旋转背栓式陶瓷幕墙安全设计策略探讨

旋转背栓式陶瓷幕墙安全设计策略探讨

李哲

中山中瑞建筑装饰工程有限公司

摘要：本文主要对陶瓷板幕墙的优越性和旋转背栓式陶瓷幕墙安全设计进行了分析与探讨，以供同行参考。

关键词：陶瓷板幕墙；优越性；旋转背栓式；安全设计；策略

一、前言

幕墙是由金属结构与板材组成，不承担主体结构载荷与作用的建筑围护结构，时至今日，幕墙面材除了玻璃外，还采用ECII-T1板、不锈钢板、瓷板及其他人造板材。旋转背栓式陶瓷幕墙是近几年才兴起的一种干挂幕墙技术，陶瓷板作为新兴的一种幕墙形式，以更低碳、更环保、更节能、更安全的优势，向建筑室内、外墙装修市场发起了挑战。因此，该技术在现代建筑外墙装饰中将广泛应用。基于此，本文主要对陶瓷板幕墙的优越性和设计要点进行了分析与探讨，以供同行参考。

二、陶瓷板相比石材应用于幕墙的优越性

建筑幕墙是由幕墙支承结构体系与面板组成的建筑外围结构，根据建筑幕墙使用的面板材料，可分为玻璃幕墙、金属幕墙、石材幕墙、陶瓷幕墙等。

天然石材是脆性材料，抗弯、抗剪强度低，色差大，自重也比较大，资源不能再生。其物理力学性能，不同产地差异很大，即使同一产地不同开采部位也有差异，同时加工设备、加工工艺对其质量影响比较大，强度分散性大。而陶瓷板经高温高压成形，结构紧密、均匀，避免了了石材结构的不均匀性和层状结构，提高幕墙的可靠性，自重轻，只有天然石材的二分之一，建筑负荷低，抗震性能好，陶瓷板克服了墙体的温差膨胀，耐激冷激热，整体无色差，平整度好，不变形，风格更为独特。由于陶瓷板相对天然有着更丰富更鲜艳的色彩及纹理，因此它的装饰效果更为独特，瓷板采用无辐射的绿色原料制造，使用比天然石材更为环保。

三、当前陶瓷板幕墙的主要应用形式

陶瓷板幕墙工程实践表明，面板安全和连结可靠互为影响、互相依存，面板与支承连结可靠性直接影响陶瓷幕墙安全性。背栓式陶瓷幕墙是一组底部拓孔，采用专用工艺，通过锚栓凸形结合与框架支撑协调组合而成的干挂陶瓷的新技术、新工艺，、背栓式也称无应力锚固式，采用在专业设备上由专门与锚栓匹配的金刚石钻头拓孔技术，一般对陶瓷不会损伤，锚栓在拓孔部分与锚固技术形成凸形结合，通过啮合将荷载传给锚固基底，膨胀环有三个对称的接触点，保证了应力的均匀分部，其寿命提高，造价降低，易于更换，使用维修也比较方便。

用背栓点连接陶瓷幕墙进行建筑外饰面陶瓷施工是建筑外饰面施工技术的突破，使陶瓷幕墙有了广阔的使用领域，背栓点连接陶瓷幕墙的背栓仅用作为石板材与连接件的紧固件，这样连接件可按需要灵活设计，其它干挂连接的使用部位和方法带有很大局限性，背栓点连接方法为陶瓷幕墙和玻璃、金属，幕墙组合成组合幕墙创造了条件，即在同一立柱上可左面安装玻璃幕墙，右面安装陶瓷幕墙，在同一横梁上，可上面安装玻璃幕墙，下面安装陶瓷幕墙。背式连接、背栓点连接的陶瓷幕墙值得大力推广。

四、陶瓷幕墙安全应用需考虑的问题。

（1）陶瓷的拓孔工艺的改进。钻孔后再摆动扩孔的拓孔工艺，在陶瓷底孔根部造成损伤。易使孔根部产生裂纹或损伤，改进打孔方法，采用钻孔及拓孔分离的打孔工艺。

（2）陶瓷与背栓连结防震性。

（3）埋入背栓的可靠性。下面是膨胀环背栓的膨胀环未到位照片，使业内人士对膨胀环背栓的埋入可靠性产生忧虑，旋进背栓进行了改进，提高了埋入背栓的可靠性。

（4）背栓埋深的精确性和抗拔性。试验结果表明原背栓与改进背栓不同工艺的不同孔深条件下，改进背栓抗拔力高于原背栓抗拔力。

五、旋转背栓式陶瓷幕墙安全设计性能分析

（1）热胀冷缩及压胀应力对比分析。陶瓷属脆性材料，在与不锈钢硬性扩胀抵触时，易造成胀应力，至使陶瓷直线迸裂破坏，或因此留下安全隐患导致陶瓷在温差、地震

时迸裂。面对以上问题，旋转背式连接背栓通过旋转式安装的方法并对背栓进行顶进限位设计，背栓套将膨胀到设定大小后，便不在膨胀，避免了敲击所带来的突变荷载造成的胀应力，消除了膨胀环未到位的隐患，有效地解决了由于热胀冷缩及压胀应力带来的不利影响。确保了脆性板材的安全可靠性。

