陶磚干掛體系在幕墻工程中的應(yīng)用

李五星

中鐵建工集團(tuán)有限公司 山東 青島 266100

1 工程概況

中國(guó)科學(xué)院青島科教園區(qū)一期是青島西海岸新區(qū)承接海洋強(qiáng)國(guó)和軍民融合兩大國(guó)家戰(zhàn)略使命的重要平臺(tái)。項(xiàng)目由16棟造型各異的單體建筑組成，由于沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)層，同時(shí)又存在大量的躍層、大跨以及薄壁斜墻等，故給設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)了很大的難度。

該項(xiàng)目緊鄰大海，未來(lái)是作為科研中心，為國(guó)家海洋事業(yè)培養(yǎng)“國(guó)際化、創(chuàng)新型、復(fù)合型”的高層次人才，集聚教、科、研等綜合功能。綜合考慮項(xiàng)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(shí)，玻璃為虛。陶磚大面積鋪設(shè)，玻璃進(jìn)行穿插，虛實(shí)結(jié)合。2種材料的搭配運(yùn)用很好地體現(xiàn)青島“紅瓦綠樹(shù)”的地方特色，同時(shí)也營(yíng)造出大學(xué)沉穩(wěn)而又不失現(xiàn)代元素的建筑風(fēng)格。

本工程以陶磚幕墻為主，玻璃幕墻作為陶磚幕墻中的點(diǎn)綴，體現(xiàn)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(guò)轉(zhuǎn)接件固定在主體結(jié)構(gòu)上，實(shí)現(xiàn)建筑幕墻的各種造型。為保證陶磚幕墻的穩(wěn)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(wěn)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(tǒng)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(xù)，其獨(dú)有的材料屬性可為建筑賦予獨(dú)特的個(gè)性，具有濃厚的文化氣息和時(shí)代感，其個(gè)性、領(lǐng)域性、適用性極強(qiáng)。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(yán)寒、耐腐蝕、抗沖刷、抗光污染性、吸聲等，是幕墻材料的一個(gè)較好的選擇[1]。

2.1 陶磚幕墻選型分析

本項(xiàng)目幕墻采用陶磚作為幕墻面板材料，兼顧了陶磚的特點(diǎn)和建筑裝飾需要。項(xiàng)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(tǒng)的砌磚方式，需要在傾斜磚墻背面澆筑建筑墻體，用來(lái)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(tǒng)磚墻固定在建筑主體上并實(shí)現(xiàn)立面造型，成為本項(xiàng)目一個(gè)重要的研究點(diǎn)。

經(jīng)過(guò)對(duì)材料進(jìn)行反復(fù)對(duì)比和案例分析，結(jié)合現(xiàn)代幕墻干掛體系的優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)。針對(duì)傾斜面，根據(jù)幕墻干掛體系的特點(diǎn)，采用鋼龍骨構(gòu)造傾斜面代替建筑墻體傾斜面。為保證陶磚幕墻的實(shí)現(xiàn)，項(xiàng)目定制了帶孔陶磚，陶磚內(nèi)部采用鋼筋穿過(guò)，鋼筋再焊接在鋼龍骨上，陶磚就像算盤(pán)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(shí)，確保了材質(zhì)的品質(zhì)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(tǒng)介紹

建筑幕墻是由面板與支承結(jié)構(gòu)體系（支承裝置與支承結(jié)構(gòu)）組成的、可相對(duì)主體結(jié)構(gòu)有一定位移能力或自身有一定變形能力、不承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)所受作用的建筑外圍護(hù)墻，其輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)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(tǒng)的主流。

本工程陶磚采用幕墻干掛系統(tǒng)，面板系統(tǒng)為陶磚，支撐系統(tǒng)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(tǒng)設(shè)計(jì)問(wèn)題，限制陶磚在豎向和進(jìn)出方向的位移，保證支撐系統(tǒng)的安全。不同于陶磚傳統(tǒng)的砌筑粘接安裝方式，干掛陶磚幕墻根據(jù)造型需要，背部采用鋼龍骨進(jìn)行支撐，鋼龍骨距離主體結(jié)構(gòu)懸挑一段距離，鋼龍骨通過(guò)鋼轉(zhuǎn)接件和后補(bǔ)埋板將磚墻幕墻系統(tǒng)固定在主體結(jié)構(gòu)上。相比傳統(tǒng)的磚墻，干掛磚墻幕墻系統(tǒng)有如下優(yōu)勢(shì)：

1）有利于主體結(jié)構(gòu)的施工。采用干掛磚墻幕墻系統(tǒng)，主體結(jié)構(gòu)可以不用拘泥于建筑外形細(xì)部構(gòu)造，采用常規(guī)的便于施工的主體結(jié)構(gòu)形式，即可滿足工程建筑需要，有利于降低主體結(jié)構(gòu)土建施工的難度。

2）可以實(shí)現(xiàn)多種造型。不易通過(guò)土建結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的某些造型，可以利用幕墻干掛體系的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)構(gòu)造不同的鋼框龍骨支撐體系，從而得到實(shí)現(xiàn)。

3）節(jié)約成本和工期。采用干掛磚墻幕墻形式，主體結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化形式，加快施工進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)節(jié)省材料和施工時(shí)間的目標(biāo)。

3 陶磚幕墻關(guān)鍵工藝

3.1 陶磚幕墻干掛體系構(gòu)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(jié)構(gòu)表面做墻體保溫處理，滿足建筑的保溫節(jié)能要求（圖2、圖3）。

