陶磚干掛體系在幕墻工程中的應用

李五星

中鐵建工集團有限公司 山東 青島 266100

1 工程概況

中國科學院青島科教園區一期是青島西海岸新區承接海洋強國和軍民融合兩大國家戰略使命的重要平臺。項目由16棟造型各異的單體建筑組成，由于沒有標準層，同時又存在大量的躍層、大跨以及薄壁斜墻等，故給設計和施工帶來了很大的難度。

該項目緊鄰大海，未來是作為科研中心，為國家海洋事業培養“國際化、創新型、復合型”的高層次人才，集聚教、科、研等綜合功能。綜合考慮項目建筑裝飾要求，建筑立面采用陶磚和玻璃幕墻，以陶磚為實，玻璃為虛。陶磚大面積鋪設，玻璃進行穿插，虛實結合。2種材料的搭配運用很好地體現青島“紅瓦綠樹”的地方特色，同時也營造出大學沉穩而又不失現代元素的建筑風格。

本工程以陶磚幕墻為主，玻璃幕墻作為陶磚幕墻中的點綴，體現在陶磚幕墻立面上。陶磚幕墻采用幕墻的干掛鋼龍骨體系，通過轉接件固定在主體結構上，實現建筑幕墻的各種造型。為保證陶磚幕墻的穩定性和安全性，采用穿筋形式將陶磚牢固地固定在一起，施工快捷，穩定性高（圖1）。

圖1 陶磚幕墻外立面效果

2 陶磚幕墻選型分析與系統介紹

陶磚作為古老的建筑材料，代表著文化的沉淀、歷史的延續，其獨有的材料屬性可為建筑賦予獨特的個性，具有濃厚的文化氣息和時代感，其個性、領域性、適用性極強。陶磚作為室外建筑裝飾材料，具有其他材料所不具備的特性，如耐高溫、抗嚴寒、耐腐蝕、抗沖刷、抗光污染性、吸聲等，是幕墻材料的一個較好的選擇[1]。

2.1 陶磚幕墻選型分析

本項目幕墻采用陶磚作為幕墻面板材料，兼顧了陶磚的特點和建筑裝飾需要。項目存在許多不同的折線立面造型和傾斜的磚墻立面，若采用傳統的砌磚方式，需要在傾斜磚墻背面澆筑建筑墻體，用來支撐磚墻體系，施工難度大且增加建筑成本。在不增加建筑主體施工難度的前提條件下，如何將傳統磚墻固定在建筑主體上并實現立面造型，成為本項目一個重要的研究點。

經過對材料進行反復對比和案例分析，結合現代幕墻干掛體系的優點，將陶磚的支撐體系由建筑主體改為幕墻干掛鋼龍骨體系，可以很好地解決工程的施工難點。針對傾斜面，根據幕墻干掛體系的特點，采用鋼龍骨構造傾斜面代替建筑墻體傾斜面。為保證陶磚幕墻的實現，項目定制了帶孔陶磚，陶磚內部采用鋼筋穿過，鋼筋再焊接在鋼龍骨上，陶磚就像算盤一樣被牢牢固定在鋼龍骨上，從而克服了陶磚易脫落的難題。這樣，建筑外裝在擁有陶磚所有材料屬性的同時，確保了材質的品質感，既降低了建筑主體的施工難度，也保證了建筑造型的效果。

2.2 陶磚幕墻系統介紹

建筑幕墻是由面板與支承結構體系（支承裝置與支承結構）組成的、可相對主體結構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，其輕質的結構特性、便捷的施工性、美觀的裝飾性，成為建筑外立面裝飾系統的主流。

本工程陶磚采用幕墻干掛系統，面板系統為陶磚，支撐系統采用幕墻鋼龍骨干掛體系。陶磚幕墻需要解決的是陶磚的支撐系統設計問題，限制陶磚在豎向和進出方向的位移，保證支撐系統的安全。不同于陶磚傳統的砌筑粘接安裝方式，干掛陶磚幕墻根據造型需要，背部采用鋼龍骨進行支撐，鋼龍骨距離主體結構懸挑一段距離，鋼龍骨通過鋼轉接件和后補埋板將磚墻幕墻系統固定在主體結構上。相比傳統的磚墻，干掛磚墻幕墻系統有如下優勢：

