论新材料在幕墙中的应用

胡铸铸

北京江河幕墙系统工程有限公司 北京 101300

近年来，随着科学技术的进步以及审美要求的变化，越来越多的建筑材料应用于建筑幕墙，建筑幕墙已经开始由简单化和单一化向多样化、个性化发展；而随着国家对建筑节能、环保、碳达峰、碳中和的要求，建筑幕墙作为建筑物的外围护结构，它的组成材料也会随着要求而变化，也会不断催生出适合建筑幕墙行业发展的新技术和新产品，也会让建筑幕墙变得更适合城市的发展，更宜居。当一种新材料用于建筑幕墙面板时，也需要有新的规范、规程等跟进，这样才能使建筑幕墙有序、良性的发展。一种新材料应用于幕墙时，他的重点是怎么和幕墙的支撑体系结合而形成一种新的幕墙，现以陶土砖、瓷板为例进行阐述。

1 建筑幕墙的定义

建筑幕墙的定义：由面板与支承结构体系(支承装置与支承结构)组成的、可相对主体有一定位移能力或自身有一定变形能力、不承担主体结构所受作用的建筑外围护墙或装饰性结构[1]。

2 新材料一：陶土砖

2.1 材料简介

陶土砖是粘土砖的一种，通常采用优质粘土(其成分主要以天然粘土为主，并用石英、长石等为骨料) 经高温(烧成温度大概在800℃) 烧制而成。

特点：吸水率较高，一般吸水率在8%-10%。

2.2 如何应用于建筑幕墙

陶土砖用于建筑幕墙，除了要解决自身用于建筑幕墙的问题，还要满足建筑幕墙的定义及各种功能(如防水、防火、节能、隔音、抗震、安全、美观、耐久) 要求。

2.2.1 满足建筑幕墙的定义

(1) 陶土砖幕墙的面板

陶土砖应用于墙体时，主要通过混凝土砂浆砌筑，为保证安全，增设拉结筋；陶土砖一般都是小板块，其尺寸为：长为240~290mm，宽为53~120mm，厚为48~90mm，中间有孔洞；小板块陶土砖若考虑干挂，不经济，且施工繁琐，故陶土砖应用于建筑幕墙时，采用砌筑形式。

(2) 陶土砖幕墙的支承结构体系

1) 组成

与其他陶土砖墙体不同的是，陶土砖幕墙是砌筑在钢龙骨上，并通过拉结钢筋网加固。面板是陶土砖，支承结构体系是钢龙骨、拉结钢筋网，组成满足建筑幕墙的定义，详见图1。

图1 陶土砖幕墙结构示意图

2) 可相对主体有一定位移能力或自身有一定变形能力

钢立柱通过转接件与主体结构上的埋件连接，埋件与转接件采用焊接；转接件上设有水平方向的长圆孔，与立柱通过螺栓进行连接，可使幕墙相对主体有一定位移能力。上下两层之间的立柱通过钢插芯进行连接，下端自由，上端固定，且上下两立柱之间留有20mm的伸缩缝，可以使幕墙自身有一定变形能力，满足热胀冷缩的要求，详见图1。

(3) 细部设计

如图2所示。

图2 陶土砖幕墙细部设计示意图

1) 立柱：竖向立柱通过计算进行合理分布。

2) 承托横梁，需要根据陶土砖间隔层数进行计算，图2是间隔5层。

3) 拉结钢筋网

①横向钢筋拉结。陶土砖为单匹向上砌筑，在砌筑的过程中需要连接横向拉结钢筋。钢筋的直径根据砌陶土砖砖时缝隙所决定(砖缝建议10mm)，图2显示采用8横向拉结筋，高度方向@300mm。

②竖向钢筋连接。沿竖向方向，在陶土砖的孔洞、分隔缝中设置8竖向钢筋，水平方向@150mm，且与横向钢筋拉结焊接。

③拉结点

4) 砌筑水泥砂浆

选用高标准的砌筑砂浆。

2.2.2 满足建筑幕墙的其他功能要求

(1) 防水

1) 陶土砖通过水泥砂浆整体砌筑，密封，形成防水体系；

2) 陶土砖完成砌筑后需要进行勾缝，建议在勾缝过程中尽量对缝隙按压使达到退缝的效果，在突出砖的整体效果的同时做到有效防水；

3) 在砌筑时建议使用高标准的水泥砂浆，以最大可能降低返碱现象。

故满足建筑幕墙的防水要求。

(2) 保温、节能

陶土砖幕墙内部设有保温岩棉，保温岩棉的厚度、容重等可根据节能要求确定。故陶土砖幕墙满足建筑幕墙保温、节能的要求。

(3) 防火

陶土砖本身是高温烧制而成，与水泥砂浆形成一体，并且龙骨为钢龙骨，且设有拉结钢筋网；另外，在陶土砖幕墙层间设置防火层，由1.5mm镀锌钢板和100mm防火岩棉组成，更有效防火、防烟；故陶土砖幕墙满足建筑幕墙防火要求。

(4) 抗震、安全

陶土砖幕墙的支撑结构体系可相对主体有一定位移能力或自身有一定变形能力、不承担主体结构所受作用；另外陶土砖幕墙设有拉结钢筋网(包括横向竖向拉结钢筋) ，与幕墙的支撑结构体系层层连接，故陶土砖幕墙满足建筑幕墙抗震、安全的要求。

