干掛陶瓷厚板幕墻施工及質(zhì)量控制措施

陳斌

0 引言

幕墻工程的發(fā)展是一個漫長的過程。早在20世紀(jì)20年代就誕生了玻璃幕墻，二戰(zhàn)后開始被廣泛使用。我國的幕墻工程行業(yè)起步較晚，伴隨著改革開放的進(jìn)程發(fā)展延伸。20世紀(jì)70年代，國內(nèi)并沒有建筑幕墻材料，常見的鍍膜玻璃等都依賴進(jìn)口；進(jìn)入90年代，國內(nèi)的幕墻行業(yè)迎來高峰期，通過學(xué)習(xí)和引進(jìn)，編制了適用國內(nèi)發(fā)展的行業(yè)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。隨后自我國加入世貿(mào)組織后，幕墻工程持續(xù)高速發(fā)展，逐步開始應(yīng)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?；ㄆ旒瘓F大廈等。幕墻工程的形式也隨著材料和施工工藝的進(jìn)步不斷發(fā)展，從早期的明框幕墻發(fā)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(xiàn)在施工技術(shù)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(zhì)量控制等方面進(jìn)行了分析比較，并在實際工程項目中得到大規(guī)模應(yīng)用，填補了我國在住宅和寫字樓產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域的空白。

1 陶瓷厚板建筑幕墻概述

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

隨著材料技術(shù)的發(fā)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(zhì)量應(yīng)該滿足《陶瓷磚》（GB/T4100）、《建筑幕墻用瓷板》（JG/T217）等國標(biāo)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。建筑幕墻用瓷板厚度根據(jù)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?zé)啥?，通常陶瓷厚板厚度小于等?5mm、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(wěn)定性好和后期維護(hù)成本低等明顯的優(yōu)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(tǒng)承載力標(biāo)準(zhǔn)值大于3.5Kpa，其主要性能指標(biāo)均能達(dá)到國標(biāo)最高等級要求，主要性能指標(biāo)詳見表1。

表1 陶瓷厚板幕墻的主要性能指標(biāo)

市面上常見的瓷磚厚度一般在12～15mm，當(dāng)被用著做幕墻時，因承受的正負(fù)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(dá)到1.53～2.56kN，而背栓式干掛陶瓷厚板植入深度可以達(dá)到12～15mm，拉拔力可達(dá)到5.68～8.78kN，不管是植入深度還是拉拔力，均明顯優(yōu)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(tài)、抗平面內(nèi)變形能力等進(jìn)行分析比較。

2.1 面板整體受力狀態(tài)

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(fēng)荷載、地震作用和溫度作用等三種，其中風(fēng)荷載對建筑幕墻的效應(yīng)最大，起控制作用，經(jīng)測算，可達(dá)到2～5kPa，遠(yuǎn)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(shè)計和施工過程中選擇何種干掛方式，技術(shù)人員應(yīng)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(shù)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(yīng)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(fēng)壓時產(chǎn)生的最大荷載，比在受到負(fù)風(fēng)壓時產(chǎn)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(shè)置一個鋼墊圈，使得正風(fēng)壓時沖切破壞面積大于負(fù)壓時的沖切破壞面積，如此雙切面背栓的受力情況優(yōu)于單切面背栓，可不受建筑物、高度、形式等限制，適用場景遠(yuǎn)大于單切面背栓。

背槽式干掛施工技術(shù)需要用開槽機器從陶瓷厚板的側(cè)面進(jìn)行開槽，但此工藝技術(shù)容易導(dǎo)致開槽處的底部和端部出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象，所以在計算陶瓷厚板厚度時應(yīng)該扣除開槽的厚度。背槽式干掛施工技術(shù)受力主要依賴環(huán)氧樹脂，所以安全性遠(yuǎn)不及其他干掛工藝。因此在2001年修訂幕墻工程技術(shù)規(guī)范時刪除了背槽式干掛工藝。

邊槽式干掛施工技術(shù)主要利用開槽機器在陶瓷厚板的四周進(jìn)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(xiàn)場。在2001年和2016年的幕墻工程技術(shù)規(guī)范中，規(guī)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(nèi)變形能力

建筑物會因為地震或者臺風(fēng)等不可抗力因素而發(fā)生變形，所以干掛陶瓷厚板幕墻也應(yīng)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(fēng)引起形變而發(fā)生擠壞的情況。根據(jù)實際應(yīng)用經(jīng)驗，干掛陶瓷厚板幕墻與建筑物之間的連接要求位移量應(yīng)該不小于1/180，在室內(nèi)的地震試驗中，連接要求的位移量要求則更大一些，不應(yīng)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(yīng)該設(shè)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(huán)氧樹脂來承載各個部件之間的扭應(yīng)力和剪應(yīng)力，而環(huán)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(shè)計的尺寸進(jìn)行通槽或短槽切割，然后在通槽或短槽中注入環(huán)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(jìn)行了剛性連接，因此抗位移變形能力差，陶瓷厚板容易出現(xiàn)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(jìn)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(jìn)行陶瓷厚板打孔，打孔的孔眼形狀一般為圓形。為方便后續(xù)施工，鉆頭到達(dá)陶瓷厚板底部后需進(jìn)行擴孔處理，使得孔眼整體呈現(xiàn)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(jìn)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(yīng)該保證背栓植入后為無應(yīng)力結(jié)構(gòu)。安裝后應(yīng)該檢查背栓的安裝質(zhì)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(jìn)行切割、倒角等加工處理，完成后進(jìn)行標(biāo)號，按照規(guī)格型號進(jìn)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?shù)拈g距為107mm，2型爪釘?shù)拈g距為110mm。1型爪釘和2型爪釘均采用45°角的形式進(jìn)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(jìn)行標(biāo)記，當(dāng)鉆頭打到標(biāo)記處時，停止鉆孔。

