幕墻規范的新解讀（四）——石材面板和金屬面板的設計

　　談到石材面板和金屬面板的設計，可以說幕墻，特別是玻璃幕墻是當代的一種新型墻體結構。其賦予建筑的最大特點是將建筑美學、建筑功能、建筑節能和建筑結構等因素，有機地統一起來，建筑物從不同角度呈現出不同的色調，隨陽光、月色、燈光的變化，給人以動態的美，那么建筑設計和幕墻設計二則有何關系，中國幕墻網m.adsql.cn特邀“中國建筑科學研究院研究員”趙西安教授，為大家詳細介紹。

幕墻規范的新解讀

新版JGJ 133 和JGJ 102 的設計部分介紹(四)

石材面板和金屬面板的設計

　　一、 幕墻用天然石材的分類

　　幕墻用天然石材面板的分類和名稱可按兩個系統予以界定。

　　1. 巖石的地質學分類(GB/T13890)

　　石材的容重、吸水率、放射性水平等物理性能，取決于巖石的地質學分類，可按國家標準《天然飾面石材術語》GB/T13890規定(表1)。JGJ 133規范的新版本中，按此種地質學分類時均稱為“巖”。

　　表1 構成石材面板的巖石

　　2. 石材面板的商品分類(GB/T17670)

　　在石材市場上，習慣了一種商品分類、編號的辦法，它按國家標準《天然石材統一編號》GB/T17670進行，這種分類將晶粒相似、花紋相似的石材，以其外觀感覺歸并為一類，不管其巖石的形成過程和化學成分。這種分類方法便于幕墻選用商品石材。按這種分類時，規范中稱之為“石”或“XX石類型”(表2)。

　　表2 常用天然石板的商業類型

　　板石類型的天然石材性能較差，不適合用作幕墻面板。

　　二、 石材防水劑的選用

　　表面防水（詞條“防水”由行業大百科提供）處理材料可采用有機硅材料或有機氟材料。有機硅材料防水性能好，抗氧化、抗靜電，但常偏堿性;有機氟材料抗氧化、防水、抗油、防污，且多為中性，但價格稍高，防水性能稍遜于有機硅防水材料。有些工程兩者兼用，各刷一層。

　　除非建筑上有特別要求，一般應選用透氣的、不成膜的防水材料，防水材料不應改變石材的顏色和表面光澤。

　　防水劑目前耐久性約為5年，應要求廠家提供使用壽命檢驗證明。防水劑應有可再涂刷性能，以便日后補涂。

　　三、 石材面板的連接方式

　　1 . 已經取消的連接方式

　　JGJ 133-2001版本中列入了鋼銷連接，這種連接方式可靠性差，并不合理。實際上在工程中已經不采用。這次修訂時取消了鋼銷連接方式。

　　2. 同向斜掛件背面連接不宜采用

　　45度上斜掛件通過石材面板背后開斜槽連接的方式(圖1)不宜采用，因為：

　　斜鉤入槽深度很淺，施工稍有偏差，掛件就有可能沒有進槽，脫出槽口外;

　　斜向開槽形成尖角，石材尖角容易破損;

　　兩個斜構同一方向，豎向地震時石板向上跳動，容易脫出。

　　3. 長槽連接工程中已經少用

　　本次修訂JGJ 133 規范時，原版本中的邊部長槽連接方式仍然保留，因為這種連接方式在技術上還是可行的。這種連接方法在1990年代曾經使用過，例如1997年建成的深圳新時代廣場，高度175m，當時國內最高，且超出規范的適用范圍(圖2)。這工程采用的花崗巖石板厚度30mm，長槽寬度7mm，采用4mm壁厚鋁型材L形掛板（詞條“掛板”由行業大百科提供），上下邊通長配置。

　　4. 短槽連接

　　4.1 短槽連接石材幕墻經受了強震考驗

　　振動臺試驗表明，短槽連接的石材幕墻可以承受9度地震的作用。2008年汶川大地震中，短槽連接的石材幕墻表現良好，按7度抗震設計的石材幕墻基本上經受了9度地震的考驗，沒有發生明顯的地震震害，不僅支承結構完好無損,甚至石材面板都能保持完好(圖3)。

　　但是正如振動臺試驗表明那樣，與背栓連接相比，短槽連接要稍弱一些。到10度地震力輸入時，短槽槽口發生破壞，而此時背拴連接完好無損(圖5)。

　　同樣，在汶川地震中，石材幕墻總體表現良好，但個別短槽連接的板塊發生了槽口掰開的破損(圖6)。

　　4.2 不應采用T形掛件

　　短槽槽口發生破損的原因，除了短槽連接本身相對抗震（詞條“抗震”由行業大百科提供）性能較弱以外，更主要的是因為這些板塊采用了T形掛件或蝴蝶形掛件(圖7)。這兩類掛件性質相同，統稱T型掛件。