1）有利于主體結構的施工。采用干掛磚墻幕墻系統，主體結構可以不用拘泥于建筑外形細部構造，采用常規的便于施工的主體結構形式，即可滿足工程建筑需要，有利于降低主體結構土建施工的難度。

2）可以實現多種造型。不易通過土建結構實現的某些造型，可以利用幕墻干掛體系的優勢，通過構造不同的鋼框龍骨支撐體系，從而得到實現。

3）節約成本和工期。采用干掛磚墻幕墻形式，主體結構可以簡化形式，加快施工進度，實現節省材料和施工時間的目標。

3 陶磚幕墻關鍵工藝

3.1 陶磚幕墻干掛體系構造

1）陶磚幕墻主龍骨采用80 mm×80 mm×4 mm的Q235B方鋼管，鋼管表面熱浸鍍鋅處理，立柱支座間距不大于3 m，立柱間距不大于1 m。主體結構表面做墻體保溫處理，滿足建筑的保溫節能要求（圖2、圖3）。

圖2 陶磚幕墻橫向標準節點

圖3 陶磚幕墻立框效果

2）當立柱支座間距大于3 m時，立柱采用雙跨結構，短跨跨度不小于450 mm。立柱與鋼轉接件采用M12不銹鋼螺栓組進行連接。

3）當外側磚主龍骨距離超過500 mm時，應設置桁架。桁架由50 mm×4 mm鋼方管組成，陶磚通過鋼筋連接在桁架上，再由桁架連接在主受力龍骨上（圖4、圖5）。

圖4 陶磚幕墻豎向標準節點

圖5 陶磚幕墻斜面立框效果

4）陶磚底部采用80 mm×50 mm×6 mm的通長熱浸鍍鋅角鋼進行支撐（圖6）。

圖6 陶磚幕墻底部連接節點

5）豎向穿磚鋼筋采用φ10 mm螺紋鋼筋，搭接長度不小于60 mm，間距不超過600 mm；橫向鋼筋則采用φ6 mm光圓鋼筋，搭接長度不小于60 mm，間距不超過600 mm（圖7）。

圖7 陶磚幕墻豎向穿磚鋼筋連接節點

6）陶磚幕墻龍骨的生根點必須在層間梁、剪力墻或者滿足條件的圈梁上。為保證幕墻龍骨的連接安全，生根點不可設置在砌體墻磚上。

7）陶磚幕墻按照規范進行防火處理，對幕墻與各層樓板、隔墻外沿間的縫隙，采用厚1.5 mm防火鍍鋅鋼板承托厚100 mm的防火巖棉，防火巖棉填充密實，防火鍍鋅鋼板與主體結構、幕墻結構及鍍鋅鋼板之間的縫隙采用防火密封膠進行密封（圖8）。

圖8 陶磚幕墻層間防火連接節點

8）陶磚幕墻龍骨系統與主體結構采用10#槽鋼轉接件進行連接，槽鋼轉接件表面熱浸鍍鋅處理。槽鋼轉接件一端通過2個M12不銹鋼螺栓組連接鋼龍骨，另一端與后補埋板進行焊接，后補埋板通過4個M12的化學螺栓固定在主體結構上。每個槽鋼上設有2個長50 mm的腰形孔，用于調節立柱與主體結構的相對偏差，滿足現場安裝的調整需要。待立柱調整完畢后需要擰緊螺栓，將腰形孔上面的鋼墊片與槽鋼進行焊接定位，鎖定螺栓與立柱之間的位置，防止在外力荷載作用下立柱和槽鋼連接件之間出現相對位移。

3.2 陶磚幕墻的避雷設計

按照GB 50057—2010《建筑防雷設計規范》要求，本工程建筑幕墻防雷等級按二類考慮（和建筑一致）。

1）采用鍍鋅扁鐵將龍骨與均壓環相連。每層設1道均壓環，設均壓環的樓層轉接件與縱向鋼筋連接，均壓環與幕墻立柱接通，并與土建防雷體系相連，使均壓環范圍內的幕墻立柱都接地，形成不大于10 m×10 m或12 m×8 m防側雷網絡，保證建筑的雷擊安全。

