論新材料在幕墻中的應用

胡鑄鑄

北京江河幕墻系統工程有限公司 北京 101300

近年來，隨著科學技術的進步以及審美要求的變化，越來越多的建筑材料應用于建筑幕墻，建筑幕墻已經開始由簡單化和單一化向多樣化、個性化發展；而隨著國家對建筑節能、環保、碳達峰、碳中和的要求，建筑幕墻作為建筑物的外圍護結構，它的組成材料也會隨著要求而變化，也會不斷催生出適合建筑幕墻行業發展的新技術和新產品，也會讓建筑幕墻變得更適合城市的發展，更宜居。當一種新材料用于建筑幕墻面板時，也需要有新的規范、規程等跟進，這樣才能使建筑幕墻有序、良性的發展。一種新材料應用于幕墻時，他的重點是怎么和幕墻的支撐體系結合而形成一種新的幕墻，現以陶土磚、瓷板為例進行闡述。

1 建筑幕墻的定義

建筑幕墻的定義：由面板與支承結構體系(支承裝置與支承結構)組成的、可相對主體有一定位移能力或自身有一定變形能力、不承擔主體結構所受作用的建筑外圍護墻或裝飾性結構[1]。

2 新材料一：陶土磚

2.1 材料簡介

陶土磚是粘土磚的一種，通常采用優質粘土(其成分主要以天然粘土為主，并用石英、長石等為骨料) 經高溫(燒成溫度大概在800℃) 燒制而成。

特點：吸水率較高，一般吸水率在8%-10%。

2.2 如何應用于建筑幕墻

陶土磚用于建筑幕墻，除了要解決自身用于建筑幕墻的問題，還要滿足建筑幕墻的定義及各種功能(如防水、防火、節能、隔音、抗震、安全、美觀、耐久) 要求。

2.2.1 滿足建筑幕墻的定義

(1) 陶土磚幕墻的面板

陶土磚應用于墻體時，主要通過混凝土砂漿砌筑，為保證安全，增設拉結筋；陶土磚一般都是小板塊，其尺寸為：長為240~290mm，寬為53~120mm，厚為48~90mm，中間有孔洞；小板塊陶土磚若考慮干掛，不經濟，且施工繁瑣，故陶土磚應用于建筑幕墻時，采用砌筑形式。

(2) 陶土磚幕墻的支承結構體系

1) 組成

與其他陶土磚墻體不同的是，陶土磚幕墻是砌筑在鋼龍骨上，并通過拉結鋼筋網加固。面板是陶土磚，支承結構體系是鋼龍骨、拉結鋼筋網，組成滿足建筑幕墻的定義，詳見圖1。

圖1 陶土磚幕墻結構示意圖

2) 可相對主體有一定位移能力或自身有一定變形能力

鋼立柱通過轉接件與主體結構上的埋件連接，埋件與轉接件采用焊接；轉接件上設有水平方向的長圓孔，與立柱通過螺栓進行連接，可使幕墻相對主體有一定位移能力。上下兩層之間的立柱通過鋼插芯進行連接，下端自由，上端固定，且上下兩立柱之間留有20mm的伸縮縫，可以使幕墻自身有一定變形能力，滿足熱脹冷縮的要求，詳見圖1。

(3) 細部設計

如圖2所示。

圖2 陶土磚幕墻細部設計示意圖

1) 立柱：豎向立柱通過計算進行合理分布。

2) 承托橫梁，需要根據陶土磚間隔層數進行計算，圖2是間隔5層。

3) 拉結鋼筋網

①橫向鋼筋拉結。陶土磚為單匹向上砌筑，在砌筑的過程中需要連接橫向拉結鋼筋。鋼筋的直徑根據砌陶土磚磚時縫隙所決定(磚縫建議10mm)，圖2顯示采用8橫向拉結筋，高度方向@300mm。

②豎向鋼筋連接。沿豎向方向，在陶土磚的孔洞、分隔縫中設置8豎向鋼筋，水平方向@150mm，且與橫向鋼筋拉結焊接。

③拉結點

4) 砌筑水泥砂漿

選用高標準的砌筑砂漿。

2.2.2 滿足建筑幕墻的其他功能要求

(1) 防水

1) 陶土磚通過水泥砂漿整體砌筑，密封，形成防水體系；

2) 陶土磚完成砌筑后需要進行勾縫，建議在勾縫過程中盡量對縫隙按壓使達到退縫的效果，在突出磚的整體效果的同時做到有效防水；

3) 在砌筑時建議使用高標準的水泥砂漿，以最大可能降低返堿現象。

故滿足建筑幕墻的防水要求。

(2) 保溫、節能

陶土磚幕墻內部設有保溫巖棉，保溫巖棉的厚度、容重等可根據節能要求確定。故陶土磚幕墻滿足建筑幕墻保溫、節能的要求。

(3) 防火

陶土磚本身是高溫燒制而成，與水泥砂漿形成一體，并且龍骨為鋼龍骨，且設有拉結鋼筋網；另外，在陶土磚幕墻層間設置防火層，由1.5mm鍍鋅鋼板和100mm防火巖棉組成，更有效防火、防煙；故陶土磚幕墻滿足建筑幕墻防火要求。

(4) 抗震、安全

陶土磚幕墻的支撐結構體系可相對主體有一定位移能力或自身有一定變形能力、不承擔主體結構所受作用；另外陶土磚幕墻設有拉結鋼筋網(包括橫向豎向拉結鋼筋) ，與幕墻的支撐結構體系層層連接，故陶土磚幕墻滿足建筑幕墻抗震、安全的要求。

