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摘要：本文對正在編制的《建筑幕墻用背栓》CECS協(xié)會產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中技術(shù)要求提出的背景和合理性進(jìn)行探討，為背栓產(chǎn)品認(rèn)證技術(shù)要求及試驗要求的改進(jìn)提供一些參考意見。
關(guān)鍵詞：建筑幕墻背栓技術(shù)要求
一、 概述
幕墻是當(dāng)今建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主流，石材幕墻、陶瓷板及其它人造板材幕墻應(yīng)用非常廣泛。人造板幕墻面板與其支承結(jié)構(gòu)的連接方式主要有：背栓連接、槽式連接(SE短槽連接、T型掛件和L型掛件連接)和背槽連接等，其中背栓連接是比較可靠的連接，是超過100米建筑幕墻的首選連接方案。因此，背栓產(chǎn)品質(zhì)量本身，及其與支撐連接的牢固性對幕墻的安全使用有著直接的影響。
近幾年，幕墻發(fā)生一系列安全事故，一度導(dǎo)致建筑幕墻成為“公共安全問題”的焦點(diǎn)，受到國務(wù)院和住建部的關(guān)注。住建部多次組織全國范圍的幕墻安全性普查，普查結(jié)果顯示幕墻工程存在安全隱患的比例一度超過9.34%。
CECS標(biāo)準(zhǔn)《建筑幕墻用背栓》(后簡稱“該標(biāo)準(zhǔn)”)針對核心傳力構(gòu)件的背栓產(chǎn)品進(jìn)行規(guī)范，希望通過對背栓與面板連接不同連接方式(敲擊式、旋進(jìn)式和膨脹式)的差異化研究，進(jìn)而給出背栓與所連接基材的錨固要求，從而實(shí)現(xiàn)提高背栓產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)而提高建筑幕墻的工程質(zhì)量，避免導(dǎo)致幕墻存在嚴(yán)重安全隱患，危及人身安全的目標(biāo)。
在EOTA EAD 330030-2014《幕墻緊固件（詞條“緊固件”由行業(yè)大百科提供）》中，對背栓的承載力、耐久性、防火等提出了要求。背栓的安裝在石材面板的預(yù)鉆擴(kuò)底孔中，錨固變形是通過機(jī)械鎖緊來進(jìn)行控制的。
背栓的主要技術(shù)要求分為機(jī)械承載力與穩(wěn)定性、防火安全。其中，機(jī)械承載力與穩(wěn)定性具體包括承載力變形和耐久性兩方面。其中，背栓的極限抗拉或抗剪承載力應(yīng)當(dāng)通考慮石材面板的厚度、背栓的錨固深度、邊距等因素。選用的測試方法是基于以下假設(shè): 每一塊幕墻面板都被4個背栓固定，背栓的排布方式是矩形。
ASTM C1242-2016規(guī)格石料固定系統(tǒng)選擇、設(shè)計和施用指南中，背栓應(yīng)考慮用于何種石料，不同的石料類型有不同的安全系數(shù)(見下表)
表1按石料類型普遍接受的石料覆層安全因
嵌入到石板背面的錨固件通常為3/4英寸(19.1 mm)深。鉆入石板背面的兩個相對的孔與背面平面成45°角。錨固件直腿插入孔中，錨固件的形狀保持錨固件腿的接合。錨固件孔底部和石板的成品面之間的推薦的最小距離為3/8英寸(9.5 mm)。
二、 錨固性能要求的原則
1、制定基準(zhǔn)板材
背栓的錨固性能雖與其材料性能直接相關(guān)，但幕墻系統(tǒng)中，背栓與基材面板共同受力的情況下，隨著板材類型不同，其破壞形式多樣，因此為了更精準(zhǔn)的規(guī)定背栓產(chǎn)品本身的性能，有必要選取一種板材作為基準(zhǔn)板材。在本標(biāo)準(zhǔn)的編制過程中，經(jīng)研究，在一系列驗證試驗中，采用山東花崗巖G3742為基準(zhǔn)材料。
為了判斷背栓產(chǎn)品是否合格，需要設(shè)定基準(zhǔn)石材，不宜采用混凝土或鋼制模具，但石材的材性變化較大，同一品名、不同礦、或者同一礦不同批次石材的力學(xué)性能都有可能不同;為了解決該問題，一是擬以彎曲強(qiáng)度為基本指標(biāo)，采取科學(xué)方法處理數(shù)據(jù)，;二是要求對每批次石材測試其彎曲強(qiáng)度，合格與否的指標(biāo)與此有關(guān)。采用山東的石材，是因為山東位于我國中部，方便全國的測試機(jī)構(gòu)采購運(yùn)輸。
因此，在選取基準(zhǔn)花崗石板材山東五蓮豹皮花G3742或福建海滄白G3523基礎(chǔ)上，進(jìn)行了基本受拉(剪)承載力、小邊距受拉(剪)承載力等力學(xué)性能技術(shù)要求的驗證試驗。
2、基本受拉承載力
基本受拉其破壞模式應(yīng)為石材錐體破壞。基于指定石材的受拉承載力試驗值的標(biāo)準(zhǔn)值 其值應(yīng)不小于表1規(guī)定的最小受拉承載力，其滑移系數(shù) 和對數(shù)變異系數(shù) 應(yīng)滿足下列要求：
