1、幕墻標準的新解讀4 石材面板和金屬面板的設計 趙西安 中國建筑科學研究院北京 100013 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系統予以界定. 1 .巖石的地質學分類GB/T13890 石材的容重、吸水率、放射性水平等物理性能,取決于巖石的地質學分類,可按國家標準?天然飾面石材術語?GB/T13890規定表1.JGJ133標準的新版本中,按此種地質 學分類時均稱為“巖. 表1構成石材面板的巖石 分類 巖漿巖 沉積巖 變質巖 噴出巖 淺成巖 深成巖 鈣鎂質 硅質 鈣鎂質 硅質 巖石名稱 幺武石 輝綠巖 花 崗 巖 橄欖 巖 輝 長巖閃長巖 石灰巖白云巖凝灰巖頁巖 砂

2、巖 * 大理巖 片麻后 2 .石材面板的商品分類GB/T17670 在石材市場上,習慣了一種商品分類、編號的方法,它按國家標準?天然石材統一編號GB/T17670進行,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成分.這種分類方法便于幕墻選用商品石材.按這種分類時,標準中稱之為“石或“XX石類型表2. 表2常用天然石板的商業類型 商業類型 花崗石 大理石 石灰心 砂巖 板石 編 R GXXXX MXXXX LXXXX SXXXX PXXXX 類型中包括的巖石 巖漿巖全部變質巖中的片麻后 變質巖中的大理巖 沉積巖中的 石灰巖、白玄巖, 砂巖、凝灰巖 板

3、巖、頁巖 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 外表防水處理材料可采用有機硅材料或有機氟材料.有機硅材料防水性能好,抗氧化、 抗靜電,但常偏堿性；有機氟材料抗氧化、防水、抗油、防污,且多為中性,但價格稍高,防水性能稍遜于有機硅防水材料.有些工程兩者兼用,各刷一層. 除非建筑上有特別要求,一般應選用透氣的、不成膜的防水材料,防水材料不應改變石材的顏色和外表光澤. 防水劑目前耐久性約為5年,應要求廠家提供使用壽命檢驗證實.防水劑應有可再涂刷性能,以便日后補涂. 三、 石材面板的連接方式 1 .已經取消的連接方式 JGJ133-2001版本中列入了鋼銷連接,這種連

4、接方式可靠性差,并不合理.實際上在工程中已經不采用.這次修訂時取消了鋼銷連接方式. 2.同向斜掛件反面連接不宜采用 4 5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 , 由 于 : 斜鉤入槽深度很淺,施工稍有偏差,掛件就有可能沒有進槽,脫出槽口外;斜向開槽形成尖角,石材尖角容易破損； 兩個斜構同一方向,豎向地震時石板向上跳動,容易脫出. 圖 1 同向上斜掛件連接容易脫出,不宜采用 3. 長槽連接工程中已經少用 本次修訂JGJ133標準時,原版本中的邊部長槽連接方式仍然保存,由于這種連接方式在技術上還是可行的.這種連接方法在1990年

5、代曾經使用過,例如1997年建成的深圳 新時代廣場,高度175m,當時國內最高,且超出標準的適用范圍.這工程采用的花崗巖石板厚度30mm,長槽寬度7mm,采用4mm壁厚鋁型材L形掛板,上下邊通長配置. 4. 短槽連接 短槽連接石材幕墻經受了強震考驗 振動臺試驗說明,短槽連接的石材幕墻可以承受9度地震的作用.2021年汶川大地 震中,短槽連接的石材幕墻表現良好,按7度抗震設計的石材幕墻根本上經受了9度地震的考驗,沒有發生明顯的地震震害,不僅支承結構完好無損,甚至石材面板都能保持完好. 但是正如振動臺試驗說明那樣,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,短槽槽口發生破壞,而此時