(5) 隔音

陶土砖通过水泥砂浆整体砌筑，形成一道墙，整体具有挡音效果；另外陶土墙幕墙面板与主体结构有一定空隙，局部通过点线与幕墙立柱连接，幕墙立柱又通过点与主体结构连接，有效阻断声音传播，故陶土砖幕墙满足建筑幕墙隔音的要求。

(6) 耐腐蚀

陶土砖本身是高温烧制而成，且吸水率较高，故抗冻融特性、耐腐蚀性好。

2.3 其他

陶土砖有返碱现象。返碱是指水溶性盐在砌筑体表面的结晶沉积物，通常为白色。出现返碱的原因有：(1) 墙内，含有一定量的可溶性盐；(2) 墙内，含有一定量的水份使得碱性有机物溶解；(3) 孔隙结构，含碱溶液经孔隙到达墙体表面，水份发散后，留有沉积物。

解决方法：(1) 使用高标准的砌筑砂浆；(2) 砌砖之前提前1-2天将陶砖湿润；(3) 避免在雨天砌墙；(4) 用遮盖物保护新墙不被雨淋；(5) 砌筑完成之后建议用勾缝剂勾缝处理，且颜色选择浅色系列为宜；(6) 出现返碱，请不要用酸性物质除碱。建议用清水反复清洗，直到返碱现象消失；(7) 碱盐为水溶性，通常可随时间而自然消失。

2.4 陶土砖的砌筑施工工艺

施工工艺：找平→放线→立皮数杆→排列砌块→拉线→砌筑→勾缝。

(1) 砌筑时必须上、下错缝。采用一铲灰、一块砖、一挤揉的“三一”砌筑法，即满铺、满挤操作法。

(2) 砌体灰缝应横平竖直，全部灰缝均应铺填砂浆；水平灰缝和竖向灰缝的砂浆饱满度均不得低于80%；砌筑中不得出现瞎缝、透明缝。

(3) 砌体的水平灰缝厚度和竖向灰缝宽度均为10mm左右，但不应小于8mm，严禁用水冲浆灌缝。对墙体表面的平整度和垂直度、灰缝的厚度和饱满度应随时检查，以校正偏差。

2.5 陶土砖幕墙的应用

由于陶土砖具有抗冻融特性、吸音作用好、透气性透水性好、耐腐蚀性好、文化性强、环保性好、经济性好等特点，陶土砖幕墙广泛应用于学校类建筑、文化类建筑、教堂等。

2.6 小结

陶土砖应用于建筑幕墙，给建筑幕墙的发展打开了一扇窗，在以后的发展中会有更多的砌筑类的材料用于建筑幕墙，进而促进建筑幕墙的发展。而陶土砖在融入到建筑幕墙后，也会随着建筑幕墙的各种支撑体系而出现不同的连接形式，而不再仅限于砌筑。

3 新材料二：干挂式瓷板

3.1 材料简介

瓷板是以不同成分配比的无机非金属固体材料(甚至是废料再利用) 经过压制、烧结而成，其成份完全均匀分布，结构致密，气孔率小，故生产出的瓷板质地均匀、统一，强度高，耐候性及耐久性较好，自洁性较好，生产周期短，易于现场加工；厚度≥12mm。

以往，瓷板用于外墙，主要以湿贴为主，由于长期的雨水浸泡以及冬季的多次冻融循环更易造成面砖从接缝处剥落，严重影响人员的安全；另外，随着节能要求的提高，这让外墙粘贴瓷板更为受限。故干挂式瓷板逐渐代替湿贴应用于外墙。

3.2 如何应用于建筑幕墙

同干挂石材一样，干挂瓷板幕墙，其支承系统及面板不承受主体结构荷载作用。干挂瓷板通常采用背栓式、短挂件式、通长挂件式等构造方式，其中背栓式受力更为合理，也是目前采用最多的构造形式，如图3所示。

图3 干挂瓷板幕墙结构示意图

干挂瓷板幕墙的各种功能与石材幕墙相似。

3.3 干挂瓷板幕墙的应用

与天然石板相比，人造瓷板由于厚度小，缺少厚重感；由于密度更高、自洁性更好，时间较难在瓷板上留下印记，对于某些追求历史印迹感的建筑可能也不太适合；对于某些弧形线脚，现在瓷板不如石材那么易于加工。

因此，干挂瓷板更适合用于有环保意识的、需要石材幕墙效果而又希望降低成本的(利用瓷板的经济性) 、追求大理石效果而又希望经得住时间和自然腐蚀的(利用瓷板的耐候性) 、追求创造性用法进而形成特殊肌理的(利用瓷板的轻薄) 场合。

3.4 小结

干挂瓷板幕墙现在的应用还比较少，但瓷板为人造板材，随着生产技术的发展，通过电脑随机布料、3d打印等技术，完全可以模仿各种天然材料的纹理；瓷板幕墙除了干挂外、还有点挂式；同陶土板一样，由湿贴变为干挂，瓷板也随着幕墙支撑结构体系的不同而展现出不同的连接形式，并且可以根据幕墙构造的基本原理，其他板材组合出更新颖的形式。

4 结论

总之，当一种建筑材料，无论它是新材料还是既有材料，当它应用于建筑幕墙面板时，它就得满足建筑幕墙的定义以及各种功能要求，这样才能是建筑幕墙。而随着社会科技的进步，主要以玻璃、石材、金属板等材料为面板的幕墙，显得比较单一，需要加大对建筑幕墙材料的研究与探索，从而使建筑幕墙由简单化和单一化向多样化、个性化发展，使建筑幕墙形式越来越丰富、越来越美观，进而促进幕墙整体的进步。