金属与石材幕墙的性能与构造需求
金属与石材幕墙的性能与构造需求
金属与石材幕墙的性能与构造需求(之一)
一、金属与石材幕墙的设计应根据建筑物的使用功能、建筑设计立面要求和技术经济能力，选择金属或石材幕墙的立面构成、结构型式和材料品质。
金属与石材幕墙的选型是建筑设计的内容，建筑师不仅要考虑立面的新颖、美观，而且要根据建筑的功能、造价及所具备的施工技术条件进行造型设计。在选用石材幕墙时应考虑到地理条件、工程的位置、当地在历史上发生过地震状况等，并且在设计时考虑能否拆装、维护修理，对雨水的排出方向等方面的问题在选用时要从严掌握，要充分考虑条件是否具备。
有些高层建筑需要大量的石材，为这类建筑选择石材时必须由一位有经验的有资格的人士(石材规范、标准，围护结构的顾问)考察采石场和加工厂，了解采石场是否按所要求的颜色、尺寸和质量及时供应所有的石材。工厂能否生产出所要求尺寸，表面加工的石材质量，工厂的劳动力以及能否按要求的顺序准确及时地满足施工曰程表的要求。
(一)试验程序
破坏模量和吸水率是两个最主要的物理性质，国家规定了最低标准，例如关于建筑用天然石材吸水率和容重试验方法。因为吸水率和空隙直接影响含水量的变化、风化的强度，并且通过这些因素影响石材的寿命(耐风化的能力)，所以吸水率是选择外墙用石材的一个重要物理特性。
对建筑用天然石材弯曲强度制定出最低标准进行石材的压缩强度和密度的试验。用五个最好取自不同地点的石材用同样的方法作一种试验，对破坏模量和弯曲强度应当按两个方面———平行及垂直于断层线用干、湿两种样品分别进行试验，断层线应由制造商在试样上标明。当计算横向锚固要求的石板厚度时应当用试验结果取平均值。
对需用大量石板的高层建筑，通常要建造一个有代表性的足尺寸模型，并在独立的实验室进行试验。按照外墙窗户、幕墙和门进行试验。在均匀的静气压差作用下用幕墙和门的结构性能试验方法进行模拟正、负风荷载作用的静压下结构性能试验。
高层建筑不同部位量大风压的设计标准一般按风洞试验研究规定，相对结构的最大允许变形由规范规定。
(二)安全系数
天然石材的行为是符合材料的弹性理论，当按风荷载或锚固力计算石板厚度时我们必须用安全系数来补偿强度的不均匀。
(三)接口
应当由有经验并且考核合格的人员来设计和规定接口的细部构造、密封胶、排雨水的通道和通风及排水的方法。水是有害的，会造成污斑；在不同的材料之间导致电化学腐蚀；在结冰及解冻时会造成裂纹而使结构破坏。高层建筑会因受热而变形、膨胀和收缩或者在受风吹时发生摆动，水会不停地冲击建筑物外墙，并且靠材料的空隙、在风的内外压力差及毛细孔的作用和凝结的帮助下进入内部的空隙。当水结冰时产生的膨胀作用力会使结构破坏。
(四)石材的选择
当准备使用薄石板时，首先考虑的是石材本身，即哪一种石材最适合作薄石板。石材作为一种天然的材料是无法控制其质量的，每一块石板都不相同，甚至同一块石板内部各处也有差别，在同一个采石场内的石材质量也是有变化的。在选择过程中增加一个用目测选择的标准就能多提出一些限制条件，主要考虑的是所加工的石板的强度和石板沿横截面及表面强度是否均匀。石材在自然界中是由各种曰常相同的成分以线性关系和非线性关系粘结而成的，当石材切成石板时，这种成分的组合形成了石材品种所要求的颜色和图案，这种粘结的图案就是片麻岩。粘结性材质对石材的强度有影响，并且可能形成薄弱带，一般对厚的石板这种薄弱带可以不加考虑，但当石板薄时问题就会严重起来(薄弱带会穿过整块石板)。石板的表面机械加工还会使石板产生非天然的损伤，在实验室试验时也发现了石材的破坏模量会随表面加工不同而变化。另外要考虑的一个问题是，当热处理时在石板上会产生微小的裂纹，与天然的损伤相比，机械损伤的影响在石板厚度减少时要严重得多，这一点应引起业主的高度重视。除非石材是由设计者很熟悉的采石场提供的，否则就必须执行一套全面的石材试验程序，以便按石材在规定的项目中建议使用的厚度，墙面尺寸和锚固系统来规定实际石板的物理性质和限制条件。
