幕墙规范的新解读（四）——石材面板和金属面板的设计

　　谈到石材面板和金属面板的设计，可以说幕墙，特别是玻璃幕墙是当代的一种新型墙体结构。其赋予建筑的最大特点是将建筑美学、建筑功能、建筑节能和建筑结构等因素，有机地统一起来，建筑物从不同角度呈现出不同的色调，随阳光、月色、灯光的变化，给人以动态的美，那么建筑设计和幕墙设计二则有何关系，中国幕墙网特邀“中国建筑科学研究院研究员”赵西安教授，为大家详细介绍。

幕墙规范的新解读

新版JGJ 133 和JGJ 102 的设计部分介绍(四)

石材面板和金属面板的设计

　　一、 幕墙用天然石材的分类

　　幕墙用天然石材面板的分类和名称可按两个系统予以界定。

　　1. 岩石的地质学分类(GB/T13890)

　　石材的容重、吸水率、放射性水平等物理性能，取决于岩石的地质学分类，可按国家标准《天然饰面石材术语》GB/T13890规定(表1)。JGJ 133规范的新版本中，按此种地质学分类时均称为“岩”。

　　表1 构成石材面板的岩石

　　2. 石材面板的商品分类(GB/T17670)

　　在石材市场上，习惯了一种商品分类、编号的办法，它按国家标准《天然石材统一编号》GB/T17670进行，这种分类将晶粒相似、花纹相似的石材，以其外观感觉归并为一类，不管其岩石的形成过程和化学成分。这种分类方法便于幕墙选用商品石材。按这种分类时，规范中称之为“石”或“XX石类型”(表2)。

　　表2 常用天然石板的商业类型

　　板石类型的天然石材性能较差，不适合用作幕墙面板。

　　二、 石材防水剂的选用

　　表面防水处理材料可采用有机硅材料或有机氟材料。有机硅材料防水性能好，抗氧化、抗静电，但常偏碱性;有机氟材料抗氧化、防水、抗油、防污，且多为中性，但价格稍高，防水性能稍逊于有机硅防水材料。有些工程两者兼用，各刷一层。

　　除非建筑上有特别要求，一般应选用透气的、不成膜的防水材料，防水材料不应改变石材的颜色和表面光泽。

　　防水剂目前耐久性约为5年，应要求厂家提供使用寿命检验证明。防水剂应有可再涂刷性能，以便日后补涂。

　　三、 石材面板的连接方式

　　1 . 已经取消的连接方式

　　JGJ 133-2001版本中列入了钢销连接，这种连接方式可靠性差，并不合理。实际上在工程中已经不采用。这次修订时取消了钢销连接方式。

　　2. 同向斜挂件背面连接不宜采用

　　45度上斜挂件通过石材面板背后开斜槽连接的方式(图1)不宜采用，因为：

　　斜钩入槽深度很浅，施工稍有偏差，挂件就有可能没有进槽，脱出槽口外;

　　斜向开槽形成尖角，石材尖角容易破损;

　　两个斜构同一方向，竖向地震时石板向上跳动，容易脱出。

　　3. 长槽连接工程中已经少用

　　本次修订JGJ 133 规范时，原版本中的边部长槽连接方式仍然保留，因为这种连接方式在技术上还是可行的。这种连接方法在1990年代曾经使用过，例如1997年建成的深圳新时代广场，高度175m，当时国内最高，且超出规范的适用范围(图2)。这工程采用的花岗岩石板厚度30mm，长槽宽度7mm，采用4mm壁厚铝型材L形挂板，上下边通长配置。

　　4. 短槽连接

　　4.1 短槽连接石材幕墙经受了强震考验

　　振动台试验表明，短槽连接的石材幕墙可以承受9度地震的作用。2008年汶川大地震中，短槽连接的石材幕墙表现良好，按7度抗震设计的石材幕墙基本上经受了9度地震的考验，没有发生明显的地震震害，不仅支承结构完好无损,甚至石材面板都能保持完好(图3)。

　　但是正如振动台试验表明那样，与背栓连接相比，短槽连接要稍弱一些。到10度地震力输入时，短槽槽口发生破坏，而此时背拴连接完好无损(图5)。

　　同样，在汶川地震中，石材幕墙总体表现良好，但个别短槽连接的板块发生了槽口掰开的破损(图6)。

　　4.2 不应采用T形挂件

　　短槽槽口发生破损的原因，除了短槽连接本身相对抗震性能较弱以外，更主要的是因为这些板块采用了T形挂件或蝴蝶形挂件(图7)。这两类挂件性质相同，统称T型挂件。

　　石材面板不应采用这种连接方式，其原因为：

　　1)每一个挂件同时连接上下两块面板，地震时两块面板可能产生不同的振动，但又被挂件连在一起，相互影响，彼此牵扯，加之槽口处石材很薄，容易破坏;

