幕墙资讯：幕墙规范的新解读（四）——石材面板和金属面板的设计

玻璃之家讯：谈到石材面板和金属面板的设计，可以说幕墙，特别是玻璃幕墙是当代的一种新型墙体结构。其赋予建筑的最大特点是将建筑美学、建筑功能、建筑节能和建筑结构等因素，有机地统一起来，建筑物从不同角度呈现出不同的色调，随阳光、月色、灯光的变化，给人以动态的美，那么建筑设计和幕墙设计二则有何关系，中国幕墙网ALwindoor.com特邀“中国建筑科学研究院研究员”赵西安教授，为大家详细介绍。幕墙规范的新解读新版JGJ 133 和JGJ 102 的设计部分介绍(四)石材面板和金属面板的设计　　一、 幕墙用天然石材的分类　　幕墙用天然石材面板的分类和名称可按两个系统予以界定。　　1. 岩石的地质学分类(GB/T13890)　　石材的容重、吸水率、放射性水平等物理性能，取决于岩石的地质学分类，可按国家标准《天然饰面石材术语》GB/T13890规定(表1)。JGJ 133规范的新版本中，按此种地质学分类时均称为“岩”。　　表1 构成石材面板的岩石分类岩浆岩沉积岩变质岩喷出岩浅成岩深成岩钙镁质硅质钙镁质硅质岩石名称玄武岩辉绿岩花岗岩橄榄岩辉长岩闪长岩石灰岩白云岩凝灰岩页岩砂岩砾岩大理岩片麻岩　　2. 石材面板的商品分类(GB/T17670)　　在石材市场上，习惯了一种商品分类、编号的办法，它按国家标准《天然石材统一编号》GB/T17670进行，这种分类将晶粒相似、花纹相似的石材，以其外观感觉归并为一类，不管其岩石的形成过程和化学成分。这种分类方法便于幕墙选用商品石材。按这种分类时，规范中称之为“石”或“XX石类型”(表2)。　　表2 常用天然石板的商业类型商业类型 花岗石（词条“花岗石”由行业大百科提供） 大理石石灰石 砂岩 板石 编号GXXXXMXXXXLXXXXSXXXXPXXXX类型中包括 的岩石岩浆岩全部变质岩中的片麻岩变质岩中的大理岩沉积岩中的石灰岩、白云岩，砂岩、凝灰岩板岩、页岩　　板石类型的天然石材性能较差，不适合用作幕墙面板。　　二、 石材防水剂的选用　　表面防水（词条“防水”由行业大百科提供）处理材料可采用有机硅材料或有机氟材料。有机硅材料防水性能好，抗氧化、抗静电，但常偏碱性;有机氟材料抗氧化、防水、抗油、防污，且多为中性，但价格稍高，防水性能稍逊于有机硅防水材料。有些工程两者兼用，各刷一层。　　除非建筑上有特别要求，一般应选用透气的、不成膜的防水材料，防水材料不应改变石材的颜色和表面光泽。　　防水剂目前耐久性约为5年，应要求厂家提供使用寿命检验证明。防水剂应有可再涂刷性能，以便日后补涂。　　三、 石材面板的连接方式　　1 . 已经取消的连接方式　　JGJ 133-2001版本中列入了钢销连接，这种连接方式可靠性差，并不合理。实际上在工程中已经不采用。这次修订时取消了钢销连接方式。　　2. 同向斜挂件背面连接不宜采用　　45度上斜挂件通过石材面板背后开斜槽连接的方式(图1)不宜采用，因为：　　斜钩入槽深度很浅，施工稍有偏差，挂件就有可能没有进槽，脱出槽口外;　　斜向开槽形成尖角，石材尖角容易破损;　　两个斜构同一方向，竖向地震时石板向上跳动，容易脱出。　　3. 长槽连接工程中已经少用　　本次修订JGJ 133 规范时，原版本中的边部长槽连接方式仍然保留，因为这种连接方式在技术上还是可行的。这种连接方法在1990年代曾经使用过，例如1997年建成的深圳新时代广场，高度175m，当时国内最高，且超出规范的适用范围(图2)。这工程采用的花岗岩石板厚度30mm，长槽宽度7mm，采用4mm壁厚铝型材L形挂板（词条“挂板”由行业大百科提供），上下边通长配置。　　4. 短槽连接　　4.1 短槽连接石材幕墙经受了强震考验　　振动台试验表明，短槽连接的石材幕墙可以承受9度地震的作用。2008年汶川大地震中，短槽连接的石材幕墙表现良好，按7度抗震设计的石材幕墙基本上经受了9度地震的考验，没有发生明显的地震震害，不仅支承结构完好无损,甚至石材面板都能保持完好(图3)。　　但是正如振动台试验表明那样，与背栓连接相比，短槽连接要稍弱一些。到10度地震力输入时，短槽槽口发生破坏，而此时背拴连接完好无损(图5)。　　同样，在汶川地震中，石材幕墙总体表现良好，但个别短槽连接的板块发生了槽口掰开的破损(图6)。　　