法线挠度值8.63 mm，由此可知该樘窗抗风压性能不满足工程设计要求；第二樘玻璃面板面法线挠度数据如表11 和表12 所示，在正压力差值达到750 Pa 的时候，试件玻璃面板面法线挠度为9.92 mm，已经超过了玻璃面板变形检测中允许最大面法线挠度值8.63 mm，由此可知该樘窗抗风压性能也不满足工程设计要求；第三樘玻璃面板面法线挠度数据如表13 和表14 所示，在正、负压力差值分别达到1 000 Pa 的时候，试件玻璃面板面法线挠度分别为3.66 mm、8.52 mm，未超过玻璃面板变形检测中允许最大面法线挠度值8.63 mm。但是通过观察表13 可以发现正压力差值从250 Pa到1 000 Pa 的过程中，面法线挠度3.12 mm～3.66 mm 之间，大致呈水平线状，无线性特征。再通过观察中间测点位移2 的数据为4.54 mm～11.36 mm，而位移3 的数据为1.17 mm～12.50 mm。由此可知在正压力差作用下，位移3 读数增加的幅度比中间测点位移2 大。在正压力差值达到1 000 Pa 的时候，位移3 为12.50 mm，比位移2 的11.36 mm 大。这些情况同理论和实际情况不相符。经过检查仪器安装的状况，发现位移3 仪器的磁吸夹具松动，导致在正压力差加压过程中，位移3 仪器不断绕某个点往下滑落，标尺的伸缩量更多，所以位移3 读数增加的幅度会比较大。在风荷载的作用下，玻璃面板边缘受到型材的约束，按简支梁模型可以知道，通常而言玻璃面板中间的面法线位移量比两个端部的都要大。因此通过3 个位移计的面法线位移量数据之间的对比可以发现到试验的异常。将安装位移3 仪器的磁吸松动的夹具调节到足够紧之后，重新进行了试验，第三樘玻璃面板面法线挠度数据如表15 和表16 所示。通过对比前后表格的数据，也可以发现位移3 仪器的磁吸夹具松动对正压力差作用下面法线位移量的影响较大。

表9 正压力差作用下各测点的面法线位移量

表10 负压力差作用下各测点的面法线位移量

表11 正压力差作用下各测点的面法线位移量

表12 负压力差作用下各测点的面法线位移量

表13 正压力差作用下各测点的面法线位移量

表14 负压力差作用下各测点的面法线位移量

表15 正压力差作用下各测点的面法线位移量

表16 负压力差作用下各测点的面法线位移量

3 结论

本研究以实际工程项目为例，在幕墙、门窗抗风压变形检测过程中，位移计安装固定状况对结果带来的问题，分析了产生的原因，并提出了相应的改进措施。位移计等相关仪器设备除了必须按照标准定期检定校准外，检测人员在使用仪器前也要做好检查，保证设备不出现问题。在检测中，当发现数据不合格或者异常时，先排查是否自身操作或者仪器原因造成的，必要时需结合多次试验，也可以通过对比分析、理论联系实际等方法来查找问题根源。如果问题并非因试件自身造成，纠正之后应重新进行试验，确保试验数据的可靠有效。总结对检测结果造成干扰的外界因素，有利于不断提高建设工程质量检测人员自身的检测水平。