干掛陶瓷厚板幕墻施工及質量控制措施

陳斌

0 引言

幕墻工程的發展是一個漫長的過程。早在20世紀20年代就誕生了玻璃幕墻，二戰后開始被廣泛使用。我國的幕墻工程行業起步較晚，伴隨著改革開放的進程發展延伸。20世紀70年代，國內并沒有建筑幕墻材料，常見的鍍膜玻璃等都依賴進口；進入90年代，國內的幕墻行業迎來高峰期，通過學習和引進，編制了適用國內發展的行業技術規范和標準。隨后自我國加入世貿組織后，幕墻工程持續高速發展，逐步開始應用于高層或者超高層建筑，比如2003年建成的上海震旦大廈、2005年建成的上海花旗集團大廈等。幕墻工程的形式也隨著材料和施工工藝的進步不斷發展，從早期的明框幕墻發展成框架式幕墻，再到隱框玻璃幕墻、雙層呼吸式幕墻，工藝也由鋼銷式、短槽式—T型托板、短槽式—SE托板、背栓式，再到不銹鋼鋼托板、托板+背栓式[1]。本文以現在施工技術日漸成熟的干掛陶瓷厚板幕墻為例，對其受力特點、施工工藝和質量控制等方面進行了分析比較，并在實際工程項目中得到大規模應用，填補了我國在住宅和寫字樓產業化產品生產領域的空白。

1 陶瓷厚板建筑幕墻概述

根據《建筑幕墻》（GB/T21086—2007），建筑幕墻主要是指由面板與支撐結構體系組成的建筑外圍保護墻。建筑幕墻不承受建筑主體結構的承力，相對于建筑主體結構可具備一定位移能力。

隨著材料技術的發展，越來越多的材料被用作建筑幕墻的面板，市面上常見的面板材料就有玻璃、合金板、石材、人造板材等。本文以干掛陶瓷厚板為研究對象，干掛陶瓷厚板為人造板材，是目前市面上建筑幕墻面板中常見的材料。瓷板的制造工藝及質量應該滿足《陶瓷磚》（GB/T4100）、《建筑幕墻用瓷板》（JG/T217）等國標及行業標準的規定。建筑幕墻用瓷板厚度根據不同的連接方式有不同的要求，一般背栓式連接的瓷板厚度不能低于12mm，其他連接方式的瓷板厚度不能低于13mm。

陶瓷厚板作為瓷板中的一類新型材料，主要由黏土和其他無機非金屬等幾種材料高溫燒成而成，通常陶瓷厚板厚度小于等于15mm、表面積小于等于1.5m2，其背面的平底紋深度不超過1mm。在近年建筑市場中逐步興起，具有抗折強度高、色差可控、耐凍融性好、抗污性好、穩定性好和后期維護成本低等明顯的優勢，吸水率小于0.1%，抗拉承載力大于2.0kN，抗剪承載力大于1.0kN，幕墻系統承載力標準值大于3.5Kpa，其主要性能指標均能達到國標最高等級要求，主要性能指標詳見表1。

表1 陶瓷厚板幕墻的主要性能指標

市面上常見的瓷磚厚度一般在12～15mm，當被用著做幕墻時，因承受的正負壓荷載小而容易損壞，安全隱患較大。背栓式干掛瓷磚植入深度為7mm，拉拔力僅能達到1.53～2.56kN，而背栓式干掛陶瓷厚板植入深度可以達到12～15mm，拉拔力可達到5.68～8.78kN，不管是植入深度還是拉拔力，均明顯優于瓷磚。所以陶瓷厚板作為建筑幕墻，具有安全、耐用、適用性廣等特點。

2 陶瓷厚板干掛方式的比較

陶瓷厚板的干掛方式分為多種，本文主要研究上面上常見的三種干掛方式，即背栓式、背槽式和邊槽式。本文從陶瓷厚板面板的整體受力狀態、抗平面內變形能力等進行分析比較。

2.1 面板整體受力狀態

建筑幕墻除了承受自重荷載外，還會承受可變荷載。可變荷載主要分為風荷載、地震作用和溫度作用等三種，其中風荷載對建筑幕墻的效應最大，起控制作用，經測算，可達到2～5kPa，遠大于只有0.1～0.8kPa的自重荷載[2]。地震作用和溫度作用均為均布荷載，因此在設計和施工過程中選擇何種干掛方式，技術人員應該綜合陶瓷厚板在工作中的受力特點，選擇最佳受力支撐點，使整個陶瓷厚板較大受力的彎矩相對較小，從而保障建筑幕墻的安全性。