　　石材面板不應采用這種連接方式，其原因為：

　　1)每一個掛件同時連接上下兩塊面板，地震時兩塊面板可能產生不同的振動，但又被掛件連在一起，相互影響，彼此牽扯，加之槽口處石材很薄，容易破壞;

　　2) 石板破損后，更換新面板時無法直接插入，必須移動多塊面板才能騰出足夠寬度的空隙，新面板才能裝入。這樣，維修就非常困難;

　　3) 當掛件剛度不足時，石板重量有可能層層下傳，影響下層石板的安全。

　　JGJ 133 的新版本對這個問題做出了明確的規定。

　　4.3 短槽連接應采用L形掛件

　　短槽連接應采用L形掛件(圖9)，L形掛件(或稱之為S 形掛件)每個掛件分別固定一塊石材面板，拆裝方便;上下石板各自獨立，地震時相互不影響;也不存在自重向下傳遞的問題。

　　掛板可采用鋁型材或不銹鋼材質。

　　鋁型材的材質應符合JGJ 133 規范的相應規定。

　　幕墻中常用的不銹鋼牌號為：

　　S30408—06Cr19Ni10 無磁性，常用于室內正常環境，防銹性能一般;

　　S31608— 06Cr17Ni12Mo2、S31603—022Cr17Ni12Mo2 無磁性，可用于室外環境， 防銹性能較好。

　　使用不銹鋼應有化學成分檢測報告。

　　4.4 短槽連接的適用范圍

　　根據振動臺試驗結果和汶川地震的經驗，JGJ 133 規范新版本對短槽連接的使用范圍規定為：高度100m以下的花崗石幕墻。

　　非花崗石天然石材強度低，空隙多，性質軟弱，開槽后剩余部分難以承受大的外力，地震中容易破損。所以不宜采用短槽連接方式。

　　5 背拴連接

　　5.1 背拴連接的使用范圍

　　背拴連接是目前石材幕墻最可靠的的面板連接方式(圖10)，振動臺試驗表明，直到10度地震作用，連接依然有效。汶川地震中也未發現背拴連接的任何震害。

　　背拴連接可以用于各種類型的石材面板。高度1 00m以下的花崗石幕墻推薦使用背拴連接，高度100m以上的花崗石幕墻應采用背拴連接;非花崗石幕墻應采用背拴連接。

　　5.2 注意選用背栓的材質

　　A2不銹鋼背栓的材質相當于S304，只適合用于室內正常工作條件，不適合室外石材連接;A4不銹鋼背栓的材質相當于S316，含合金鉬，有較高的防銹性能，可用于室外開放式石材連接。

　　通常建議采用較好性能的A4材質不銹鋼背拴。 背拴進場時， 必須有背拴化學成分檢驗報告。

　　四、 板 縫

　　1 宜采用注膠（詞條“注膠”由行業大百科提供）式板縫

　　石材面板是脆性材料（詞條“脆性材料”由行業大百科提供），破碎后立即墜落。作為安全的第二道防線，注膠板縫是減少石塊墜落危險的有效措施。

　　宜采用注膠式板縫， 100米以上高度的區域，應采用注膠式板縫。萬一石板破碎，膠縫的粘結力可以減少碎石塊下墜傷人的危險。如果建筑師希望突出板縫線條，可以采用深打膠。

　　深圳公路大廈石材幕墻，讓工人用大錘擊碎石板，除直接敲碎的部分外，周邊大部分石塊沒有掉下(圖11)。

　　非花崗石面板材質較差，容易破碎，應采用注膠式板縫。

　　2 膠縫的寬度和厚度

　　石材面板的膠縫厚度不應小于6mm。由建筑密封膠的性能要求，用于石材這樣的粗糙多孔表面時，膠縫寬度不應小于厚度，再考慮石板加工安裝的精度較差，所以石材幕墻的板縫寬度不應小于8mm。JGJ 133 規范按照上述要求作出相應的規定。

　　3 深打膠 — 凹入式膠縫

　　當建筑師要求石材幕墻立面具有空縫效果時，可以采用深打膠的方式。石材面板的厚度不小于25mm，6mm厚的密封膠可以深入板面之內，達到與空縫相似的建筑效果。通常密封膠面深入板面5mm~10mm。

　　采用凹入式板縫還可以減少板縫邊部位的灰塵，有利于保持石材幕墻的清潔。

　　4 開放式板縫

　　現在許多工程要求采用開放式板縫。開放式板縫應符合以下要求：

　　1)背部空間應防止積水，要采取措施使之能順暢排水;

　　2)背部的保溫材料應有防水措施，可采用金屬防水襯板;

　　3)背部空間應保持通風，使水汽可以排出;

　　4)支承結構和連接件應采取更有效的防腐措施;

　　5)石板要背面貼防墜落的玻璃纖維織物或設置粘膠（詞條“粘膠”由行業大百科提供）層;

　　6) 石板宜采取六面防水處理;

　　7) 背面防水襯板應能承受相應的風荷載。

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