6、背拴連接完好無損. 同樣,在汶川地震中,石材幕墻總體表現良好,但個別短槽連接的板塊發生了槽口掰開的破損. 不應采用T形掛件 短槽槽口發生破損的原因,除了短槽連接本身相對抗震性能較弱以外,更主要的是因 為這些板塊采用了T形掛件或蝴蝶形掛件圖2、圖3.這兩類掛件性質相同,統稱T型掛件. 圖 2T 形掛件 圖 3 蝴蝶形掛件 石材面板不應采用這種連接方式,其原由于： 1每一個掛件同時連接上下兩塊面板,地震時兩塊面板可能產生不同的振動,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,更換新面板時無法直接插入,必須移動多塊面板才能騰出足夠寬度的空隙,新面板才能裝入.

7、這樣,維修就非常困難； 3當掛件剛度缺乏時,石板重量有可能層層下傳,影響下層石板的平安. JGJ133的新版本對這個問題做出了明確的規定. 短槽連接應采用L形掛件 短槽連接應采用L形掛件圖4,L形掛件或稱之為S形掛件每個掛件分別固定一塊石材面板,拆裝方便；上下石板各自獨立,地震時相互不影響；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. 鋁型材的材質應符合JGJ133標準的相應規定. 幕墻中常用的不銹鋼牌號為： S3040806Cr19Ni10無磁性,常用于室內正常環境,防銹性能一般； S31608-06Cr17Ni12Mo2、S31603022Cr17Ni12Mo2無磁性,可用

8、于室外環境, 防銹性能較好. 使用不銹鋼應有化學成分檢測報告. 短槽連接的適用范圍 根據振動臺試驗結果和汶川地震的經驗,JGJ133標準新版本對短槽連接的使用范圍規 定為：高度100m以下的花崗石幕墻. 非花崗石天然石材強度低,空隙多,性質軟弱,開槽后剩余局部難以承受大的外力,地震中容易破損.所以不宜采用短槽連接方式. 5 背拴連接 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5,振動臺試驗說明,直到10 度地震作用,連接依然有效.汶川地震中也未發現背拴連接的任何震害. 圖 5 背拴連接 連接,高度100m以上的花崗石幕墻應采用背拴連接；非花崗石幕墻應采用背拴連接.背拴連

9、接可以用于各種類型的石材面板.高度 100m以下的花崗石幕墻推薦使用背拴 圖 4L 形S 形掛板 四、 高度100m以上的花崗石幕墻 注意選用背栓的材質 A2不銹鋼背栓的材質相當于S304,只適合用于室內正常工作條件,不適合室外石材連接；A4不銹鋼背栓的材質相當于S316,含合金鋁,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材質不銹鋼背拴.背拴進場時,必須有背拴化學成分檢 驗報告. 四、板縫 1 宜采用注膠式板縫 石材面板是脆性材料,破碎后立即墜落.作為平安的第二道防線,注膠板縫是減少石塊墜落危險的有效舉措. 宜采用注膠式板縫,100米以上高度的區域,應采用注膠式

10、板縫.萬一石板破碎, 膠縫的粘結力可以減少碎石塊下墜傷人的危險.如果建筑師希望突出板縫線條,可以采用深 打膠. 非花崗石面板材質較差,容易破碎,應采用注膠式板縫. 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外表時,膠縫寬度不應小于厚度,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小于8mmoJGJ133標準根據上述要求作出相應的規定. 3 深打膠一凹入式膠縫 當建筑師要求石材幕墻立面具有空縫效果時,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,到達與空縫相似的建筑效果.通常密封膠面深

11、入板面5mm10mm. 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 現在許多工程要求采用開放式板縫.開放式板縫應符合以下要求： 1背部空間應預防積水,要采取舉措使之能順暢排水； 2背部的保溫材料應有防水舉措,可采用金屬防水襯板； 3背部空間應保持通風,使水汽可以排出； 4支承結構和連接件應采取更有效的防腐舉措； 5石板要反面貼防墜落的玻璃纖維織物或設置粘膠層； 6石板宜采取六面防水處理； 7反面防水襯板應能承受相應的風荷載. 十多年來,我們通過大量的工程實踐已經積累了超高花崗石石幕墻豐富的設計施工 經驗.應該可以說,現在超高花崗石幕墻的設計施工技術已經