（2）受正风压对比分析。为控制装饰面的平整度，锚固深度难以控制，当背栓植入深度较深时，在正风压的影响下，可能会出现顶裂陶瓷问题。旋转背式连接背栓利用背栓套根部螺栓形成的切面与陶瓷紧密相连，避免了背栓底部受正风压的影响，从而背栓深度可以加深，大大提高了安全系数。可适用于各种高度，最大风压地区使用。

（3）抗扭剪分析。普通背栓由于间隙与公差，使背栓系统与陶瓷不能形成整体，在外力作用下而产生扭力与剪力，在此综合应力下，板材会造成下垂等缺陷，旋转背式连接背栓由于最大限度克服了间隙与公差，形成了一个整体抗扭抗剪的态势，从而有力了解决了这个问题。

（4）锚固件抗拉拔承载力能力试验及拉伸试验。从实验情况看，旋转背式连接背栓背与陶瓷的锚固处全部是陶瓷冲切破坏，破坏状态为陶瓷锥度破坏。影响破坏的因素有背栓锚深、陶瓷本身强度、背栓直径等，其中锚深影响最直接。经回归统计，6mm背栓连接抗拉拔承载能力、1.5~3KN，8mm、背栓连接抗拉拔承载能力为、2.5~4.5KN，而、6mm、背栓其极限拉伸强度为、14KN，而、8mm背栓其极限拉伸强度、25.6KN、是背栓锚固陶瓷拉拔力的、5~10、倍，也就是说背栓锚固陶瓷只会是陶瓷冲切破坏。从上面的数据分析可知背栓的直径并不能显著提高背栓的连接抗拉拔承载能力，在陶瓷冲切破坏时并不起决定性作用。而通常因为陶瓷本身的强度不够而就破坏了。故此应在陶瓷选用上多加控制。

（5）抗震性能分析。旋转背式连接背栓具有限位扩张无胀应力、无压应力，形成了抗震抗风荷载较理想的悬挂小单元。在通过国家工程质量监督检验中心采用最新规范抗震实验，幕墙试件在峰值加速度为、70gal、100gal、200、gal、400、gal、620、gal、的"EL-Centro"地震波和"人工"地震波的、X、方向、Y、方向、和、Z、方向模拟地震作用过程中，没有发生任何损伤和破坏。

（6）成孔质量的可预见性。成孔的质量是背栓与板材是否能牢固连接的很关键的一环。所以板材在挂好之前的每一步检测都非常重要。现在市场上敲击式背栓是通过强力敲击进入板材内部，再通过异形螺杆带动背栓套的扩张达到固定的效果。故而它对孔尺寸要求不高，也就是说孔大小不是很重要。这正是其带来安全隐患弊端的不可预见性。其危害程度因为是潜在的，所以往往不为人所重视，最终造成的损失将是惨痛的。采用最新规范针对市场上敲击式背栓安全隐患大这一弊端。通过独特的设计不仅避免了应力集中过大，而且它可以在背栓安装时就能检测出孔合格与否并及时纠正，并有良好的可更换性。这是市面上现有的背栓无法做到的。旋转式背栓在背式连接的陶瓷幕墙及其它脆性薄板幕墙中值得推广。

六、结束语

总之，陶瓷薄板幕墙作为最新的建筑幕墙构造形式，可以满足建筑物复杂的立面造型，更准确地反映设计师的设计意图，增强幕墙的时尚感和装饰感，而且相对于干挂花岗石有很多优点，有着节能环保的突出优势，而且可以大大降低建筑工程造价，其应用前景广阔。

参考文献

[1]薛孔宽、狄直、刘一军、陈峰等.〈建筑陶瓷薄板应用技术规程JGJ/T172-2012〉,建筑工业出版社，2012,8

[2]陈建东，赵西安，等〈金属与石材幕墙工程技术规范JGJ133-2001〉，建筑工业出版社.2001,7.