4.2 不应采用T形挂件　　短槽槽口发生破损的原因，除了短槽连接本身相对抗震（词条“抗震”由行业大百科提供）性能较弱以外，更主要的是因为这些板块采用了T形挂件或蝴蝶形挂件(图7)。这两类挂件性质相同，统称T型挂件。　　石材面板不应采用这种连接方式，其原因为：　　1)每一个挂件同时连接上下两块面板，地震时两块面板可能产生不同的振动，但又被挂件连在一起，相互影响，彼此牵扯，加之槽口处石材很薄，容易破坏;　　2) 石板破损后，更换新面板时无法直接插入，必须移动多块面板才能腾出足够宽度的空隙，新面板才能装入。这样，维修就非常困难;　　3) 当挂件刚度不足时，石板重量有可能层层下传，影响下层石板的安全。　　JGJ 133 的新版本对这个问题做出了明确的规定。　　4.3 短槽连接应采用L形挂件　　短槽连接应采用L形挂件(图9)，L形挂件(或称之为S 形挂件)每个挂件分别固定一块石材面板，拆装方便;上下石板各自独立，地震时相互不影响;也不存在自重向下传递的问题。　　挂板可采用铝型材或不锈钢材质。　　铝型材的材质应符合JGJ 133 规范的相应规定。　　幕墙中常用的不锈钢牌号为：　　S30408—06Cr19Ni10 无磁性，常用于室内正常环境，防锈性能一般;　　S31608— 06Cr17Ni12Mo2、S31603—022Cr17Ni12Mo2 无磁性，可用于室外环境， 防锈性能较好。　　使用不锈钢应有化学成分检测报告。　　4.4 短槽连接的适用范围　　根据振动台试验结果和汶川地震的经验，JGJ 133 规范新版本对短槽连接的使用范围规定为：高度100m以下的花岗石幕墙。　　非花岗石天然石材强度低，空隙多，性质软弱，开槽后剩余部分难以承受大的外力，地震中容易破损。所以不宜采用短槽连接方式。　　5 背拴连接　　5.1 背拴连接的使用范围　　背拴连接是目前石材幕墙最可靠的的面板连接方式(图10)，振动台试验表明，直到10度地震作用，连接依然有效。汶川地震中也未发现背拴连接的任何震害。　　背拴连接可以用于各种类型的石材面板。高度1 00m以下的花岗石幕墙推荐使用背拴连接，高度100m以上的花岗石幕墙应采用背拴连接;非花岗石幕墙应采用背拴连接。　　5.2 注意选用背栓的材质　　A2不锈钢背栓的材质相当于S304，只适合用于室内正常工作条件，不适合室外石材连接;A4不锈钢背栓的材质相当于S316，含合金钼，有较高的防锈性能，可用于室外开放式石材连接。　　通常建议采用较好性能的A4材质不锈钢背拴。 背拴进场时， 必须有背拴化学成分检验报告。　　四、 板 缝　　1 宜采用注胶（词条“注胶”由行业大百科提供）式板缝　　石材面板是脆性材料（词条“脆性材料”由行业大百科提供），破碎后立即坠落。作为安全的第二道防线，注胶板缝是减少石块坠落危险的有效措施。　　宜采用注胶式板缝， 100米以上高度的区域，应采用注胶式板缝。万一石板破碎，胶缝的粘结力可以减少碎石块下坠伤人的危险。如果建筑师希望突出板缝线条，可以采用深打胶。　　深圳公路大厦石材幕墙，让工人用大锤击碎石板，除直接敲碎的部分外，周边大部分石块没有掉下(图11)。　　非花岗石面板材质较差，容易破碎，应采用注胶式板缝。　　2 胶缝的宽度和厚度　　石材面板的胶缝厚度不应小于6mm。由建筑密封胶的性能要求，用于石材这样的粗糙多孔表面时，胶缝宽度不应小于厚度，再考虑石板加工安装的精度较差，所以石材幕墙的板缝宽度不应小于8mm。JGJ 133 规范按照上述要求作出相应的规定。　　3 深打胶 — 凹入式胶缝　　当建筑师要求石材幕墙立面具有空缝效果时，可以采用深打胶的方式。石材面板的厚度不小于25mm，6mm厚的密封胶可以深入板面之内，达到与空缝相似的建筑效果。通常密封胶面深入板面5mm~10mm。　　采用凹入式板缝还可以减少板缝边部位的灰尘，有利于保持石材幕墙的清洁。　　4 开放式板缝　　现在许多工程要求采用开放式板缝。开放式板缝应符合以下要求：　　1)背部空间应防止积水，要采取措施使之能顺畅排水;　　2)背部的保温材料应有防水措施，可采用金属防水衬板;　　3)背部空间应保持通风，使水汽可以排出;　　4)支承结构和连接件应采取更有效的防腐措施;　　5)石板要背面贴防坠落的玻璃纤维织物或设置粘胶（词条“粘胶”由行业大百科提供）层;　　6) 石板宜采取六面防水处理;　　7) 背面防水衬板应能承受相应的风荷载。
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