(5) 隔音

陶土磚通過水泥砂漿整體砌筑，形成一道墻，整體具有擋音效果；另外陶土墻幕墻面板與主體結構有一定空隙，局部通過點線與幕墻立柱連接，幕墻立柱又通過點與主體結構連接，有效阻斷聲音傳播，故陶土磚幕墻滿足建筑幕墻隔音的要求。

(6) 耐腐蝕

陶土磚本身是高溫燒制而成，且吸水率較高，故抗凍融特性、耐腐蝕性好。

2.3 其他

陶土磚有返堿現象。返堿是指水溶性鹽在砌筑體表面的結晶沉積物，通常為白色。出現返堿的原因有：(1) 墻內，含有一定量的可溶性鹽；(2) 墻內，含有一定量的水份使得堿性有機物溶解；(3) 孔隙結構，含堿溶液經孔隙到達墻體表面，水份發散后，留有沉積物。

解決方法：(1) 使用高標準的砌筑砂漿；(2) 砌磚之前提前1-2天將陶磚濕潤；(3) 避免在雨天砌墻；(4) 用遮蓋物保護新墻不被雨淋；(5) 砌筑完成之后建議用勾縫劑勾縫處理，且顏色選擇淺色系列為宜；(6) 出現返堿，請不要用酸性物質除堿。建議用清水反復清洗，直到返堿現象消失；(7) 堿鹽為水溶性，通常可隨時間而自然消失。

2.4 陶土磚的砌筑施工工藝

施工工藝：找平→放線→立皮數桿→排列砌塊→拉線→砌筑→勾縫。

(1) 砌筑時必須上、下錯縫。采用一鏟灰、一塊磚、一擠揉的“三一”砌筑法，即滿鋪、滿擠操作法。

(2) 砌體灰縫應橫平豎直，全部灰縫均應鋪填砂漿；水平灰縫和豎向灰縫的砂漿飽滿度均不得低于80%；砌筑中不得出現瞎縫、透明縫。

(3) 砌體的水平灰縫厚度和豎向灰縫寬度均為10mm左右，但不應小于8mm，嚴禁用水沖漿灌縫。對墻體表面的平整度和垂直度、灰縫的厚度和飽滿度應隨時檢查，以校正偏差。

2.5 陶土磚幕墻的應用

由于陶土磚具有抗凍融特性、吸音作用好、透氣性透水性好、耐腐蝕性好、文化性強、環保性好、經濟性好等特點，陶土磚幕墻廣泛應用于學校類建筑、文化類建筑、教堂等。

2.6 小結

陶土磚應用于建筑幕墻，給建筑幕墻的發展打開了一扇窗，在以后的發展中會有更多的砌筑類的材料用于建筑幕墻，進而促進建筑幕墻的發展。而陶土磚在融入到建筑幕墻后，也會隨著建筑幕墻的各種支撐體系而出現不同的連接形式，而不再僅限于砌筑。

3 新材料二：干掛式瓷板

3.1 材料簡介

瓷板是以不同成分配比的無機非金屬固體材料(甚至是廢料再利用) 經過壓制、燒結而成，其成份完全均勻分布，結構致密，氣孔率小，故生產出的瓷板質地均勻、統一，強度高，耐候性及耐久性較好，自潔性較好，生產周期短，易于現場加工；厚度≥12mm。

以往，瓷板用于外墻，主要以濕貼為主，由于長期的雨水浸泡以及冬季的多次凍融循環更易造成面磚從接縫處剝落，嚴重影響人員的安全；另外，隨著節能要求的提高，這讓外墻粘貼瓷板更為受限。故干掛式瓷板逐漸代替濕貼應用于外墻。

3.2 如何應用于建筑幕墻

同干掛石材一樣，干掛瓷板幕墻，其支承系統及面板不承受主體結構荷載作用。干掛瓷板通常采用背栓式、短掛件式、通長掛件式等構造方式，其中背栓式受力更為合理，也是目前采用最多的構造形式，如圖3所示。

圖3 干掛瓷板幕墻結構示意圖

干掛瓷板幕墻的各種功能與石材幕墻相似。

3.3 干掛瓷板幕墻的應用

與天然石板相比，人造瓷板由于厚度小，缺少厚重感；由于密度更高、自潔性更好，時間較難在瓷板上留下印記，對于某些追求歷史印跡感的建筑可能也不太適合；對于某些弧形線腳，現在瓷板不如石材那么易于加工。

因此，干掛瓷板更適合用于有環保意識的、需要石材幕墻效果而又希望降低成本的(利用瓷板的經濟性) 、追求大理石效果而又希望經得住時間和自然腐蝕的(利用瓷板的耐候性) 、追求創造性用法進而形成特殊肌理的(利用瓷板的輕薄) 場合。

3.4 小結

干掛瓷板幕墻現在的應用還比較少，但瓷板為人造板材，隨著生產技術的發展，通過電腦隨機布料、3d打印等技術，完全可以模仿各種天然材料的紋理；瓷板幕墻除了干掛外、還有點掛式；同陶土板一樣，由濕貼變為干掛，瓷板也隨著幕墻支撐結構體系的不同而展現出不同的連接形式，并且可以根據幕墻構造的基本原理，其他板材組合出更新穎的形式。

4 結論

總之，當一種建筑材料，無論它是新材料還是既有材料，當它應用于建筑幕墻面板時，它就得滿足建筑幕墻的定義以及各種功能要求，這樣才能是建筑幕墻。而隨著社會科技的進步，主要以玻璃、石材、金屬板等材料為面板的幕墻，顯得比較單一，需要加大對建筑幕墻材料的研究與探索，從而使建筑幕墻由簡單化和單一化向多樣化、個性化發展，使建筑幕墻形式越來越豐富、越來越美觀，進而促進幕墻整體的進步。