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
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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