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陈斌
幕墙工程的发展是一个漫长的过程。早在20世纪20年代就诞生了玻璃幕墙，二战后开始被广泛使用。我国的幕墙工程行业起步较晚，伴随着改革开放的进程发展延伸。20世纪70年代，国内并没有建筑幕墙材料，常见的镀膜玻璃等都依赖进口；
进入90年代，国内的幕墙行业迎来高峰期，通过学习和引进，编制了适用国内发展的行业技术规范和标准。随后自我国加入世贸组织后，幕墙工程持续高速发展，逐步开始应用于高层或者超高层建筑，比如2003年建成的上海震旦大厦、2005年建成的上海花旗集团大厦等。幕墙工程的形式也随着材料和施工工艺的进步不断发展，从早期的明框幕墙发展成框架式幕墙，再到隐框玻璃幕墙、双层呼吸式幕墙，工艺也由钢销式、短槽式—T型托板、短槽式—SE托板、背栓式，再到不锈钢钢托板、托板+背栓式[1]。本文以现在施工技术日渐成熟的干挂陶瓷厚板幕墙为例，对其受力特点、施工工艺和质量控制等方面进行了分析比较，并在实际工程项目中得到大规模应用，填补了我国在住宅和写字楼产业化产品生产领域的空白。
根据《建筑幕墙》（GB/T21086—2007），建筑幕墙主要是指由面板与支撑结构体系组成的建筑外围保护墙。建筑幕墙不承受建筑主体结构的承力，相对于建筑主体结构可具备一定位移能力。
随着材料技术的发展，越来越多的材料被用作建筑幕墙的面板，市面上常见的面板材料就有玻璃、合金板、石材、人造板材等。本文以干挂陶瓷厚板为研究对象，干挂陶瓷厚板为人造板材，是目前市面上建筑幕墙面板中常见的材料。瓷板的制造工艺及质量应该满足《陶瓷砖》（GB/T4100）、《建筑幕墙用瓷板》（JG/T217）等国标及行业标准的规定。建筑幕墙用瓷板厚度根据不同的连接方式有不同的要求，一般背栓式连接的瓷板厚度不能低于12mm，其他连接方式的瓷板厚度不能低于13mm。
陶瓷厚板作为瓷板中的一类新型材料，主要由黏土和其他无机非金属等几种材料高温烧成而成，通常陶瓷厚板厚度小于等于15mm、表面积小于等于1.5m2，其背面的平底纹深度不超过1mm。在近年建筑市场中逐步兴起，具有抗折强度高、色差可控、耐冻融性好、抗污性好、稳定性好和后期维护成本低等明显的优势，吸水率小于0.1%，抗拉承载力大于2.0kN，抗剪承载力大于1.0kN，幕墙系统承载力标准值大于3.5Kpa，其主要性能指标均能达到国标最高等级要求，主要性能指标详见表1。
表1 陶瓷厚板幕墙的主要性能指标
市面上常见的瓷砖厚度一般在12～15mm，当被用着做幕墙时，因承受的正负压荷载小而容易损坏，安全隐患较大。背栓式干挂瓷砖植入深度为7mm，拉拔力仅能达到1.53～2.56kN，而背栓式干挂陶瓷厚板植入深度可以达到12～15mm，拉拔力可达到5.68～8.78kN，不管是植入深度还是拉拔力，均明显优于瓷砖。所以陶瓷厚板作为建筑幕墙，具有安全、耐用、适用性广等特点。
陶瓷厚板的干挂方式分为多种，本文主要研究上面上常见的三种干挂方式，即背栓式、背槽式和边槽式。本文从陶瓷厚板面板的整体受力状态、抗平面内变形能力等进行分析比较。
2.1 面板整体受力状态