12、相當成熟.因此JGJ133標準 的新版本中,第1.0.2條已修改為“本標準適用于設防烈度為6、7、8度的民用建筑石材幕墻工程,JGJ13M范將適用于花崗石幕墻的全部高度. 但是,應用超過100m高的花崗石幕墻還需要有相應的技術舉措. 1)應對高度超過100m的工程采用花崗石幕墻進行技術分析,對其設計方案進行可 行性評估,對其增強舉措作出明確規定. 2)保證石材的質量： 認真考察石材原礦,保證石材有足夠儲量,有挑選的余地.石材各項物理力學指標經檢驗合格. 花崗石抗彎強度平均值不小于12N/mm2,最小值不小于10N/mm2. 花崗石吸水率不大于. 石材面板不得有裂縫、軟弱礦脈 3) 增強進場石材

13、檢驗,每批進場石材均須做抗彎強度檢驗；每塊石板均須進行外 觀檢查. 4) 花崗石板最小厚度為30mmo其允許偏差按國家標準采用.但不應當有意生產全部為負偏差的薄型產品. 5) 花崗巖石板100m以下宜采用背栓連接,100m以上應采用背栓連接.背栓不銹鋼材質不應低于A4(S316). 6)平安舉措 采用注膠式板縫時花崗石板背部宜加貼玻璃纖維布等材料以防石板破碎墜落.采 用膠條嵌縫和開放式板縫時,所有花崗石板反面均應加貼玻璃纖維布. 附著于主板上的小塊石板應設金屬件與主板連接,宜采用角碼背栓連接. 造型線條、窗口上方的倒掛石板宜采用鋁蜂窩復合石板.采用實心石板時應采用 背栓連接. 宜采用注膠板縫.

14、 石材幕墻下方2m3m范圍內宜設置綠化、水池等隔離帶,不宜設置停車位和可能吸引行人停留的商業設施.出入口應設雨蓬. 五、非花崗石幕墻 JGJ133-2001標準原版本并未列入非花崗石幕墻的規定,由于上世紀九十年代時只采用花崗石作為石材幕墻的面板材料,其他石材由于性能較差,被認為不適合于石材幕墻. 此后十多年間,已經建成了數量很多的砂巖、洞石的幕墻工程,其中有些還到達150m 以上的高度.這些工程在當時是超標準的,所以都進行了專門的技術論證,采取了相應的技 術增強舉措. 這十多年工程經驗的積累,為JGJ133標準修訂準備了條件,標準新版本參加了非花崗 石幕墻的內容. 考慮到非花崗石材質較差,超高

15、工程的經驗不多,所以標準新版本同時也規定了高度超 過100m的石材幕墻應采用花崗石.也就是說,JGJ133標準新版本只適用于100m以下的非花崗石幕墻.超出這一高度,就必須按特殊問題進行專門的處理. 1 非花崗石天然石材 非花崗石天然石材中,質地最好的是大理石,其次是石灰石.這兩類石材強度較高,質地致密,用于建筑外墻已經有上千年的歷史,古希臘和古羅馬留下了大量精美建筑,都是由 大理石和石灰石構成.中國古建筑大量采用的漢白玉,就是白色大理石,完好地保存到今天. 砂巖和洞石都是沉積巖,強度低,吸水率高,耐候性差,本不是石材幕墻面板的理想用材,但是砂巖和洞石獨有的質感、顏色和風格,使得建筑師又很喜歡