　　2) 石板破损后，更换新面板时无法直接插入，必须移动多块面板才能腾出足够宽度的空隙，新面板才能装入。这样，维修就非常困难;

　　3) 当挂件刚度不足时，石板重量有可能层层下传，影响下层石板的安全。

　　JGJ 133 的新版本对这个问题做出了明确的规定。

　　4.3 短槽连接应采用L形挂件

　　短槽连接应采用L形挂件(图9)，L形挂件(或称之为S 形挂件)每个挂件分别固定一块石材面板，拆装方便;上下石板各自独立，地震时相互不影响;也不存在自重向下传递的问题。

　　挂板可采用铝型材或不锈钢材质。

　　铝型材的材质应符合JGJ 133 规范的相应规定。

　　幕墙中常用的不锈钢牌号为：

　　S30408—06Cr19Ni10 无磁性，常用于室内正常环境，防锈性能一般;

　　S31608— 06Cr17Ni12Mo2、S31603—022Cr17Ni12Mo2 无磁性，可用于室外环境， 防锈性能较好。

　　使用不锈钢应有化学成分检测报告。

　　4.4 短槽连接的适用范围

　　根据振动台试验结果和汶川地震的经验，JGJ 133 规范新版本对短槽连接的使用范围规定为：高度100m以下的花岗石幕墙。

　　非花岗石天然石材强度低，空隙多，性质软弱，开槽后剩余部分难以承受大的外力，地震中容易破损。所以不宜采用短槽连接方式。

　　5 背拴连接

　　5.1 背拴连接的使用范围

　　背拴连接是目前石材幕墙最可靠的的面板连接方式(图10)，振动台试验表明，直到10度地震作用，连接依然有效。汶川地震中也未发现背拴连接的任何震害。

　　背拴连接可以用于各种类型的石材面板。高度1 00m以下的花岗石幕墙推荐使用背拴连接，高度100m以上的花岗石幕墙应采用背拴连接;非花岗石幕墙应采用背拴连接。

　　5.2 注意选用背栓的材质

　　A2不锈钢背栓的材质相当于S304，只适合用于室内正常工作条件，不适合室外石材连接;A4不锈钢背栓的材质相当于S316，含合金钼，有较高的防锈性能，可用于室外开放式石材连接。

　　通常建议采用较好性能的A4材质不锈钢背拴。 背拴进场时， 必须有背拴化学成分检验报告。

　　四、 板 缝

　　1 宜采用注胶式板缝

　　石材面板是脆性材料，破碎后立即坠落。作为安全的第二道防线，注胶板缝是减少石块坠落危险的有效措施。

　　宜采用注胶式板缝， 100米以上高度的区域，应采用注胶式板缝。万一石板破碎，胶缝的粘结力可以减少碎石块下坠伤人的危险。如果建筑师希望突出板缝线条，可以采用深打胶。

　　深圳公路大厦石材幕墙，让工人用大锤击碎石板，除直接敲碎的部分外，周边大部分石块没有掉下(图11)。

　　非花岗石面板材质较差，容易破碎，应采用注胶式板缝。

　　2 胶缝的宽度和厚度

　　石材面板的胶缝厚度不应小于6mm。由建筑密封胶的性能要求，用于石材这样的粗糙多孔表面时，胶缝宽度不应小于厚度，再考虑石板加工安装的精度较差，所以石材幕墙的板缝宽度不应小于8mm。JGJ 133 规范按照上述要求作出相应的规定。

　　3 深打胶 — 凹入式胶缝

　　当建筑师要求石材幕墙立面具有空缝效果时，可以采用深打胶的方式。石材面板的厚度不小于25mm，6mm厚的密封胶可以深入板面之内，达到与空缝相似的建筑效果。通常密封胶面深入板面5mm~10mm。

　　采用凹入式板缝还可以减少板缝边部位的灰尘，有利于保持石材幕墙的清洁。

　　4 开放式板缝

　　现在许多工程要求采用开放式板缝。开放式板缝应符合以下要求：

　　1)背部空间应防止积水，要采取措施使之能顺畅排水;

　　2)背部的保温材料应有防水措施，可采用金属防水衬板;

　　3)背部空间应保持通风，使水汽可以排出;

　　4)支承结构和连接件应采取更有效的防腐措施;

　　5)石板要背面贴防坠落的玻璃纤维织物或设置粘胶层;

　　6) 石板宜采取六面防水处理;

　　7) 背面防水衬板应能承受相应的风荷载。