陶板幕墙应用技术

AⅡb-1 类为吸水率 6<E≤10%、断裂模数≥17.5MPa（单值≥15MPa）的陶板材料； AⅡb-2 类为吸水率 6<E≤10%、断裂模数≥9MPa（单值≥8MPa）的陶板材料； 考虑陶板的特点和工程经验， 陶板材料的总安全系数和材料性能分项系数分别取 K=2.5 和 K2=1.8，材料性能分项系数等于总安全系数除以风荷载分项系数（1.4） 。 根据以上数据可得出陶板的弯曲强度设计值和抗剪强度设计值见下表。 陶板弯曲强度设计值/ƒct AⅠ类
厅，广场、车库等其他附属设施，是学校迎接百年校庆的重点建设项目之一。该建筑群的新 学堂部分即采用了“莲花状钻石体”结构设计，复杂程度可想而知。其外墙即使用陶板幕墙 完成。
（清华大学新学堂、音乐厅、校史馆）
（清华大学新学堂） 清华大学新百年会堂的按期落成，幕墙施工单位和材料供应商（TOB 陶板）两家的石 头也已落地；虽说因为赶工期，局部需要修改更换，但是作为整栋建筑群的落成，作为施工
（天津大学 1895 大厦）
（天津大学 1895 大厦局部）
5、陶板幕墙的构造设计。 陶板幕墙在采用开放式或是密闭式问题上一直具有争议， 很多施工单位为了省事儿， 害 怕出现横、竖缝不一致现象，采用密封胶处理。但是从陶板的挂装体系上看，还是推荐采用 开放式体系；开放式能够有效带走幕墙背部空间的潮气，延长建筑结构自身的寿命；密闭式 自身需要做胶缝处理；从陶板的挂装结构看，陶板幕墙每块都是一个可活动的单元体，其自 身的可移动性容易造成胶缝的开裂， 无法满足封闭效果； 而且陶板自身的材料性质也决定了 密封胶会对陶板造成污染。 至于开放式陶板幕墙的竖缝一般采用有弹性的金属线条或橡胶条做防水封堵， 同时起到 防止陶板侧向滑移的作用，以防止陶板的侧移出现撞击。 陶板幕墙的分割也一直是设计师一大难点，国内大多数设计师喜欢追求大板块的陶板， 特别是受成本因素或个人喜好原因， 很多设计师或业主一味追求大板块设计， 甚至要求做到 与石材板块大小一致。 从个人在陶板行业的几年经验当中， 陶板的强度和陶板的抗撞击能力 并不特别适合大板块陶板， 而且在国外也基本没有多少设计师设计大板块陶板的。 根据陶板 的强度和抗撞击能力，推荐陶板设计分格控制在 500*1200 以内的规格，采用接近于 1:3 比 例的板块设计，相比安全性能会更好，也更能体现陶板幕墙的优势。 陶板的生产工艺决定了该材料的先天的特性， 没有一样材料是分古老或现代， 也没有通 用的材料，择其特性，展现建筑的特质，是建筑设计师的责任。陶板材料以其自然古朴、色 泽丰富、经久耐用的特点，会带给建筑设计师更多的想象空间，为实现建筑师的理想和业主 的目的创造更多的空间。陶板材料以传承人类文明、以人为尊、自然共生三位一体的融合， 彰显着建筑艺术的延伸和思考，也因为更多的建筑设计师的选择而大放异彩。 6、陶板幕墙的结构设计。 陶板幕墙的挂装体系在国外基本都是全龙骨框架体系， 在国内因为成本因素， 很多企业 除了采用通长横梁挂接系统外， 又开发出非连续性横梁挂接体系， 即所谓的短悬臂挂接体系 或点挂体系。 目前国内还没有陶板幕墙的统一工法标准， 无法对陶板幕墙特别是超高层陶板幕墙使用 给予明确界定； 但通过陶板幕墙的抗风压及变形性能和抗震性能检测来看， 只要使用标准的 陶板幕墙干挂体系（通长横龙骨挂接体系） ，在结构计算能够通过的情况下，陶板在超高层 建筑的应用是没有问题的。 至于陶板幕墙采用哪种挂装结构体系，亦或是超高层应用，从个人角度来看，根据我国 建筑幕墙业发展积累的大量的工程实践和丰富的设计施工经验， 对于各类幕墙结构体系及超 高层建筑幕墙， 通过召开专家论证会确认其设计与施工方案的可行性， 并采取相应的技术措 施和确保使用安全的措施，应该不存在技术上的难题。 针对陶板幕墙，在结构设计上大家关心的无外乎以下几点： （1）陶板幕墙的结构设计体系特别是非连续横梁体系是否合理？ （2）陶板幕墙的挂接方式和受力体系是否合理？ （3）陶板挂件的要求和力学计算问题？ 6.2 笔者有幸参加过“成都中医药大学附属医院国家中医临床研究（糖尿病）基地外 墙陶板干挂项目（以下简称成都中医院项目） ”专家论证会，在会上也有很多专家提出各种 不同的问题。在此，一并做以总结供大家参考。 成都中医院项目干挂陶板应用高度 103 米， 幕墙施工单位为武汉凌云装饰公司， 该项目 转角部位相对较多。幕墙公司设计时设计抗风压性能为 1 级，采用间断式横梁挂接体系，板 材采用 300*900*18 规格，主龙骨采用 40*60*3mm 热浸锌方钢，主龙骨与主体连接采用双 跨铰接梁连接结构。 对于超高层建筑，采用非连续性横梁挂接体系，是大家担心的一个主要问题。通过专家