建筑幕墙除了承受自重荷载外，还会承受可变荷载。可变荷载主要分为风荷载、地震作用和温度作用等三种，其中风荷载对建筑幕墙的效应最大，起控制作用，经测算，可达到2～5kPa，远大于只有0.1～0.8kPa的自重荷载[2]。地震作用和温度作用均为均布荷载，因此在设计和施工过程中选择何种干挂方式，技术人员应该综合陶瓷厚板在工作中的受力特点，选择最佳受力支撑点，使整个陶瓷厚板较大受力的弯矩相对较小，从而保障建筑幕墙的安全性。
背栓式干挂技术广泛使用在以石材、千思板、瓷板等材料作为幕墙的项目中。背栓主要分为单切面背栓和双切面背栓两种形式，其中单切面背栓是指用钻孔仪器在陶瓷厚板的背面打孔，然后安装背栓，孔底的高度应该略高于二分之一陶瓷厚板的高度，如此便可以使陶瓷厚板在受到正风压时产生的最大荷载，比在受到负风压时产生的最大荷载要小很多；
双切面背栓在开孔时，还需要在陶瓷厚板的背面打磨一个圆槽，圆槽面积要比开孔的面积小，然后安装背栓，同时在圆槽处设置一个钢垫圈，使得正风压时冲切破坏面积大于负压时的冲切破坏面积，如此双切面背栓的受力情况优于单切面背栓，可不受建筑物、高度、形式等限制，适用场景远大于单切面背栓。
背槽式干挂施工技术需要用开槽机器从陶瓷厚板的侧面进行开槽，但此工艺技术容易导致开槽处的底部和端部出现应力集中的现象，所以在计算陶瓷厚板厚度时应该扣除开槽的厚度。背槽式干挂施工技术受力主要依赖环氧树脂，所以安全性远不及其他干挂工艺。因此在2001年修订幕墙工程技术规范时删除了背槽式干挂工艺。
边槽式干挂施工技术主要利用开槽机器在陶瓷厚板的四周进行开槽来固定的，因此陶瓷厚板面板在工作时存在层层受力和抗弯性能差的现场。在2001年和2016年的幕墙工程技术规范中，规定其为单块受力，且对厚度也做出了明确的要求，增加了边槽式干挂工艺在实际工程中造价和安装难度。
2.2 抗平面内变形能力
建筑物会因为地震或者台风等不可抗力因素而发生变形，所以干挂陶瓷厚板幕墙也应该考虑形变。干挂陶瓷厚板单块板之间能独立位移，避免因地震或者台风引起形变而发生挤坏的情况。根据实际应用经验，干挂陶瓷厚板幕墙与建筑物之间的连接要求位移量应该不小于1/180，在室内的地震试验中，连接要求的位移量要求则更大一些，不应小于1/100。干挂陶瓷厚板通过背栓安装在龙骨的角码上，各个部件的连接处都应该设置缓冲垫，减少建筑物因为形变对干挂陶瓷厚板的挤压[3]。
背槽式干挂工艺主要靠环氧树脂来承载各个部件之间的扭应力和剪应力，而环氧树脂的性能逐年减弱，幕墙的安全也会随时间而降低，最后可靠性无法保证。
边槽式干挂工艺是先在陶瓷厚板四周按照设计的尺寸进行通槽或短槽切割，然后在通槽或短槽中注入环氧树脂或502胶，把陶瓷厚板固定在插板上。该种方法近似将陶瓷厚板进行了刚性连接，因此抗位移变形能力差，陶瓷厚板容易出现损伤。
3.1 陶瓷厚板加工
