談陶棍在建筑外裝飾上的運(yùn)用

陸松巖 錢向榮

(南通大學(xué)基建處，江蘇 南通 226019)

·裝飾與裝潢·

談陶棍在建筑外裝飾上的運(yùn)用

陸松巖 錢向榮

(南通大學(xué)基建處，江蘇 南通 226019)

鑒于南通大學(xué)藝術(shù)館是陶棍格柵外墻面，造型獨(dú)特，安裝難度大，通過(guò)多次論證，確定了新型陶棍格柵幕墻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和施工方法，并闡述了該新型陶棍格柵幕墻系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)和施工難點(diǎn)，最終順利完成了建筑立面施工，為新型“綠色”建材——陶棍的應(yīng)用提供了新的成功范例。

陶棍，陶土百葉，綠色建材，幕墻，施工

南通大學(xué)新建的藝術(shù)館，建筑外立面是個(gè)格柵構(gòu)件(見圖1)，如果僅從滿足立面效果的角度，用粉末噴涂鋁合金方管就能很好的解決這個(gè)問(wèn)題，但設(shè)計(jì)師認(rèn)為鋁合金方管的金屬質(zhì)感不滿足藝術(shù)館外立面的整體效果要求。經(jīng)過(guò)調(diào)研，我們選用了一種新型環(huán)保材料——陶棍，也稱陶土百葉、立方陶，利用鋼結(jié)構(gòu)作為骨架，陶棍作為圍護(hù)材料，形成了一個(gè)新的陶棍幕墻，該幕墻與下部的火山灰洞石幕墻色彩交相映襯，取得了很好的立面效果，得到了建筑設(shè)計(jì)師的認(rèn)可。

陶棍是以天然的陶土作為原料，長(zhǎng)三角地區(qū)自然資源比較豐富，陶土的色澤溫和，在高溫?zé)葡履苡休^好的強(qiáng)度，顏色豐富且不褪色，陶棍的表面質(zhì)感淳厚，有秦磚漢瓦的韻味，符合藝術(shù)館的文化底蘊(yùn)。況且陶棍在工程使用中損壞的產(chǎn)品還可回收后再次加工利用，屬于綠色環(huán)保產(chǎn)品，符合當(dāng)前綠色節(jié)能建筑的要求。陶棍雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但在本工程運(yùn)用時(shí)遇到一個(gè)難題，即固定方式的問(wèn)題。陶棍常規(guī)的固定方式是陶棍通過(guò)背面飾的鍍鋅角碼與支柱相連接，這樣連接簡(jiǎn)便可靠，但不能實(shí)現(xiàn)相鄰陶棍的錯(cuò)落，且從陶棍背面能看到連接角碼，美觀度不夠。為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)效果，我們首先設(shè)計(jì)了U型槽鋼，利用U型槽鋼來(lái)形成一榀一榀的豎向分隔，考慮到機(jī)械折邊的最小寬度要求，我們把槽口寬度定在100 mm，用10 mm厚鐵板折成220×100的U型槽，通過(guò)U型槽與主體鋼結(jié)構(gòu)柱的焊接形成陶棍幕墻的受力支柱。

每一榀的陶棍幕墻骨架我們把它設(shè)計(jì)成博古架形式，用15 mm厚155 mm寬的扁鋼和100 mm×50 mm×4 mm的方鋼焊接成鐵質(zhì)的博古架，100×50的方鋼焊接的位置要預(yù)先計(jì)算好，確保以后安裝時(shí)方鋼的前面正好是1根陶棍。博古架內(nèi)陶棍采用10根一組形式嵌入(見圖2)，以后萬(wàn)一陶棍有損壞的話拆一組更換一下就行了。博古架內(nèi)單根陶棍與105寬扁鐵采用平頭螺絲連接，一組陶棍與博古架采用螺栓連接，而博古架與U型槽鋼也采用螺栓連接(見圖3)。在這個(gè)方案論證中，曾考慮陶棍與博古架之間采用專用的卡接件直接連接，但考慮到這樣連接就會(huì)在每根陶棍與博古架之間產(chǎn)生間隙而放棄。

在這個(gè)陶棍格柵幕墻系統(tǒng)中，陶棍豎向立柱選用155 mm×15 mm矩形實(shí)心扁鋼，橫桿選用50 mm×100 mm×4 mm方鋼管，因?yàn)榭拷Y(jié)構(gòu)兩側(cè)的扁鋼以300 mm間距的螺栓與主鋼結(jié)構(gòu)緊密結(jié)合，故可將兩側(cè)矩形實(shí)心鋼材與主結(jié)構(gòu)看做一體，二者沿統(tǒng)一的中和軸產(chǎn)生撓曲，因此主要校核中間兩根實(shí)心鋼材。計(jì)算時(shí)考慮建筑耐久年限為50年。