(五)性能标准
一旦选择好一种石料，这个石板外墙系统的产生过程就开始了，下一步必须从二方面进行考虑：首先是对整个系统的性能要求，其次是为达到整个系统的性能而对部件的特殊要求。
一个外墙系统要满足符合建筑物用途的特殊功能，必须规定下列功能的数值，例如：热绝缘性能、湿度控制与排水、空气渗入、抗腐蚀性能、结构的支承等等，还要规定采用的所有部件单独及配合起来满足这些功能。在建筑施工工业中有了这些数值，但一直没有一个施工集团对薄石墙面系统作过具体详尽的规定。
(六)锚固和支撑
为了分析起来简化，最好通过对墙面的组成，从建筑物的外墙开始，薄石板由锚杆支撑并将重量及横向荷载传递给石墙面板的支撑系统。锚杆有几种基本形式，虽然有许多材料被推荐来做锚杆，但石材工业的标准是采用不锈钢锚杆，不锈钢锚杆具有长期证明良好的追踪记录。
(七）锈蚀
石板锚杆和支撑框架的接头要注意锈蚀问题。在框架内部有些地方会接触到水分，抵抗锈蚀是很重要的。框架和其他用碳钢做的部件要求用热镀锌或油漆处理过，一般的钢材底漆还不足以防止这些主要的部件锈蚀，热浸法镀锌的性能比较好，也可以用高性能的油漆，这样处理起来较容易且费用也较低。为了在制造及安装过程中保持镀层的完整，不管是热镀锌件还是油漆件都要求在现场应严格做到轻拿轻装，并在车间和现场严格进行检查后确定其产品质量是否合格。高性能油漆比热电镀锌优越性在于，这种油漆能使金属部件做到在电气上互相绝缘从而防止发生电化学腐蚀，电化学腐蚀对建筑物外墙来说是一种很严重的危害，直接关系到石材幕墙的安全性和耐久性，将支撑框架固定到建筑结构上所用的固定方法而定。对接头以及防锈层同油漆层在现场进行充分的检查是十分重要并且应强制进行，不能过分强调所有的预埋件及在最后加工时不能接触的部件发生锈蚀是不可接受的。再一次强调由于焊接或其他因素引起的表面处理被损坏，如需要进行表面处理，应用化学方法及时处理，防止出现工程在使用过程中出现锈蚀。
(八)石材的保温材料
目前在石板同桁架墙面系统中热围护层是一个存在问题的区域。石板的桁架在安装以前，很容易加以绝缘提供一层不传导的热围护层。在墙面板组合件内部布置绝缘层，由于可以沿建筑结构外面连续布置所以有好处。当不在工地而在一个可控的环境下与石板同桁架组合件一起完成这项工作，可以大大提高安装的质量，从保证性能角度出发也希望将桁架区加以绝缘。但从设计及施工角度来看，固定这个区域会有水渗入，起不到保温的作用。对水不敏感的绝缘材料(泡沫塑料)其可燃性一般不适合用于内部。由于在施工过程中一般在装修之前一定时间内，要为窗户留有开口，墙上这些开口会使雨水渗入，将对水敏感的墙体绝缘材料弄湿使隔热层被损坏。在柱子表面及窗间墙表面被水损坏的绝热层由于接触不到所以无法更换，所以必须对开口临时加以防护。必须按照桁架的构件正确采取防火措施，使防火材料与桁架连续的同构件接触。当建筑规范要求外墙防火时，由于绝缘保温层易被水损坏故石板同桁架的防水绝缘保温层必须保持其整体性。空气及蒸汽隔离层和隔热层一样，也会由于不连续和暴露在大气中而受到损坏，这是一个要小心处理的区域，处理的方法是将该层用防水塑料膜保护好，从而确保其原有的功能。