陶瓷厚板的加工一般分为三个步骤：对陶瓷厚板进行打孔、植入背栓和陶瓷厚板底托安装。施工中，一般采用金刚砂水磨石钻头进行陶瓷厚板打孔，打孔的孔眼形状一般为圆形。为方便后续施工，钻头到达陶瓷厚板底部后需进行扩孔处理，使得孔眼整体呈现圆锥台状，孔眼上部的面积要小于孔眼底部的面积。植背栓入的操作办法是先将陶瓷厚板水平放置在操作台上，清理孔眼，然后将被栓垂直放入孔眼，使用背栓安装机进行螺旋拧紧。植入被栓时存在不到位或者没有顶死时，禁止使用敲击等方式，应该保证背栓植入后为无应力结构。安装后应该检查背栓的安装质量，保证陶瓷厚板的外饰面完整。
3.2 陶瓷厚板打孔和爪钉连接
安装施工工艺对陶瓷厚板进行切割、倒角等加工处理，完成后进行标号，按照规格型号进行分类处理。陶瓷厚板的加工允许公差范围如表2所示。
表2 陶瓷厚板加工允许公差范围
陶瓷厚板的锚固孔一般为5mm，常用的爪钉分为1型爪钉和2型爪钉，其中1型爪钉的间距为107mm，2型爪钉的间距为110mm。1型爪钉和2型爪钉均采用45°角的形式进行连接。锚固孔底到爪钉顶端的距离非常小，通常只有1mm至2mm。为防止施工人员因钻孔机钻头过长将陶瓷厚板击穿，可以在钻头指定的位置进行标记，当钻头打到标记处时，停止钻孔。
3.3 混凝土浇筑及养护
混凝土在浇筑前，应该先进行钢筋骨架绑扎，钢筋工人应该按照要求进行施工，保证钢筋骨架成型后的质量应满足国家标准的规定。钢筋骨架在入模前，钢筋工人应轻拿轻放，钢筋骨架表面要保持整洁干净，不能产生油污或因雨水侵蚀造成锈蚀；
连接预埋件等部件，需要根据设计规范和施工要求进行施工制作，施工人员还应该对钢筋所在位置和钢筋的形式规格、混凝土保护层厚度等方面进行严格检查，确保钢筋骨架与陶瓷厚板及模板之间没有接触[4]。
浇筑的混凝土强度等级应该大于或等于C30，骨料使用轻骨料。施工人员在混凝土浇筑前，应该对隐蔽工程进行检查，达标后方可进行下一步操作。为保障混凝土的均匀和密实性，还需对混凝土进行浇筑和振捣操作，具体要求如下：
（1）在混凝土浇筑之前，预留钢筋的外漏部分和预埋件等，需进行防污染处理；
（2）为保证混凝土连续不间断地浇筑，混凝土的投料口高度应该低于60cm；
（3）混凝土浇筑过程中，应该对预埋件、模具等部件进行实时观察，避免出现形变和位移，当发现部件出现偏差时，应及时进行纠正或者更换；
（4）当气温大于25℃时，混凝土出机到浇筑完毕的延续时间不宜超过60min，当气温低于25℃时，混凝土出机到浇筑完毕的延续时间不宜超过90min。
养护方式的选择应该根据材料的性能以及施工量等因素来确定，当材料中含有保温层，采取加热养护的温度应该高于60℃。模具拆除时不能使用震动拆模的方式。
陶瓷厚板采用先订货后安装的方式进行施工，在施工前，应该根据板的尺寸去优化排板图，避免出现墙体间排板不一致的情况。对于不规则的斜墙面，大阳角和阴角的地方应该从上至下采用整体切割下来的梯形板进行干挂，相邻的不整板采取与其紧接着的整板尺寸相加后取平均值的方法，保证整个墙面没有小于半块板的情况出现。立柱和主次龙骨、立柱与基层之间的连接一定要牢固，螺栓与焊缝的尺寸与大小需通过设计计算来确定，施工时要求施焊人员持证上岗，主次龙骨材料采用镀锌钢材，其表面应进行防锈处理，焊接处也应该进行防锈处理。陶瓷厚板厚度一般在12～15mm，强度高容易破碎，钻孔和切割时因精度要求较高，所以比较严格谨慎，采用加水切割[5]。为保障整个墙面的平整度和垂直度，在陶瓷厚板安装前应在墙面进行拉线挂线，在螺栓固定前还应该再认真检查，确保每块陶瓷厚板安装得横平竖直，达到施工规范要求后，才能安装上一层的陶瓷厚板。另外陶瓷厚板之间的缝隙应该安装设计的宽度严格控制，在密封之前要清楚陶瓷厚板四周的灰尘，胶的厚度应该饱满且均匀，陶瓷厚板背后的胶要保证牢固，防止胶外溢影响墙面观感。陶瓷厚板打蜡前，板面要进行彻底清洗，水痕也要抹干，板面完全干燥后方可进行打蜡施工。