圖2 陶磚幕墻橫向標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)

圖3 陶磚幕墻立框效果

2）當(dāng)立柱支座間距大于3 m時(shí)，立柱采用雙跨結(jié)構(gòu)，短跨跨度不小于450 mm。立柱與鋼轉(zhuǎn)接件采用M12不銹鋼螺栓組進(jìn)行連接。

3）當(dāng)外側(cè)磚主龍骨距離超過(guò)500 mm時(shí)，應(yīng)設(shè)置桁架。桁架由50 mm×4 mm鋼方管組成，陶磚通過(guò)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(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)

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(zhǎng)熱浸鍍鋅角鋼進(jìn)行支撐（圖6）。

圖6 陶磚幕墻底部連接節(jié)點(diǎn)

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

圖7 陶磚幕墻豎向穿磚鋼筋連接節(jié)點(diǎn)

6）陶磚幕墻龍骨的生根點(diǎn)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(diǎn)不可設(shè)置在砌體墻磚上。

7）陶磚幕墻按照規(guī)范進(jìn)行防火處理，對(duì)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(shí)，防火鍍鋅鋼板與主體結(jié)構(gòu)、幕墻結(jié)構(gòu)及鍍鋅鋼板之間的縫隙采用防火密封膠進(jìn)行密封（圖8）。

圖8 陶磚幕墻層間防火連接節(jié)點(diǎn)

8）陶磚幕墻龍骨系統(tǒng)與主體結(jié)構(gòu)采用10#槽鋼轉(zhuǎn)接件進(jìn)行連接，槽鋼轉(zhuǎn)接件表面熱浸鍍鋅處理。槽鋼轉(zhuǎn)接件一端通過(guò)2個(gè)M12不銹鋼螺栓組連接鋼龍骨，另一端與后補(bǔ)埋板進(jìn)行焊接，后補(bǔ)埋板通過(guò)4個(gè)M12的化學(xué)螺栓固定在主體結(jié)構(gòu)上。每個(gè)槽鋼上設(shè)有2個(gè)長(zhǎng)50 mm的腰形孔，用于調(diào)節(jié)立柱與主體結(jié)構(gòu)的相對(duì)偏差，滿足現(xiàn)場(chǎng)安裝的調(diào)整需要。待立柱調(diào)整完畢后需要擰緊螺栓，將腰形孔上面的鋼墊片與槽鋼進(jìn)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(xiàn)相對(duì)位移。

3.2 陶磚幕墻的避雷設(shè)計(jì)

按照GB 50057—2010《建筑防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，本工程建筑幕墻防雷等級(jí)按二類考慮（和建筑一致）。

1）采用鍍鋅扁鐵將龍骨與均壓環(huán)相連。每層設(shè)1道均壓環(huán)，設(shè)均壓環(huán)的樓層轉(zhuǎn)接件與縱向鋼筋連接，均壓環(huán)與幕墻立柱接通，并與土建防雷體系相連，使均壓環(huán)范圍內(nèi)的幕墻立柱都接地，形成不大于10 m×10 m或12 m×8 m防側(cè)雷網(wǎng)絡(luò)，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(tǒng)中的鋼帶相連時(shí)做特殊處理，將豎龍骨的接觸處去掉保護(hù)膜，鋼帶與龍骨的接觸表面則進(jìn)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(wú)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(huán)全部采用三角形滿焊連接，焊接長(zhǎng)度不小于100 mm；避雷連接板與幕墻龍骨接觸長(zhǎng)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(yīng)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(wú)法像石材一樣靠板材自身進(jìn)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(lái)一定的難度。特殊位置的收邊收口處理關(guān)系著幕墻的防水和外觀效果，在考慮防水、對(duì)縫、安全等因素下，陶磚收邊常常需要借助其他材料進(jìn)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(jìn)行收邊處理，鋁單板表面進(jìn)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(guò)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(jìn)行防水密封。在下口收口鋁板立面與吊頂板角部設(shè)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(guī)的厚3 mm鋁單板收口，鋁單板與陶磚預(yù)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(guò)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(shè)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(jìn)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(jìn)行密封防水，鋁單板通過(guò)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(shí)，在2個(gè)斜面交接的角部很容易出現(xiàn)問(wèn)題。對(duì)于斜面陶磚，常規(guī)的二維平面設(shè)計(jì)難以精準(zhǔn)定位放線和排版，因此采用了BIM模型技術(shù)搭配放樣來(lái)輔助放線，用BIM模型對(duì)磚墻提前進(jìn)行了排布，然后定尺下料，使得每一塊磚在拼裝時(shí)可以嚴(yán)絲合縫。在設(shè)計(jì)之初一定要考慮好陶磚的模數(shù)與建筑不同立面分格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并要善于借助不同的技術(shù)軟件建立BIM模型，輔助幕墻設(shè)計(jì)和施工，提高設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確度。

4 結(jié)語(yǔ)

陶磚作為一種傳統(tǒng)的建筑表皮裝飾材料，通過(guò)和現(xiàn)代幕墻干掛體系結(jié)合，可使傳統(tǒng)的建筑裝飾材料在現(xiàn)代建筑中繼續(xù)獲得使用，更好地體現(xiàn)出建筑獨(dú)特的風(fēng)格。本文結(jié)合實(shí)際工程案例對(duì)陶磚幕墻進(jìn)行一些介紹，分析了陶磚與干掛體系結(jié)合的構(gòu)造技術(shù)等，為傳統(tǒng)建筑裝飾材料的新運(yùn)用提供了一種思路。