陶板幕墙的应用技术要点
作者：王 林 自上个世纪 90 年代，我国在建筑外墙装饰首次引进使用德国 AGROB BUCHTAL 陶土板以 来， 陶土板开始在国内使用。 随着天津泰达金融街、 北京阳光尚东等建筑陶土板幕墙的使用， 标志着中国幕墙产业在节能材料利用上又迈上了一个新的台阶，陶土板幕墙的人文艺术气 息、 天然的色彩、 环保的材料及节能降噪优势也逐渐表现出来， 不断得到建筑设计师的青睐。 中国的陶土板市场供应有很长一段时间完全依赖从海外进口， 代价是运输成本高， 供货 周期长，且安装技术服务难以及时到位，制约了陶土板在中国的推广使用。从 2006 年开始， 中国人开始自行研发、生产陶土板。国内原先在陶土板生产领域几乎是一片空白，现在中国 的陶土板生产商已经能够向市场供应成熟产品。 随着中国几家陶板生产商的大力推广，特别是从 2008 年底，TOB 陶板的强势出击，经 过 2009 年、2010 年两年的应用，陶板幕墙的应用得到更好的发展，一度出现供不应求的市 场现象。 随着国内大量陶板幕墙的应用， 越来越多的建筑设计师和幕墙设计师都面临着同一 问题，国内关于陶板的施工规程还没推出，施工及验收均无依据可依；虽然国家标准《建筑 幕墙》 （GB/T21086-2007）在人造板部分有提到陶板材料，但是对陶板材料的相关内容并不 是很多，这就为施工验收带来了诸多不便；特别是在超高层建筑应用上尤为突出。 目前，陶板幕墙在应用技术上主要集中在以下几点： 1、陶板幕墙在超高层中的应用； 2、陶板幕墙在异性建筑体上的应用； 3、陶板幕墙结构设计及安全体系方面； 4、陶板的强度计算依据和执行规范； 5、陶板幕墙使用开放式幕墙还是密闭式幕墙的选择问题； 6、陶板幕墙在高严寒地区的应用。 陶板归属于人造板，在《建筑幕墙》 （GB/T21086-2007）中已明确。但是，在编制《建 筑幕墙》 （GB/T21086-2007）时，国内相关的陶板材料标准还未编制，当时仅根据国外几个 陶板厂家在国内代理商提供的相关资料来编写， 并未对陶板特性进行针对性的指标规定。 而 在 2008 年颁布的《干挂空心陶瓷板》 （JC/T1080-2008）也是针对作为陶瓷行业的标准，并 未对陶板作为幕墙用材料进行针对性的标准制定；而作为《建筑幕墙用陶板》JG/T XXX 也 在 2008 年底通过审查会上报送审稿后一直未颁布实施。 对于陶板幕墙的应用， 特别是在超高层建筑上的应用， 究竟如何进行陶板材料的结构计 算及设计，根据在幕墙行业及陶板材料行业的经验给出以下数据及引用标准供以参考。 1、陶板材料的弯曲强度设计值和抗剪强度设计值的确定，应根据陶板的吸水率及陶板 的断裂模数来确定。 面板的弯曲强度设计值等于强度标准值或最小值除以材料性能分项系数， 抗剪强度设计 值取弯曲强度设计值的 0.5～0.6 倍。根据《建筑幕墙》 （GB/T21086-2007）规定，依据《陶 瓷砖》 （GB4100-2006）分类，可用于幕墙干挂陶板可分为 AⅠ类、AⅡa 类、AⅡb 类。 AⅠ类为吸水率 E≤3%、断裂模数≥23Pa（单值≥18MPa）的陶板材料； AⅡa-1 类为吸水率 3<E≤6%、断裂模数≥20MPa（单值≥18MPa）的陶板材料； AⅡa-2 类为吸水率 3<E≤6%、断裂模数≥13MPa（单值≥11MPa）的陶板材料；
