《人造板材幕墻工程技術規范》要點解析

　　石材蜂窩板石材面板抗彎強度設計值等于石材蜂窩板石材面板抗彎強度標準值fk除以石材面板材料性能分項系數γr。考慮不同復合板材質和石材面板的特點和工程經驗，《人造板材幕墻規范》規定了石材蜂窩板石材面板材料性能分項系數γr的取值，見以下表1：

　　表1 石材蜂窩板石材面板材料性能分項系數γr

　　6 人造板材幕墻面板支承連接設計

　　6.1 面板支承連接形式

　　面板支承連接形式多樣是人造板材幕墻另一大特點。規范中六種面板材料，共采用了六種支承連接形式，根據材質特性及支承連接承載能力驗證試驗，分別確定了每種面板所適宜采用的支承連接形式，如下表所示：

　　表2 面板支承連接形式

　　6.2 面板的抗彎設計

　　面板的六種支承連接形式，其受力形式分別為點支承(四點支承、多點支承)和對邊支承，都可采用有限元方法分析計算，但規范中給出了常用的四點支承和對邊支承計算公式。

　　空心陶板的截面形狀相當復雜，其最大彎曲應力標準值宜采用有限元方法分析計算，也可采用均布靜態荷載彎曲試驗結果，再將其除以陶板的材料性能分項系數1.8確定其受彎承載能力。

　　對于穿透面板支承連接的木纖維板和纖維水泥板，通常采用的是超過四點的多點支承連接，支承點位置的彎矩一般均比四點支承面板跨中彎矩要小，因此超過四點連接的面板可選擇間距最大的四點的距離作為計算跨度，參考四點支承面板公式進行近似計算。

　　6.3 面板的彎曲撓度限值

　　瓷板、陶板和微晶玻璃為彈性模量較高的脆性材料，并且其使用時的板材截面厚度比較大，面板的剛度較高，因此不需控制其彎曲變形時的撓度。但木纖維板、纖維水泥板和石材蜂窩復合板是柔性比較大材料，均需控制其彎曲變形時的撓度(見表3)。

　　表3 面板彎曲撓度限值

　　高壓熱固化木纖維板：彈性模量低，僅為玻璃的1/8，但其彎曲強度標準值約為玻璃的2倍，是高強度的延性材料，可以發生較大的變形而不致損壞，根據板材的彎曲試驗和工程實踐經驗確定撓度限值為1/60。

　　纖維水泥板：彈性模量較低，約為玻璃的1/5，而且其彎曲強度標準值約為玻璃的1/2.8，是剛度和強度均較低的材料。根據對纖維水泥板彎曲試驗結果，不同厚度的板材在斷裂破壞時的撓度為1/60～1/140,確定為1/180。

　　石材蜂窩復合板：是由脆性的超薄石材面板與鋁蜂窩芯及三種不同背板膠接而成的復合板材，有一定的柔性。根據計算和驗證試驗結果，結合工程經驗分別確定為1/120和1/180。

　　6.4 面板支承連接的受拉和受剪承載能力

　　6.4.1 背面預置螺母點支承連接的石材蜂窩板

　　石材鋁蜂窩芯復合板背面支承的異形連接螺母，是在板材工廠加工時采用膠粘劑預置，現場安裝時用連接螺栓固定。規范編制組進行了受拉和受剪的對比試驗，驗證了粘結預置連接螺母螺栓的拉拔與剪切的破壞形式和兩者承載力之間的數量關系。據此，《人造板材幕墻規范》規定，石材蜂窩板預置螺母受拉承載力和受剪承載力應經試驗確定，受拉承載力設計值等于實測預置螺母連接受拉破壞力最小值除以預置螺母連接承載力分項系數2.15，受剪承載力設計值不大于受拉承載力的0.5倍。這樣今后工程實際中就可以用拉拔的承載能力確定剪切的承載能力而省卻比較麻煩的剪切試驗。

　　6.4.2 背栓支承連接的瓷板、微晶玻璃和纖維水泥板

　　幕墻面板的背栓連接，是上世紀九十年代中期，由歐洲傳入我國的石材幕墻干掛（詞條“干掛”由行業大百科提供）方法。由于當時經驗不多，行業標準《金屬與石材幕墻工程技術規范》(JGJ 133-2001)制定時沒有將其采納。然而，由于背栓連接具有可減小面板的支承跨度、降低面板厚度、節約材料、易于更換面板、可實現多種板縫設計等優點，近年來，在石材幕墻、瓷板、微晶玻璃、纖維水泥板幕墻中得到了廣泛應用。

　　但是，背栓屬于局部的機械連接方式，背栓連接的受拉和受剪承載力，與面板和背栓的材質、背栓的品種、規格及其構造型式、錨固深度、背栓孔的加工精度和背栓的裝配質量等因素密切相關，無法進行準確的計算，只能通過試驗確定。

