談到石材面板和金屬面板的設(shè)計(jì)，可以說幕墻，特別是玻璃幕墻是當(dāng)代的一種新型墻體結(jié)構(gòu)。其賦予建筑的最大特點(diǎn)是將建筑美學(xué)、建筑功能、建筑節(jié)能和建筑結(jié)構(gòu)等因素，有機(jī)地統(tǒng)一起來，建筑物從不同角度呈現(xiàn)出不同的色調(diào)，隨陽(yáng)光、月色、燈光的變化，給人以動(dòng)態(tài)的美，那么建筑設(shè)計(jì)和幕墻設(shè)計(jì)二則有何關(guān)系，中國(guó)幕墻網(wǎng)www.yihaowen.com特邀“中國(guó)建筑科學(xué)研究院研究員”趙西安教授，為大家詳細(xì)介紹。
幕墻規(guī)范的新解讀
新版JGJ 133 和JGJ 102 的設(shè)計(jì)部分介紹(四)
石材面板和金屬面板的設(shè)計(jì)
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(gè)系統(tǒng)予以界定。
1. 巖石的地質(zhì)學(xué)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(zhì)學(xué)分類，可按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《天然飾面石材術(shù)語(yǔ)》GB/T13890規(guī)定(表1)。JGJ 133規(guī)范的新版本中，按此種地質(zhì)學(xué)分類時(shí)均稱為“巖”。
表1 構(gòu)成石材面板的巖石
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分類 |
巖漿巖 |
沉積巖 |
變質(zhì)巖 |
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噴出巖 |
淺成巖 |
深成巖 |
鈣鎂質(zhì) |
硅質(zhì) |
鈣鎂質(zhì) |
硅質(zhì) |
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巖石名稱 |
玄武巖 |
輝綠巖 |
花崗巖
橄欖巖
輝長(zhǎng)巖
閃長(zhǎng)巖 |
石灰?guī)r
白云巖
凝灰?guī)r
頁(yè)巖 |
砂巖
礫巖 |
大理巖 |
片麻巖 |
2. 石材面板的商品分類(GB/T17670)
在石材市場(chǎng)上，習(xí)慣了一種商品分類、編號(hào)的辦法，它按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《天然石材統(tǒng)一編號(hào)》GB/T17670進(jìn)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(xué)成分。這種分類方法便于幕墻選用商品石材。按這種分類時(shí)，規(guī)范中稱之為“石”或“XX石類型”(表2)。
表2 常用天然石板的商業(yè)類型
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商業(yè)類型 |
花崗石（詞條“花崗石”由行業(yè)大百科提供） |
大理石 |
石灰石 |
砂巖 |
板石 |
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編號(hào) |
GXXXX |
MXXXX |
LXXXX |
SXXXX |
PXXXX |
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類型中包括
的巖石 |
巖漿巖全部
變質(zhì)巖中的片麻巖 |
變質(zhì)巖中的大理巖 |
沉積巖中的石灰?guī)r、白云巖， |
砂巖、凝灰?guī)r |
板巖、頁(yè)巖 |
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(yè)大百科提供）處理材料可采用有機(jī)硅材料或有機(jī)氟材料。有機(jī)硅材料防水性能好，抗氧化、抗靜電，但常偏堿性;有機(jī)氟材料抗氧化、防水、抗油、防污，且多為中性，但價(jià)格稍高，防水性能稍遜于有機(jī)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(yīng)選用透氣的、不成膜的防水材料，防水材料不應(yīng)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(yīng)要求廠家提供使用壽命檢驗(yàn)證明。防水劑應(yīng)有可再涂刷性能，以便日后補(bǔ)涂。
三、 石材面板的連接方式
1 . 已經(jīng)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(shí)際上在工程中已經(jīng)不采用。這次修訂時(shí)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?yàn)椋?/P>
斜鉤入槽深度很淺，施工稍有偏差，掛件就有可能沒有進(jìn)槽，脫出槽口外;
斜向開槽形成尖角，石材尖角容易破損;
兩個(gè)斜構(gòu)同一方向，豎向地震時(shí)石板向上跳動(dòng)，容易脫出。
3. 長(zhǎng)槽連接工程中已經(jīng)少用
本次修訂JGJ 133 規(guī)范時(shí)，原版本中的邊部長(zhǎng)槽連接方式仍然保留，因?yàn)檫@種連接方式在技術(shù)上還是可行的。這種連接方法在1990年代曾經(jīng)使用過，例如1997年建成的深圳新時(shí)代廣場(chǎng)，高度175m，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)最高，且超出規(guī)范的適用范圍(圖2)。這工程采用的花崗巖石板厚度30mm，長(zhǎng)槽寬度7mm，采用4mm壁厚鋁型材L形掛板（詞條“掛板”由行業(yè)大百科提供），上下邊通長(zhǎng)配置。
4. 短槽連接
4.1 短槽連接石材幕墻經(jīng)受了強(qiáng)震考驗(yàn)
振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)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(xiàn)良好，按7度抗震設(shè)計(jì)的石材幕墻基本上經(jīng)受了9度地震的考驗(yàn)，沒有發(fā)生明顯的地震震害，不僅支承結(jié)構(gòu)完好無損,甚至石材面板都能保持完好(圖3)。