背栓式干掛技術廣泛使用在以石材、千思板、瓷板等材料作為幕墻的項目中。背栓主要分為單切面背栓和雙切面背栓兩種形式，其中單切面背栓是指用鉆孔儀器在陶瓷厚板的背面打孔，然后安裝背栓，孔底的高度應該略高于二分之一陶瓷厚板的高度，如此便可以使陶瓷厚板在受到正風壓時產生的最大荷載，比在受到負風壓時產生的最大荷載要小很多；雙切面背栓在開孔時，還需要在陶瓷厚板的背面打磨一個圓槽，圓槽面積要比開孔的面積小，然后安裝背栓，同時在圓槽處設置一個鋼墊圈，使得正風壓時沖切破壞面積大于負壓時的沖切破壞面積，如此雙切面背栓的受力情況優于單切面背栓，可不受建筑物、高度、形式等限制，適用場景遠大于單切面背栓。

背槽式干掛施工技術需要用開槽機器從陶瓷厚板的側面進行開槽，但此工藝技術容易導致開槽處的底部和端部出現應力集中的現象，所以在計算陶瓷厚板厚度時應該扣除開槽的厚度。背槽式干掛施工技術受力主要依賴環氧樹脂，所以安全性遠不及其他干掛工藝。因此在2001年修訂幕墻工程技術規范時刪除了背槽式干掛工藝。

邊槽式干掛施工技術主要利用開槽機器在陶瓷厚板的四周進行開槽來固定的，因此陶瓷厚板面板在工作時存在層層受力和抗彎性能差的現場。在2001年和2016年的幕墻工程技術規范中，規定其為單塊受力，且對厚度也做出了明確的要求，增加了邊槽式干掛工藝在實際工程中造價和安裝難度。

2.2 抗平面內變形能力

建筑物會因為地震或者臺風等不可抗力因素而發生變形，所以干掛陶瓷厚板幕墻也應該考慮形變。干掛陶瓷厚板單塊板之間能獨立位移，避免因地震或者臺風引起形變而發生擠壞的情況。根據實際應用經驗，干掛陶瓷厚板幕墻與建筑物之間的連接要求位移量應該不小于1/180，在室內的地震試驗中，連接要求的位移量要求則更大一些，不應小于1/100。干掛陶瓷厚板通過背栓安裝在龍骨的角碼上，各個部件的連接處都應該設置緩沖墊，減少建筑物因為形變對干掛陶瓷厚板的擠壓[3]。

背槽式干掛工藝主要靠環氧樹脂來承載各個部件之間的扭應力和剪應力，而環氧樹脂的性能逐年減弱，幕墻的安全也會隨時間而降低，最后可靠性無法保證。

邊槽式干掛工藝是先在陶瓷厚板四周按照設計的尺寸進行通槽或短槽切割，然后在通槽或短槽中注入環氧樹脂或502膠，把陶瓷厚板固定在插板上。該種方法近似將陶瓷厚板進行了剛性連接，因此抗位移變形能力差，陶瓷厚板容易出現損傷。

3 干掛陶瓷厚板幕墻施工工藝

3.1 陶瓷厚板加工

陶瓷厚板的加工一般分為三個步驟：對陶瓷厚板進行打孔、植入背栓和陶瓷厚板底托安裝。施工中，一般采用金剛砂水磨石鉆頭進行陶瓷厚板打孔，打孔的孔眼形狀一般為圓形。為方便后續施工，鉆頭到達陶瓷厚板底部后需進行擴孔處理，使得孔眼整體呈現圓錐臺狀，孔眼上部的面積要小于孔眼底部的面積。植背栓入的操作辦法是先將陶瓷厚板水平放置在操作臺上，清理孔眼，然后將被栓垂直放入孔眼，使用背栓安裝機進行螺旋擰緊。植入被栓時存在不到位或者沒有頂死時，禁止使用敲擊等方式，應該保證背栓植入后為無應力結構。安裝后應該檢查背栓的安裝質量，保證陶瓷厚板的外飾面完整。