单位和材料供应商在短期内完成该项目也确实不易。 该建筑主体完工时，才开始确定外墙材料，在李道增先生的一再坚持下，通过几轮样板 墙的设计搭建才确定。而且，外侧的造型全部通过钢结构来实现，其主体结构的特殊性决定 幕墙深化设计和施工放线均需采用三维方式完成； 而外墙材料的切割更是可想而知， 几乎所 有的板块都是异型板块，均须通过三维切割来完成，否则安装后会出现缝隙不一致的现象。 同样，TOB 陶板在 2010 年完成的另一项目——天津大学 1895 大厦项目，也为陶板幕 墙异型结构设计提供了良好的依据。与其说该建筑提供的依据，实际早在德国就已实现。天 津大学 1895 大厦项目参照了德国柏林波茨坦广场项目的设计方案。 天津大学 1895 大厦建筑 外观是采用了 11 种异型陶板或百页构成的外立面装饰，是在国内没有任何可借鉴的条件下 自我研发并进行结构设计组装完成的项目。
Βιβλιοθήκη Baidu10.0
陶板抗剪强度设计值/ƒcv AⅠ类
5.0
AⅡa 类
6.2
AbⅡb 类
4.5
AⅡa 类
3.1
AⅡb 类
2.2
2、陶板的泊松比和弹性模量：根据国家建材院依据《精细陶瓷弹性模量及泊松比试验 方法（共振法） 》 （ISO17561-2002）标准多次对陶板材料的性能检测，获得陶板材料的弹性 5 模量和泊松比分别是 E=30.5GPa（0.305×10 N/mm2）和 v=0.33，陶板的线性膨胀系数为 5.6 -6 -1 3 3 ×10 C ,陶板的材料密度取 2.25g/cm （重力密度为 0.0225N/ cm ） 。 3、陶板在高严寒地区的使用。 根据陶板的物理性能可以看出， 陶板的吸水率是不可避免的。 目前， 国内外生产的陶板， 除通过釉面或防护处理过的陶板吸水率可以降到 3%以下外，大多都处于 6<E≤10%，只有 少部分厂家的陶板在特定情况下可以达到 3<E≤6%。 如按照 《建筑幕墙》 （GB/T21086-2007） 中 9.2.1.4 规定，在国内大多数地区无法使用陶板。 而实际情况却并非如此， 依据陶板的生产工艺来讲， 陶板是以陶土为原料湿式挤压成型 后经过 1150 度左右高温烧制而成，在烧制过程中，陶板原材料中所含的氧化物通过高温氧 化还原形成非常细小的毛细孔隙， 烧制工艺类似于国内生产的劈开砖。 陶板的毛细孔隙在开 放式的干挂体系中， 在吸收水分的同时也在释放水分； 而且陶板烧结密实度使其在吸收水分 后并不能形成低温结冰的状态。再者，劈开砖已经在国内使用这么多年，劈开砖的吸水率并 不亚于陶板， 但其在高严寒地区推广使用已非常成熟， 并没有案例反映出其不适用于高严寒 地区。 针对陶板， 同时可以通过已经使用的一些项目案例来证明陶板在高吸水率情况下可用于 高严寒地区。 TOB 陶板于 2009 年 11 月完工的云南德钦县政府办公大楼项目，其位于海拔 3800 米的 地方，附近即为梅里雪山，年温差高达 70 度，昼夜温差也比较大，陶板在使用两年后仍保 持颜色鲜艳、状态完好，没有出现暗裂或炸裂等现象；再如位于内蒙古锡林浩特的蒙东锗工 业博物馆项目也为 2009 年完工项目， 现也保持完好状态。 还有位于海拔 4500 米雪线位置年 温差高达 85 度的新疆卡拉苏口岸、黑龙江大庆市城市规划展示馆等项目都采用陶板，在使 用陶板后效果都保持完好状态，而且都得到较好评价。 这一点，在新疆做的入疆材料检测性能中“抗冻融性能检测”及在国家建材院所做相关 检测也能充分证明。故此，陶板在不同气候地区使用的限制还有待进一步研究确认。 4、陶板的异型建筑应用。 针对陶板幕墙是否适用于造型比较复杂的建筑结构上， 也是很多设计师所担心和考虑的 问题，很多设计师担心在完成立面设计后，陶板无法实现其效果而放弃设计陶板。 陶板为湿式挤压成型，只要其设计能够满足挤压成型的线条基本都可以实现；而且，还 可以通过切割拼接等方式完成各类造型。 陶板因高温烧制后， 其良好的强度和耐磨性能够满 足各种方式的切割。 在 2011 年 4 月 23 日，清华大学被誉为“新百年的标志性建筑”的“新清华学堂、校史 馆、音乐厅”的亮相得到国内外很多专家学者的青睐， “新清华学堂、校史馆、音乐厅”建 筑群由李道增院士主持设计，坐落于东西主干道和南北主干道交汇点的东北角，用地面积 26100 平方米，建筑面积 43250 平方米，由三个区组成，分别为新清华学堂、校史馆及音乐