因为石材的强度受干燥和潮湿程度的影响(潮湿的石材破坏模量一般都比干燥的石板低)，所以建议在石板背面留出一个空隙，让水能从此处流入排水系统，最终被排出。水能通过石板接口处及石板本身渗入，因此建议不要将绝缘保温层布置在石板的背面，否则水就会滞留在此处，并与石板接触一个相当长的时间，使在受载时的强度变低，这是一个很重要的处理办法。
(九)接口的处理
石板同桁架墙面的接口处理为建筑物的密封设计增加了一种新的课题，接口尺寸和形状由石板安装在桁架上来确立的。安装在桁架上的石板接口主要是从外观上来规定尺寸，因为一般都将位移忽略不计。在桁架之间的接口因基本上是活动接口可以吸收一定的位移，在窗户分界面的接口要求规定一个安装公差，以配合其他建筑工种的作业。石板同桁架墙面接口密封带的宽度与石板厚度有关尺寸极为有限。正确的密封接口设计是有一条可压缩的衬带，而密封胶应有一个恰当的深度／宽度比例(其厚度不应大于6mm，还应小于其宽度，最好是1：2的关系)，这个比例应允许有弹性的密封胶在墙面位移限度内起耐久密封的作用。当石板桁架的活动接口位移在上面增大时，石板的厚度(深度)就成为一个重要的尺寸，因它是用来保持接口的密封。对于大多数活动接口来说，30mm的石板厚度可以作为合适的最小接口深度为l0~20mm左右(还同密封胶模量有关)。
(十)排水系统
在石板同桁架墙面系统中最大问题是一个有效的防雨系统的设计，由于石板之间的密封接口一般是唯一防止水分渗入的防线，就必须有一个有效的挡雨板和排水系统。石墙防雨的传统措施是，在不同施工人员正常作业顺序之间，在安装相邻的石墙面板中间提供一个排水系统。墙面的组件一般都能从建筑物内外面触及，而石板同桁架墙面系统一般只能在建筑物内部进行安装。因不能从外面触及，就无法设计一个能从外面安装的挡雨板系统，挡雨板系统必须设计成与石板同桁架的构件成一体，且在现场可以从建筑物内部进行调整的结构。在作细部结构设计时要特别注意那些从内部很难触及的部位，如柱子外面、墙角外面、窗间墙面的挡雨板、墙面板到墙面板之间挡雨板的接头等等，很明显，石板同桁架墙面系统的性能给制作及安装留的余地很小。
(十一)其他作业人员
虽然一般并不考虑石材作业人员原来的关系，但在设计过程中尽早确认完成外墙及其他作业人员的需要与影响也是十分重要的。大多数项目在石板面墙上都有许多窗户，它必须和石材的作业一起生产出一个完整的外墙。例如：窗户清洗系统如果一直拖到制造桁架以后才开始选择，就很难将它与墙体结合在一起。
二、金属与石材幕墙的色调、构图和线型等立面构成应与建筑物立面其他部位协调。
金属与石材幕墙，设计师都愿意增加凸出或凹进去的线条，石材也会组合成各种图案同周围环境相协调，但首先应考虑安全，同时也要考虑除尘、流水的问题。
三、石材幕墙中的单块石材板面面积不宜大于1．5m2。
石材幕墙立面划分时，单块板面积不宜大于1．5m2。因石材是天然性材料，对于内伤或微小的裂纹有时用肉眼很难看清，在使用时会埋下安全隐患。如果只注意强度计算，没有考虑到天然材料的不可预见性，单板块越大出现问题的概率越高，因此提出了1．5m2以内要求。
四、金属与石材幕墙设计应保障幕墙维护和清洗的方便与安全。
金属与石材幕墙的设计，应满足幕墙维护和清洗的需要。因金属板材和石材均是多孔的材料，表面有光度，但有时也会有粗毛面，空气中的灰尘及油污会落到表面上，需要清洗，天长曰久也会出现破损，需要更换。因此建筑物要具备维护清洗的条件。