其次，安装干挂陶瓷厚板还应该符合消防要求。干挂陶瓷厚板与墙体之前有较大空隙，需要每层设置防火带，用来阻隔楼层下方的火情，具体是将用钢丝网包裹防火棉，再与次龙骨相连。最后还需要做好成品保护，干挂陶瓷厚板幕墙安装完成后，在拆除脚手架之前，还应该进行幕墙清洗，拆除脚手架时要小心谨慎，防止破坏幕墙，如有不小心造成刮花或者损坏需及时更换。
上海江湾新城项目的幕墙就是采用的陶瓷厚板背栓干挂技术，用开孔机器在陶瓷厚板后背进行开孔，开孔直径为9.5mm，扩孔直径为11.5mm，锚固深度为15mm。为确保每个孔位都满足要求，施工人员每开30～50个孔时，需要用测孔器对开孔进行测量。在陶瓷背面的孔内植入背栓，旋进锚栓，使扩压环扩大挤紧孔壁形成机械嵌固。在锚杆上安装铝合金子母挂前片。陶瓷厚板的安装应该分区域进行，保持先下后上的原则进行安装。在角钢（横龙骨）上安装角码，通过六角螺丝将子母挂后片固定在角码上。将安装好子母挂前片的陶瓷厚板抬起安装到角码上。为确保相邻两块陶瓷厚板之间缝隙的一致性，可以在每条缝隙处设置与裂隙宽度相同的一次性塑料，在陶瓷厚板打硅胶阶段取出。施工人员还应该检查陶瓷厚板的安装高度以及垂直度，如若有不满足的，还需通过调节螺丝来调整陶瓷厚板的高度以及垂直度。两块陶瓷厚板之间预留的接缝宽度一般为6mm，接缝处需进行材料填充，一般选择聚乙烯泡沫棒，按照嵌入的方式进行填充，嵌入板面的深度控制在6～ 10mm，最后再用嵌缝枪把中性硅酮胶打入缝隙内，做密封处理。
图1 上海江湾新城项目
高层或者超高层建筑一般采用石材或者瓷板作为外墙装饰。随着陶瓷厚板的研发和应用，建筑幕墙迎来了新的创新，解决了石材和瓷板在实际运用过程中存在的诸多问题，在产品安全性、耐使用性和更低成本方面就有更大的优势。本文介绍了陶瓷厚板在建筑幕墙工程中的优势，分析了干挂陶瓷厚板幕墙施工及质量控制措施，得到如下结论：
（1）背栓式干挂技术广泛使用在以石材、千思板、瓷板等材料的幕墙项目中。双切面背栓的正风压时冲切破坏面积大于负压时的冲切破坏面积，受力情况优于单切面背栓，可不受建筑物、高度、形式等限制，使用范围广。
（2）陶瓷厚板厚度一般在12～15mm，强度高容易破碎，钻孔和切割时因精度要求较高，一般采用加水切割，陶瓷厚板固定的胶的厚度应该饱满且均匀，不能外溢影响墙面观感，陶瓷厚板打蜡前，板面要进行彻底清洗，水痕也要抹干，板面完全干燥后方可进行打蜡施工。
（3）干挂陶瓷厚板与墙体之间需设置防火带，用钢丝网包裹防火棉与次龙骨相连以达到阻隔楼层下方的火情的目的，安装完成后，因拆除脚。
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