表2 基準(zhǔn)石材上的最小受拉承載力
3、 小邊距受拉承載力
小邊距受拉破壞模式應(yīng)為石材角部劈裂破壞或錐體破壞，該標(biāo)準(zhǔn)基于指定石材的小邊距受拉承載力標(biāo)準(zhǔn)值 ，其值應(yīng)不小于表1規(guī)定的最小受拉承載力。
小邊距受拉承載力，國內(nèi)其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)尚無規(guī)定，屬于首創(chuàng)。鑒于目前測試數(shù)據(jù)不多，所以本標(biāo)準(zhǔn)中只提最小承載力方面的要求，對滑移系數(shù)、變異系數(shù)不作要求;
表3 基準(zhǔn)石材上的小邊距受拉最小承載力
4、基本受剪承載力
基本受剪承破壞模式應(yīng)為石材斷裂破壞或螺桿（詞條“螺桿”由行業(yè)大百科提供）剪斷破壞。基于指定石材的受剪承載力標(biāo)準(zhǔn)值 應(yīng)不小于表3規(guī)定的最小受剪承載力。
表4 基準(zhǔn)石材上的最小受剪承載力
在該標(biāo)準(zhǔn)文本中，滑移系數(shù) 和對數(shù)變異系數(shù) 的取值參考JG/T 160-2017《混凝土用機(jī)械錨栓》以及歐洲背栓EAD-330030標(biāo)準(zhǔn)，指標(biāo)略有降低。
受剪承載力標(biāo)準(zhǔn)值的取值因為考慮到抗剪測試有2種可能的破壞模式，甚至同一批測試中可能出現(xiàn)2種模式同時存在，分3種情況給出了求承載力標(biāo)準(zhǔn)值的方法。這也是第一次在標(biāo)準(zhǔn)中出現(xiàn)，分別是：
a) 當(dāng)10個樣品全部為石材斷裂破壞時
b) 當(dāng)10個樣品全部為螺桿剪斷破壞時
c) 如果10個測試中同時有石材斷裂破壞和螺桿剪斷破壞：又分為數(shù)量大于5的破壞模式和對數(shù)量小于5的破壞模式
公式4-2，是基于目前沒有相關(guān)參考資料，歐洲、上海、北京、天津等地區(qū)的幕墻規(guī)范沒有提出判斷合格與否的指標(biāo)，本標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)最新測試數(shù)據(jù)，給出了該公式。
5、小邊距受剪承載力
小邊距抗剪測試，是第一次出現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)中，屬于首創(chuàng)。鑒于目前測試數(shù)據(jù)不多，所以本條只提最小承載力方面的要求，對滑移系數(shù)、變異系數(shù)不作要求;公式5-2是基于目前的測試數(shù)據(jù)，取基本抗剪承載力的50%。
表5 基準(zhǔn)石材上的小邊距抗剪最小受剪承載力
6、其他性能的考慮
(1)變幅脈動拉伸荷載性能
參考?xì)W標(biāo)EAD-330030，應(yīng)增加變幅脈動拉伸荷載性能的要求，指標(biāo)略有降低。性能測試時將背栓固定于指定基準(zhǔn)板材試塊中，按指定方法進(jìn)行脈動荷載下的受拉測試。在完成指定的加載循環(huán)后，背栓應(yīng)當(dāng)卸載，然后進(jìn)行拉力試驗。脈動試驗過程中位移幅度的變化量應(yīng)趨于零。
(2)凍融循環(huán)抗拉性能
根據(jù)項目特點(diǎn)、項目所在地氣候條件等因素，由業(yè)主或設(shè)計單位確定是否安排凍融循環(huán)抗拉性能測試。該標(biāo)準(zhǔn)也是在參考?xì)W標(biāo)EAD-330030的基礎(chǔ)上，指標(biāo)略有降低。測試樣品應(yīng)當(dāng)先浸入水中，然后進(jìn)行凍融循環(huán)。
(3)浸水抗拉性能
測試樣品應(yīng)當(dāng)先浸入水中，直到其到達(dá)了100%的飽和。然后要進(jìn)行常規(guī)拉力試驗。將背栓固定于指定基準(zhǔn)板材試塊中，然后將測試樣品浸入水中，達(dá)到設(shè)定的時間。在完成以上操作后，進(jìn)行拉力試驗。
(4)系統(tǒng)的抗震（詞條“抗震”由行業(yè)大百科提供）性能
背栓系統(tǒng)應(yīng)按照GB/T18575-2017《建筑幕墻抗震性能振動臺試驗方法》進(jìn)行抗震試驗，并滿足相關(guān)要求。
三、 小結(jié)
通過規(guī)范的編制，希望在解決背栓材料要求、物理性能指標(biāo)和產(chǎn)品規(guī)格等問題的同時，給出一套合理適用的幕墻用背栓產(chǎn)品性能測試方法，以及背栓與不同板材(石材、陶瓷板和其它人造板材等)連接時的承載力計算方法規(guī)范幕墻用背栓的市場，提高背栓產(chǎn)品質(zhì)量，進(jìn)而提高建筑幕墻的安全性，有效防止幕墻發(fā)生安全事故，為全社會公共安全提供保障。
作者單位：中國建筑設(shè)計研究院有限公司