1 荷載計(jì)算

1)永久荷載：

鋼結(jié)構(gòu)自重(dead load)由軟件自身考慮。

陶棍自重(fg)40.0 N/m。

轉(zhuǎn)化為點(diǎn)荷載40×0.6/2=12 N。

40×0.95/2=19 N。

轉(zhuǎn)化為線荷載 0.12 N/mm，0.31 N/mm。

2)風(fēng)荷載：其標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式為ωk=βgzμslμzω0。

負(fù)風(fēng)壓(wind load)。

標(biāo)高為26.1 m，地面粗糙度按B類計(jì)算，按當(dāng)時(shí)實(shí)行的GB 50009—2001建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范規(guī)定，陣風(fēng)系數(shù)βgz取1.65，風(fēng)壓體型系數(shù)μsl取-1.3，風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz取1.36，基本風(fēng)壓ω0取0.50 kN/m2。

ωk=1.65×(-1.3)×1.36×0.50=-1.46 kN/m2。

1.46×0.05=0.073 kN/m =73 N/m。

轉(zhuǎn)化為點(diǎn)荷載73×0.6/2=21.9 N。

73×0.95/2=34.68 N。

轉(zhuǎn)化為線荷載 0.22 N/mm，0.57 N/mm。

3)荷載組合。

撓度校核時(shí)，采用下列荷載組合：

工況1：1.0×dead+1.0×fg+1.0×wind。

強(qiáng)度校核時(shí)，采用下列荷載組合：

工況2：1.2×dead+1.2×fg+1.4×wind。

2 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)SAP2000軟件計(jì)算，博古架的矩形實(shí)心鋼材155×15和方鋼管50×100×4撓度、強(qiáng)度及穩(wěn)定性滿足要求。

在工程正式施工前，我們要求施工單位先試焊了一段博古架，結(jié)果發(fā)現(xiàn)155×15矩形扁鋼呈波浪形變形，尤其是中間的兩根更明顯。分析原因，主要是由于155×15矩形實(shí)心扁鋼和50×100×4方鋼管是不對(duì)稱焊接引起的。為此，我們要求施工采取了以下措施：

1)焊接前采用夾具或剛性模具將155×15矩形實(shí)心扁鋼盡可能地固定，這樣將有效地控制扁鋼的彎曲變形。

2)在焊接過(guò)程中采用隨焊兩側(cè)加熱的方法，使扁鋼的橫向應(yīng)變、縱向應(yīng)變的分布更加均勻，彎曲變化更加平緩，起到減小扁鋼焊接殘余應(yīng)力和變形的作用。在焊接順序上，我們要求施工方先采用不同的焊接順序，觀察殘余應(yīng)力的分布規(guī)律，找到焊接變形較小的焊接方式，盡可能的把變形減到最小。

3)對(duì)于焊接后還有變形的博古架，主要采用錘擊法矯正和局部熱矯正。錘擊法矯正主要通過(guò)錘擊使構(gòu)件恢復(fù)平直；局部熱矯正采用氣焊火焰對(duì)變形大的局部進(jìn)行加熱，利用高溫處的材料熱膨脹受到構(gòu)件本身剛性制約產(chǎn)生局部塑性變形，冷卻后收縮，抵消了焊后部位的伸長(zhǎng)變形，達(dá)到矯正目的。為確保博古架的成型質(zhì)量，我們要求所有的博古架都在工廠的車間里焊接，焊接完成后進(jìn)行除銹，刷完防銹漆和底漆后才能送到工地現(xiàn)場(chǎng)。

解決了博古架的變形問(wèn)題后，整個(gè)陶棍格柵幕墻就可以開始施工了，220×100的U型槽的安裝、焊接是整個(gè)陶棍格柵幕墻中工程量大，施工精度要求最高的工序，一旦U型槽尺寸、精度產(chǎn)生偏差，加工好的博古架將無(wú)法安裝。并且U型槽立柱的安裝快慢決定著整個(gè)工程的進(jìn)度，所以無(wú)論從管理上還是技術(shù)上都要絕對(duì)重視。U型槽的安裝的步驟如下：

1)安裝前先要熟悉圖紙，到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)照施工圖檢查已完成的箱型柱構(gòu)件的尺寸是否正確，主要檢查：?jiǎn)胃湫椭慕孛媸欠衽c設(shè)計(jì)相符(包括截面尺寸、高度、垂直度、平整度、角度等)； 一個(gè)立面上的箱型柱的水平方向和垂直方向有無(wú)尺寸偏差，把上述測(cè)量結(jié)果標(biāo)注在施工圖上，并復(fù)核一下現(xiàn)場(chǎng)尺寸是否滿足施工要求。特別是每根箱型柱加工時(shí)精度不同，安裝后產(chǎn)生的撓度也不同，如偏差較大的話就要對(duì)U型槽進(jìn)行調(diào)整，以確保U型槽和對(duì)應(yīng)箱型柱順利貼合。上述工作完成后就可以在工廠內(nèi)加工U型槽了，U型槽出廠前必須完成除銹工藝和防銹漆、底漆的涂刷工作。