但是正如振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)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(shí)，短槽槽口發(fā)生破壞，而此時(shí)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(xiàn)良好，但個(gè)別短槽連接的板塊發(fā)生了槽口掰開的破損(圖6)。
4.2 不應(yīng)采用T形掛件
短槽槽口發(fā)生破損的原因，除了短槽連接本身相對(duì)抗震（詞條“抗震”由行業(yè)大百科提供）性能較弱以外，更主要的是因?yàn)檫@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(zhì)相同，統(tǒng)稱T型掛件。
石材面板不應(yīng)采用這種連接方式，其原因?yàn)椋?/P>
1)每一個(gè)掛件同時(shí)連接上下兩塊面板，地震時(shí)兩塊面板可能產(chǎn)生不同的振動(dòng)，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(shí)無法直接插入，必須移動(dòng)多塊面板才能騰出足夠?qū)挾鹊目障叮旅姘宀拍苎b入。這樣，維修就非常困難;
3) 當(dāng)掛件剛度不足時(shí)，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(duì)這個(gè)問題做出了明確的規(guī)定。
4.3 短槽連接應(yīng)采用L形掛件
短槽連接應(yīng)采用L形掛件(圖9)，L形掛件(或稱之為S 形掛件)每個(gè)掛件分別固定一塊石材面板，拆裝方便;上下石板各自獨(dú)立，地震時(shí)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(zhì)。
鋁型材的材質(zhì)應(yīng)符合JGJ 133 規(guī)范的相應(yīng)規(guī)定。
幕墻中常用的不銹鋼牌號(hào)為：
S30408—06Cr19Ni10 無磁性，常用于室內(nèi)正常環(huán)境，防銹性能一般;
S31608— 06Cr17Ni12Mo2、S31603—022Cr17Ni12Mo2 無磁性，可用于室外環(huán)境， 防銹性能較好。
使用不銹鋼應(yīng)有化學(xué)成分檢測(cè)報(bào)告。
4.4 短槽連接的適用范圍
根據(jù)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果和汶川地震的經(jīng)驗(yàn)，JGJ 133 規(guī)范新版本對(duì)短槽連接的使用范圍規(guī)定為：高度100m以下的花崗石幕墻。
非花崗石天然石材強(qiáng)度低，空隙多，性質(zhì)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(dòng)臺(tái)試驗(yàn)表明，直到10度地震作用，連接依然有效。汶川地震中也未發(fā)現(xiàn)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(yīng)采用背拴連接;非花崗石幕墻應(yīng)采用背拴連接。
5.2 注意選用背栓的材質(zhì)
A2不銹鋼背栓的材質(zhì)相當(dāng)于S304，只適合用于室內(nèi)正常工作條件，不適合室外石材連接;A4不銹鋼背栓的材質(zhì)相當(dāng)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(zhì)不銹鋼背拴。 背拴進(jìn)場(chǎng)時(shí)， 必須有背拴化學(xué)成分檢驗(yàn)報(bào)告。
四、 板 縫
1 宜采用注膠（詞條“注膠”由行業(yè)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(yè)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(xiǎn)的有效措施。
宜采用注膠式板縫， 100米以上高度的區(qū)域，應(yīng)采用注膠式板縫。萬(wàn)一石板破碎，膠縫的粘結(jié)力可以減少碎石塊下墜傷人的危險(xiǎn)。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(zhì)較差，容易破碎，應(yīng)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(yīng)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(shí)，膠縫寬度不應(yīng)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(yīng)小于8mm。JGJ 133 規(guī)范按照上述要求作出相應(yīng)的規(guī)定。
3 深打膠 — 凹入式膠縫
當(dāng)建筑師要求石材幕墻立面具有空縫效果時(shí)，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(nèi)，達(dá)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(xiàn)在許多工程要求采用開放式板縫。開放式板縫應(yīng)符合以下要求：
1)背部空間應(yīng)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(yīng)有防水措施，可采用金屬防水襯板;
3)背部空間應(yīng)保持通風(fēng)，使水汽可以排出;
4)支承結(jié)構(gòu)和連接件應(yīng)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(shè)置粘膠（詞條“粘膠”由行業(yè)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(yīng)能承受相應(yīng)的風(fēng)荷載。
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