16、將它們用作石材幕墻. 因此,如何選用這些石材面板,最大限度地保證平安,就是一個很重要的問題,必須慎重對待. 砂巖由細顆粒的砂子膠結而成,自然外表是粗糙的細顆粒狀.砂巖的物理力學性能因 產地不同有很大的差異,有些澳大利亞黃砂巖和意大利黃砂巖,抗彎強度可能小于3MPa, 而四川隆昌的綠砂巖硬如磨刀石,抗彎強度可到達10MPa以上,接近于花崗巖. 有些砂巖較為致密,吸水率可以低于,而有些砂巖吸水率超過6%.因此不同的砂巖,其飽和抗彎強度和凍融系數有較大的差異.有些砂巖,如四川、廣東的紅砂巖,吸水后還會有軟化現象,有些紅砂巖長期潮濕后甚至變為泥土狀,這樣的紅砂巖用于幕墻是不大適宜的, 不得不用時,應采

17、取更有效的舉措. 洞石是商品名稱,常指多孔石灰巖和多孔凝灰巖,石材內含有許多孔洞.孔洞直徑和分 布密度與石材種類和產地有關.其共同特點是強度低、質地疏松、孔洞內容易積水、抗凍融 性能和耐候性都較差.有些強度很低的洞石,加工好的石板甚至在運輸過程中就斷裂、破碎. 因此,砂巖和洞石的性能比花崗石差得很多,容易產生平安方面的問題.業主和設計師選砂巖和洞石作為幕墻面板,一定要事先慎重考慮. 2 非花崗石天然石材用于幕墻的技術要求 用于幕墻的根本條件 大理石和石灰石用于幕墻面板問題較少.而砂巖和洞石自身材性較差,總體而言不推薦 用于幕墻.如果建筑設計非用不可,那么至少應考慮以下最低要求： 1用于幕墻的石

18、板,每批都應進行抗彎強度試驗,其試驗值應符合以下要求： 幕墻高度不超過50m時,試驗平均值不低于5N/mm2,試驗最小值不低于4N/mm2;幕墻高度超過50m時,試驗平均值不低于6N/mm2,試驗最小值不低于N/mm2. 單向受力的石板,在主要受力方向應滿足以上要求； 雙向受力的石板,在兩個受力方向上都應符合以上要求. 2石板不應夾雜軟弱的條紋和軟弱的礦脈.洞石的孔洞不宜過密,直徑不宜大于3mm, 更不應有通透的孔洞. 3吸水率不宜大于6%,加涂防水面層后不宜大于1%. 4凍融系數不宜小于,不得小于. 5石板不應有裂縫,也不能折斷,不得將斷裂的石板膠粘后上墻. 根本材性試驗 不同產地的石材材性

19、差異很大,在確定采用石材的礦坑前,應進行根本的材性試驗. 1抗彎試驗. 確定礦點時,抗彎試驗件要能代表該礦場各個不同的開采點,試件數目一般不少于20 個.以后從各開采點采出的石材,每批應有抗彎試驗報告,一般不少于10個試件.分別進 行枯燥抗彎強度試驗和飽和抗彎強度試驗,枯燥抗彎強度是材性的根本指標.飽和抗彎強度 六、 金屬面板幕墻 有利了解石材對水的敏感性. 試驗時采用凈石材試件,不宜附有增強層和復合層. 2吸水率 未經外表防水處理的石材和經防水處理的石材都應進行試驗,經防水處理后的石板,吸 水率不宜大于1%. 3凍融系數 凍融系數指經過一定次數凍融循環后的抗彎強度與未經凍融循環的抗彎強度的比

20、值.它 決定了該種石材能否在嚴寒地區應用.在有可能出現負溫度的地區,應進行這項試驗. 對板材的根本要求 只有通過根本材性試驗,確認能符合節的根本條件后,這種石材才可以加工為面板板材,用于幕墻工程. 加工完成的石材面板,還應符合以下的根本要求： 1板材厚度 抗彎試驗說明：厚度大的石板,其抗彎強度低于厚度小的石板.但是由于板的承載能力和厚度的平方成正比,厚的石板承載水平還是比薄的石板要大一些. 板材的最小厚度可由抗彎強度標準值fk來決定： fkR時,最小厚度35mm. wfk時,最小厚度40mm. 抗彎強度標準值fk是其試驗平均值減去倍標準差.當這個數值小于試驗最小值時, 按試驗最小值采用. 當非