3.3 混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)

混凝土在澆筑前，應(yīng)該先進(jìn)行鋼筋骨架綁扎，鋼筋工人應(yīng)該按照要求進(jìn)行施工，保證鋼筋骨架成型后的質(zhì)量應(yīng)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。鋼筋骨架在入模前，鋼筋工人應(yīng)輕拿輕放，鋼筋骨架表面要保持整潔干凈，不能產(chǎn)生油污或因雨水侵蝕造成銹蝕；連接預(yù)埋件等部件，需要根據(jù)設(shè)計規(guī)范和施工要求進(jìn)行施工制作，施工人員還應(yīng)該對鋼筋所在位置和鋼筋的形式規(guī)格、混凝土保護(hù)層厚度等方面進(jìn)行嚴(yán)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(yīng)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(yīng)該對隱蔽工程進(jìn)行檢查，達(dá)標(biāo)后方可進(jìn)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(jìn)行澆筑和振搗操作，具體要求如下：

（1）在混凝土澆筑之前，預(yù)留鋼筋的外漏部分和預(yù)埋件等，需進(jìn)行防污染處理；

（2）為保證混凝土連續(xù)不間斷地澆筑，混凝土的投料口高度應(yīng)該低于60cm；

（3）混凝土澆筑過程中，應(yīng)該對預(yù)埋件、模具等部件進(jìn)行實時觀察，避免出現(xiàn)形變和位移，當(dāng)發(fā)現(xiàn)部件出現(xiàn)偏差時，應(yīng)及時進(jìn)行糾正或者更換；

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

養(yǎng)護(hù)方式的選擇應(yīng)該根據(jù)材料的性能以及施工量等因素來確定，當(dāng)材料中含有保溫層，采取加熱養(yǎng)護(hù)的溫度應(yīng)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(zhì)量控制

陶瓷厚板采用先訂貨后安裝的方式進(jìn)行施工，在施工前，應(yīng)該根據(jù)板的尺寸去優(yōu)化排板圖，避免出現(xiàn)墻體間排板不一致的情況。對于不規(guī)則的斜墻面，大陽角和陰角的地方應(yīng)該從上至下采用整體切割下來的梯形板進(jìn)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(xiàn)。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(shè)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(yīng)進(jìn)行防銹處理，焊接處也應(yīng)該進(jìn)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(yán)格謹(jǐn)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(yīng)在墻面進(jìn)行拉線掛線，在螺栓固定前還應(yīng)該再認(rèn)真檢查，確保每塊陶瓷厚板安裝得橫平豎直，達(dá)到施工規(guī)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(yīng)該安裝設(shè)計的寬度嚴(yán)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(yīng)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(jìn)行徹底清洗，水痕也要抹干，板面完全干燥后方可進(jìn)行打蠟施工。

其次，安裝干掛陶瓷厚板還應(yīng)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(shè)置防火帶，用來阻隔樓層下方的火情，具體是將用鋼絲網(wǎng)包裹防火棉，再與次龍骨相連。最后還需要做好成品保護(hù)，干掛陶瓷厚板幕墻安裝完成后，在拆除腳手架之前，還應(yīng)該進(jìn)行幕墻清洗，拆除腳手架時要小心謹(jǐn)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(yīng)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(shù)，用開孔機器在陶瓷厚板后背進(jìn)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(jìn)行測量。在陶瓷背面的孔內(nèi)植入背栓，旋進(jìn)錨栓，使擴壓環(huán)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(yīng)該分區(qū)域進(jìn)行，保持先下后上的原則進(jìn)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(shè)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(yīng)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(diào)節(jié)螺絲來調(diào)整陶瓷厚板的高度以及垂直度。兩塊陶瓷厚板之間預(yù)留的接縫寬度一般為6mm，接縫處需進(jìn)行材料填充，一般選擇聚乙烯泡沫棒，按照嵌入的方式進(jìn)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(nèi)，做密封處理。

圖1 上海江灣新城項目

6 結(jié)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(fā)和應(yīng)用，建筑幕墻迎來了新的創(chuàng)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(chǎn)品安全性、耐使用性和更低成本方面就有更大的優(yōu)勢。本文介紹了陶瓷厚板在建筑幕墻工程中的優(yōu)勢，分析了干掛陶瓷厚板幕墻施工及質(zhì)量控制措施，得到如下結(jié)論：

（1）背栓式干掛技術(shù)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(fēng)壓時沖切破壞面積大于負(fù)壓時的沖切破壞面積，受力情況優(yōu)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(yīng)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(jìn)行徹底清洗，水痕也要抹干，板面完全干燥后方可進(jìn)行打蠟施工。

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