2)現(xiàn)場(chǎng)情況測(cè)量好后，接下來(lái)的工作是在箱型柱上放出基準(zhǔn)線，這里要注意的是每根U型槽之間的間距要大于博古架10 mm～20 mm，以確保后期博古架順利嵌入?；鶞?zhǔn)線放置時(shí)先用吊錘吊每根立柱垂直吊線，一個(gè)立面吊好后，用經(jīng)緯儀測(cè)定吊線的準(zhǔn)確性，為了防止吊線受風(fēng)的影響，放線時(shí)要將吊線端頭點(diǎn)固定好。

3)基準(zhǔn)線確定后，按照施工順序和編號(hào)將要安裝的U型槽運(yùn)送到指定位置，由于一根箱型柱上的U型槽分成了幾段，吊裝時(shí)要特別注意每段U型槽的安裝位置，同時(shí)也要注意每段U型槽表面的保護(hù)。U型槽從上到下連續(xù)安裝，每根U型槽就位后，對(duì)照上道工序的測(cè)量結(jié)果，對(duì)三維方向進(jìn)行初部調(diào)整，調(diào)整完后用點(diǎn)焊進(jìn)行初步固定，一個(gè)立面的U型槽全部就位后，還需再次復(fù)核一下整個(gè)面上U型槽的平整度和垂直度，如還有偏差的話就對(duì)偏差大的U型槽進(jìn)行調(diào)整，偏差小的可以通過(guò)后續(xù)的博古架的安裝來(lái)調(diào)整。在U型槽位置確定后還要對(duì)照施工圖檢查U型槽的固定螺絲孔位是否正確。在檢查無(wú)誤后就可以正式焊接了，焊接班組在焊接作業(yè)時(shí)必須使用接火盆，并在盆里面鋪設(shè)防濺的防火巖棉，防止電焊火花下墜引燃下方的易燃物。在焊接班組焊接作業(yè)的同時(shí)，吊裝班組轉(zhuǎn)入其他立面實(shí)行吊裝流水作業(yè)。

一個(gè)立面的U型槽焊好后就可以吊裝博古架了，博古架的安裝從下部開始向上安裝，安裝時(shí)將博古架套入兩個(gè)U型槽之間，就位后用螺栓初步固定，每個(gè)博古架均依此法安裝。一個(gè)立面的博古架安裝結(jié)束后，要檢查整個(gè)立面的平整度，有誤差的要進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整時(shí)用木錘輕擊博古架，同時(shí)將螺栓松開調(diào)整，如仍調(diào)整不好就必須拆下調(diào)整博古架后重新安裝。博古架安裝好后就對(duì)整個(gè)架體進(jìn)行油漆修補(bǔ)，并噴涂面漆，面漆干后就可以安裝陶棍了。陶棍以10根一組，在施工現(xiàn)場(chǎng)拼接，陶棍的長(zhǎng)度要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)成型的博古架內(nèi)間距確定，安裝時(shí)要盡量避免磕碰陶棍，防止其邊緣破損。陶棍的施工規(guī)范參照J(rèn)GJ 133—2001金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范。

藝術(shù)館竣工已滿3年了，這3年間也多次發(fā)生臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害，但整個(gè)外立面沒(méi)有一點(diǎn)變化，陶棍的色彩依舊勻潤(rùn)。通過(guò)這個(gè)藝術(shù)館的建設(shè)，不但在校園內(nèi)增加了一座精品建筑，又使我們掌握了一項(xiàng)新型外立面的施工技術(shù)。

[1] 許世訪.淺議陶土板幕墻施工技術(shù)[J].廣東建材,2012(8):66-70.

[2] 唐作鳳，江 暉，曾憲忠.新型環(huán)保材料陶土板在建筑幕墻中的應(yīng)用[J].四川建筑,2014,34(3):267-269.

The application of ceramic rod in building outer decoration

Lu Songyan Qian Xiangrong

(InfrastructureConstructionDepartment,NantongUniversity,Nantong226019,China)

In view of Nantong University Art Museum was the ceramic rod grid outer walls, the modeling unique, difficult to install, through multiple arguments, determined the design scheme and construction method of new ceramic rod grid curtain wall system, and elaborated the nodes and construction difficulties of new ceramic rod grid curtain wall system, finally successfully completed the building facade construction, provided new success case for the new “green” building materials-ceramic rod application.

ceramic rod, clay shutter, green building material, curtain wall, construction

1009-6825(2015)30-0209-02

2015-08-18

陸松巖(1971- )，男，經(jīng)濟(jì)師

TU238

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