3.2 陶瓷厚板打孔和爪釘連接

安裝施工工藝對陶瓷厚板進行切割、倒角等加工處理，完成后進行標號，按照規格型號進行分類處理。陶瓷厚板的加工允許公差范圍如表2所示。

表2 陶瓷厚板加工允許公差范圍

陶瓷厚板的錨固孔一般為5mm，常用的爪釘分為1型爪釘和2型爪釘，其中1型爪釘的間距為107mm，2型爪釘的間距為110mm。1型爪釘和2型爪釘均采用45°角的形式進行連接。錨固孔底到爪釘頂端的距離非常小，通常只有1mm至2mm。為防止施工人員因鉆孔機鉆頭過長將陶瓷厚板擊穿，可以在鉆頭指定的位置進行標記，當鉆頭打到標記處時，停止鉆孔。

3.3 混凝土澆筑及養護

混凝土在澆筑前，應該先進行鋼筋骨架綁扎，鋼筋工人應該按照要求進行施工，保證鋼筋骨架成型后的質量應滿足國家標準的規定。鋼筋骨架在入模前，鋼筋工人應輕拿輕放，鋼筋骨架表面要保持整潔干凈，不能產生油污或因雨水侵蝕造成銹蝕；連接預埋件等部件，需要根據設計規范和施工要求進行施工制作，施工人員還應該對鋼筋所在位置和鋼筋的形式規格、混凝土保護層厚度等方面進行嚴格檢查，確保鋼筋骨架與陶瓷厚板及模板之間沒有接觸[4]。

澆筑的混凝土強度等級應該大于或等于C30，骨料使用輕骨料。施工人員在混凝土澆筑前，應該對隱蔽工程進行檢查，達標后方可進行下一步操作。為保障混凝土的均勻和密實性，還需對混凝土進行澆筑和振搗操作，具體要求如下：

（1）在混凝土澆筑之前，預留鋼筋的外漏部分和預埋件等，需進行防污染處理；

（2）為保證混凝土連續不間斷地澆筑，混凝土的投料口高度應該低于60cm；

（3）混凝土澆筑過程中，應該對預埋件、模具等部件進行實時觀察，避免出現形變和位移，當發現部件出現偏差時，應及時進行糾正或者更換；

（4）當氣溫大于25℃時，混凝土出機到澆筑完畢的延續時間不宜超過60min，當氣溫低于25℃時，混凝土出機到澆筑完畢的延續時間不宜超過90min。

養護方式的選擇應該根據材料的性能以及施工量等因素來確定，當材料中含有保溫層，采取加熱養護的溫度應該高于60℃。模具拆除時不能使用震動拆模的方式。

4 干掛陶瓷厚板幕墻施工質量控制

陶瓷厚板采用先訂貨后安裝的方式進行施工，在施工前，應該根據板的尺寸去優化排板圖，避免出現墻體間排板不一致的情況。對于不規則的斜墻面，大陽角和陰角的地方應該從上至下采用整體切割下來的梯形板進行干掛，相鄰的不整板采取與其緊接著的整板尺寸相加后取平均值的方法，保證整個墻面沒有小于半塊板的情況出現。立柱和主次龍骨、立柱與基層之間的連接一定要牢固，螺栓與焊縫的尺寸與大小需通過設計計算來確定，施工時要求施焊人員持證上崗，主次龍骨材料采用鍍鋅鋼材，其表面應進行防銹處理，焊接處也應該進行防銹處理。陶瓷厚板厚度一般在12～15mm，強度高容易破碎，鉆孔和切割時因精度要求較高，所以比較嚴格謹慎，采用加水切割[5]。為保障整個墻面的平整度和垂直度，在陶瓷厚板安裝前應在墻面進行拉線掛線，在螺栓固定前還應該再認真檢查，確保每塊陶瓷厚板安裝得橫平豎直，達到施工規范要求后，才能安裝上一層的陶瓷厚板。另外陶瓷厚板之間的縫隙應該安裝設計的寬度嚴格控制，在密封之前要清楚陶瓷厚板四周的灰塵，膠的厚度應該飽滿且均勻，陶瓷厚板背后的膠要保證牢固，防止膠外溢影響墻面觀感。陶瓷厚板打蠟前，板面要進行徹底清洗，水痕也要抹干，板面完全干燥后方可進行打蠟施工。