2）為減小通路電阻，在豎龍骨與防雷系統中的鋼帶相連時做特殊處理，將豎龍骨的接觸處去掉保護膜，鋼帶與龍骨的接觸表面則進行鍍錫處理。

3）女兒墻有鋁板的位置采用鋁板作為接閃器，鋁板與龍骨采用銅墊片連接，板下無易燃物品，鋁板厚度為

3 mm。

4）避雷連接板與避雷鋼筋、避雷鋼筋與建筑物均壓環全部采用三角形滿焊連接，焊接長度不小于100 mm；避雷連接板與幕墻龍骨接觸長度不小于100 mm。如果龍骨寬度太小，可將避雷連接板傾斜放置；所有焊后的表面及焊縫應修光；墊板和避雷連接板的周邊注膠防銹。

5）接地電阻和原建筑一致不大于10 Ω。

3.3 特殊位置的收邊處理

陶磚尺寸小，截面帶孔洞，無法像石材一樣靠板材自身進行收邊處理，這給特殊位置的處理及陶磚與其他材料的交接處理帶來一定的難度。特殊位置的收邊收口處理關系著幕墻的防水和外觀效果，在考慮防水、對縫、安全等因素下，陶磚收邊常常需要借助其他材料進行封閉處理。

3.3.1 陶磚幕墻頂、底部收邊

陶磚幕墻頂部和底部采用厚2.5 mm的鋁單板進行收邊處理，鋁單板表面進行氟碳噴涂處理，顏色同磚墻匹配。鋁板在幕墻四周形成窗套鋁板，通過鋁合金角碼和不銹鋼自攻螺釘固定在磚墻鋼龍骨上。鋁板與陶磚和玻璃幕墻交接縫隙采用耐候密封膠進行防水密封。在下口收口鋁板立面與吊頂板角部設置滴水檐，有利于保持幕墻面的整潔（圖9、圖10）。

圖9 陶磚幕墻頂部收口處理

圖10 陶磚幕墻底部收口處理

3.3.2 陶磚幕墻女兒墻收口

本工程陶磚幕墻女兒墻采用常規的厚3 mm鋁單板收口，鋁單板與陶磚預留寬15 mm縫隙并打膠密封防水。鋁板龍骨采用40 mm×40 mm×4 mm鍍鋅鋼方管，通過鋁合金角碼和不銹鋼自攻釘將鋁板固定在鋼龍骨上。女兒墻頂部設置3%的排水坡度（圖11）。

圖11 陶磚幕墻女兒墻收口處理

3.3.3 陶磚幕墻與玻璃幕墻交接處理

陶磚幕墻與玻璃幕墻交接位置采用厚2.5 mm氟碳噴涂鋁單板進行連接處理，鋁單板與陶磚幕墻及玻璃幕墻的縫隙采用耐候密封膠進行密封防水，鋁單板通過鋁角碼固定在幕墻龍骨上（圖12）。

圖12 陶磚與玻璃幕墻交接處理

3.3.4 陶磚幕墻斜面交接處理

陶磚幕墻不同斜面相交時，在2個斜面交接的角部很容易出現問題。對于斜面陶磚，常規的二維平面設計難以精準定位放線和排版，因此采用了BIM模型技術搭配放樣來輔助放線，用BIM模型對磚墻提前進行了排布，然后定尺下料，使得每一塊磚在拼裝時可以嚴絲合縫。在設計之初一定要考慮好陶磚的模數與建筑不同立面分格的對應關系，并要善于借助不同的技術軟件建立BIM模型，輔助幕墻設計和施工，提高設計效率和準確度。

4 結語

陶磚作為一種傳統的建筑表皮裝飾材料，通過和現代幕墻干掛體系結合，可使傳統的建筑裝飾材料在現代建筑中繼續獲得使用，更好地體現出建筑獨特的風格。本文結合實際工程案例對陶磚幕墻進行一些介紹，分析了陶磚與干掛體系結合的構造技術等，為傳統建筑裝飾材料的新運用提供了一種思路。