21、花崗石板材疏松、孔洞等削弱部位很多時,建議采購時與廠家協商,采用加厚下 料,厚度的允許偏差采用+2mm,-0mm,不允許負偏差,以保證平安. 2板材的尺寸 砂巖和洞石強度低,因此板材的尺寸不宜過大,一般應限制在1.0m2以內.大理石和 石灰巖可以稍大一些. 不宜采用細長的條狀石板,這種石板在運輸、安裝過程中很容易折斷.石板的邊長比最好在1:2以內,不宜超過1:3. 3外表處理 非花崗石材料,尤其是砂巖和洞石吸水性很高,應采用防水涂料使其吸水率降至1%以 下. 防水劑可采用有機氟或有機硅涂料,一般情況下要求涂料應透氣,不形成膜,涂料也 不應改變石板的光澤和顏色.由于防水涂料壽命通常不超過5年,涂

22、料要能屢次涂刷. 采用注膠板縫的石材幕墻,石板可以只做外外表大面防水；采用開放式板縫時,石板應 進行六面防水. 孔洞較大、孔洞數量太多的洞石,宜進行封孔處理. 防水處理要在全部槽、孔機械加工完畢、清潔和枯燥后再進行. 4反面復合層 非換崗石板材,特別是砂巖和洞石石板,強度低、容易破碎、耐候性差,為預防萬一破 碎后墜落傷人,應在板材反面粘貼玻璃纖維布或者其它復合材料. 5幕墻下方設隔離帶,不設置停車位和吸引行人停留的商業設施,入口處設雨篷. 1 慎用聚乙烯鋁復合板 聚乙烯芯材的鋁塑板近年來屢次發生火災,由于聚乙烯80度失去黏著力,隨即在250 度時燃燒、冒煙、熔滴,更高溫度下裂解為可燃氣體. 近

23、年來鋁塑板引發的幕墻火災屢屢發生： 烏魯木齊城市大酒店幕墻鋁塑板被廚房炊火點燃發生大火,鋁塑板燒毀； 上海一座二十層大樓鋁塑板幕墻起火,延燒十余層,幾公里外都可見濃煙； .哈爾濱二十三層經緯大廈鋁塑板幕墻大火； 北京中國科技館電焊引燃幕墻鋁塑復合板,發生大火； 沈陽萬鑫皇朝大酒店,爆竹引燃219m高的鋁塑板幕墻大火災； 杭州國大廣場電焊引發鋁塑板幕墻火災. 頻頻發生的火災,不能不令人擔憂鋁塑板幕墻的火災平安性.由于容易發生火災,我國幕墻公司在哈薩克承包的工程已被哈薩克政府通令停止使用鋁塑板. 如果要用鋁復合板,宜采用白色芯材的氧化鎂復合板. 作為鋁板幕墻的面板,應優先采用單層鋁板和蜂窩鋁板.

24、2,高強鋁鎂合金板 JGJ133-2001只列入了純鋁板0XXX系列和鋁鎰合金板系列3XXX由于強度較低,相應最小厚度規定為2.5mm.近年來,強度達250MPa的鋁鎂合金板5XXX已經在工程中應用,由于這種板采用輻涂工藝,板厚只能為2.0mm.標準新版本已經列入了采用高強鋁板時, 板的厚度可以為2.0mm的規定. 高強鋁鎂合金板的彈性模量與普通鋁板相同,并沒有提升.因此板厚減薄后,變形會加大.為了保證板面平整,應加密加勁肋的距離,通常宜為250mm300mm.深圳電視中央 采用5754鋁鎂合金板,厚度2.0mm,加密肋間距后,幕墻板面相當平整. 3. 新型金屬板在幕墻中的應用 異型不銹鋼板 普通幕墻不銹鋼板厚度為1.5mm,要保持面板的平整