其次，安裝干掛陶瓷厚板還應該符合消防要求。干掛陶瓷厚板與墻體之前有較大空隙，需要每層設置防火帶，用來阻隔樓層下方的火情，具體是將用鋼絲網包裹防火棉，再與次龍骨相連。最后還需要做好成品保護，干掛陶瓷厚板幕墻安裝完成后，在拆除腳手架之前，還應該進行幕墻清洗，拆除腳手架時要小心謹慎，防止破壞幕墻，如有不小心造成刮花或者損壞需及時更換。

5 陶瓷厚板幕墻實際應用——以上海江灣新城為例

上海江灣新城項目的幕墻就是采用的陶瓷厚板背栓干掛技術，用開孔機器在陶瓷厚板后背進行開孔，開孔直徑為9.5mm，擴孔直徑為11.5mm，錨固深度為15mm。為確保每個孔位都滿足要求，施工人員每開30～50個孔時，需要用測孔器對開孔進行測量。在陶瓷背面的孔內植入背栓，旋進錨栓，使擴壓環擴大擠緊孔壁形成機械嵌固。在錨桿上安裝鋁合金子母掛前片。陶瓷厚板的安裝應該分區域進行，保持先下后上的原則進行安裝。在角鋼（橫龍骨）上安裝角碼，通過六角螺絲將子母掛后片固定在角碼上。將安裝好子母掛前片的陶瓷厚板抬起安裝到角碼上。為確保相鄰兩塊陶瓷厚板之間縫隙的一致性，可以在每條縫隙處設置與裂隙寬度相同的一次性塑料，在陶瓷厚板打硅膠階段取出。施工人員還應該檢查陶瓷厚板的安裝高度以及垂直度，如若有不滿足的，還需通過調節螺絲來調整陶瓷厚板的高度以及垂直度。兩塊陶瓷厚板之間預留的接縫寬度一般為6mm，接縫處需進行材料填充，一般選擇聚乙烯泡沫棒，按照嵌入的方式進行填充，嵌入板面的深度控制在6～ 10mm，最后再用嵌縫槍把中性硅酮膠打入縫隙內，做密封處理。

圖1 上海江灣新城項目

6 結論

高層或者超高層建筑一般采用石材或者瓷板作為外墻裝飾。隨著陶瓷厚板的研發和應用，建筑幕墻迎來了新的創新，解決了石材和瓷板在實際運用過程中存在的諸多問題，在產品安全性、耐使用性和更低成本方面就有更大的優勢。本文介紹了陶瓷厚板在建筑幕墻工程中的優勢，分析了干掛陶瓷厚板幕墻施工及質量控制措施，得到如下結論：

（1）背栓式干掛技術廣泛使用在以石材、千思板、瓷板等材料的幕墻項目中。雙切面背栓的正風壓時沖切破壞面積大于負壓時的沖切破壞面積，受力情況優于單切面背栓，可不受建筑物、高度、形式等限制，使用范圍廣。

（2）陶瓷厚板厚度一般在12～15mm，強度高容易破碎，鉆孔和切割時因精度要求較高，一般采用加水切割，陶瓷厚板固定的膠的厚度應該飽滿且均勻，不能外溢影響墻面觀感，陶瓷厚板打蠟前，板面要進行徹底清洗，水痕也要抹干，板面完全干燥后方可進行打蠟施工。

（3）干掛陶瓷厚板與墻體之間需設置防火帶，用鋼絲網包裹防火棉與次龍骨相連以達到阻隔樓層下方的火情的目的，安裝完成后，因拆除腳。