　　對瓷板、微晶玻璃、纖維水泥板三種面板，采用規范編制組內的慧魚、旗魚和斯泰三個背栓生產單位的三種具有不同細部構造的背栓，進行了背栓連接的拉拔和剪切承載力試驗，驗證了拉拔與剪切的破壞形式和兩者承載力之間的數量關系。

　　試驗表明：(1)介于脆性和延性材料之間的纖維水泥板，背栓拉拔試驗后均為錐形破壞，剪切試驗后均為背栓彎曲然后伴隨背栓安裝處板材局部破壞。(2)比較薄的脆性瓷板，背栓拉拔試驗后主要破壞方式為瓷板斷裂，只有一部分樣品為錐形破壞，剪切試驗后主要破壞形式為瓷板局部被撬壞、瓷板斷裂和瓷板正面被頂壞。(3)比較厚的脆性微晶玻璃板，背栓拉拔試驗主要破壞方式為微晶玻璃板斷裂，只有一部分樣品為錐形破壞，但其剪切破壞形式均為背栓產生剪切屈服破壞，個別是微晶玻璃板被局部撬壞，但在撬壞之前背栓已經屈服。(4)總體而言，背栓連接的受剪破壞荷載不大于受拉破壞荷載的0.8倍。

　　據此，《人造板材幕墻規范》規定，背栓連接的受拉承載力和受剪承載力應經試驗確定，受拉承載力設計值等于實測背栓連接受拉破壞力最小值除以背栓連接承載力分項系數2.15，受剪承載力設計值不大于受拉承載力的0.8倍。

　　7 人造板材幕墻支承結構設計

　　7.1 人造板材幕墻支承構件設計

　　人造板材幕墻的支承結構主要是鋼、鋁等金屬結構。近年來隨著我國標準體系的不斷完善，與幕墻支承結構設計有關的鋼、鋁等結構設計規范已經頒布并實施。進行幕墻構件的承載能力和穩定性設計計算時，應根據構件的材質，按國家相關現行結構設計規范進行設計。

　　因此，《人造板材幕墻規范》規定，橫梁、立柱等主要支承構件截面的抗彎強度、抗剪強度和穩定性等應符合下列要求：

　　(1)軋制或焊接鋼型材構件應符合現行國家標準《鋼結構設計規范》GB 50017的規定;

　　(2)冷彎薄壁型鋼構件應符合現行國家標準《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》GB 50018的規定;

　　(3) 鋁合金型材構件應符合現行國家標準《鋁合金結構設計規范》GB 50429的規定;

　　(4) 構件截面的抗彎強度、抗剪強度和穩定性也可采用有限元方法分析計算。

　　7.2 橫梁、立柱構件的撓度控制限值

　　現行行業標準《金屬與石材幕墻工程技術規范》JGJ 133-2001規定，鋁合金型材立柱、橫梁的撓度限值為支承跨度的1/180;鋼型材立柱、橫梁的撓度限值為支承跨度的1/300。

　　幕墻橫梁、立柱的撓度限值，是要控制幕墻面板在風荷載作用下的變形不致過大，與橫梁和立柱的材質無關，參考國外相關規范的規定和工程經驗，《人造板材幕墻規范》將幕墻橫梁和立柱的撓度控制值統一規定為其支承跨度的1/200。

　　7.3 構件型材截面壁厚控制

　　支承構件型材截面厚度是關系幕墻結構安全和材料用量的技術經濟綜合指標。根據鋼結構和鋁結構設計規范和工程經驗，《人造板材幕墻規范》作出下列表4規定：

　　表4 橫梁和立柱構件型材截面主要受力部位厚度規定(mm)

　　8 結語

　　《人造板材幕墻工程技術規范》的制定，是在對六種材質、構造和特性不同的面板材料，從建筑幕墻所需性能研究試驗開始，在編制了建筑幕墻用板材產品標準的基礎上，經過一定的理論研究和驗證試驗，參考國內外相關的標準和規范，總結近年來我國人造板材幕墻工程實踐經驗，新研制了六種新型板材非透明幕墻的工程技術規范，從術語定義、材料選用、性能設計和檢測要求、建筑構造和結構設計，到加工制作、安裝施工、工程驗收、保養和維修，為我國人造板材幕墻工程做到技術先進、安全可靠、美觀適用、環保節能而提供了全面的技術依據，填補了我國新型人造板材幕墻工程技術規范的空白，經住房和城鄉建設部審查，認為該規范總體達到了國際先進水平。

　　參考文獻

　　[1] 許正傑.黃斌.陳太農.李昆祐 等壓雨屏牆風載之研究-數值模擬與風洞實驗之比較. 中華民國建筑學會《建筑學報》第63期.2008年

　　[2] 杜繼予.包毅.竇鐵波.周萱 石材蜂窩板及其應用. 《門窗》.2011年 第8期

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