金属与石材幕墙的性能与构造需求(之二)
一、幕墙的性能要求
1.幕墙的性能应包括下列项目：
(1)风压变形性能；
(2)雨水渗漏性能；
(3)空气渗透性能；
(4)平面内变形性能；
(5)保温性能；
(6)隔声性能；
(7)耐撞击性能。
幕墙性能包括下列项目，为了便于读者及时查到有关性能的具体数值，现将有关的标准对幕墙性能的分级规定摘抄如下。
1.风压变形性能
以安全检测压力差值P3进行分级，其分级指标应符合表1的规定。
2.雨水渗漏性能
以发生渗漏现象的前级压力差值P作为分级依据，其分级指标应符合表2的规定。
3.空气渗透性能
以标准状态下，压力差为10Pa的空气渗透量q为分级依据，其分级指标应符合表3的规定。
4.保温性能
以传导系数K进行分级，其分级指标值应符合表4的规定。
5.隔声性能
以空气计权隔声量RW进行分级，其分级指标符合表5的规定。
6.耐撞击性能
以撞击物体的运动量F进行分级，分界线以不使幕墙发生损伤为依据，其分级指标应符合表6的规定。
7.平面内变形性能
以建筑物层间相对位移值γ表示。要求幕墙在该相对位移范围内不受损坏，其分级指标应符合表7的规定。
《钢化玻璃》GB 9963引用如下条款：
二、技术要求
1.尺寸及公差
(1)钢化玻璃的长度、宽度由供需双方商定。
(2)平面钢化玻璃边长的允许偏差见表8，按5.1条检验。
(3)平面钢化玻璃的弯曲度，弓形时不超过0.5%；波形时不超过0.3%，按5.2条进行测定。边长大于1.5m钢化玻璃的弯曲度由供需双方协商。
(4)曲面钢化玻璃铁形状和边长的允许公差、吻合度由供需双方商定。
(5)厚度允许偏差：以浮法玻璃作原片应符合GB 11614的规定，以普通平板玻璃作原片应符合GB 4871的规定，按5.3条进行测定。
2.外观质量
钢化玻璃的外观质量必须符合表9的规定，按5.4条进行检验。
3.抗冲击性
钢化玻璃的抗冲击性，取6块试样按5.5条进行试验，试样破坏数不超过1块为合格，多于或等于3块为不合格。破坏数为2块时，再抽取6块进行试验，但6块必须全部不被破坏。
4.碎片状态
不同种类钢化玻璃的碎片状态要求如下：
(1)I类钢化玻璃 厚度为4mm时，取5块试样按“三、6.(1)”进行试验，所有5块试样中最大碎片的质量不得超过15g。
厚度大于或等于5mm时，用成品做试样，按“三、6.(2)”进行试验，每块试样在50mm×50mm区域内的碎片数必须超过40个。
(2)II类钢化玻璃 根据平面玻璃与人体等接触破坏时的碎片状态，对4块试样分别按“三、6.(3)”进行试验，4块试样全部破坏并且每块试样的最大10块碎片质量的总和不得超过相当于试样的65cm2面积的质量。
(3)III类钢化玻璃 III类钢化玻璃的碎片状态应全部符合“二、4.(1)”和“二、4.(2)”的规定。
(注：对曲率半径大于等于400mm，弦高大于等于100mm钢化玻璃的碎片状态由供需双方商定。)
5.抗弯强度
6.透光度
钢化玻璃的透光度由供需双方商定。按GB 5137.2进行测定。
7.热稳定性
钢化玻璃的耐温急变性，按“三、8.”条进行试验样块试样均不应破碎。
三、检验方法
1.尺寸的测量
尺寸用精确到0．5mm，符合JB 2546的金属尺测量。
2.弯曲度的测量
将试样垂直立放，再把钢板尺的直线边紧靠玻璃边，用塞尺测定钢板尺的直线边与玻璃边之间的缝隙。弓形时以弧的高度与弦的长度之比的百分率表示。波形时，用波谷到波峰的高与波峰到波峰(或波谷到波谷)的距离之比的百分率表示。
3.厚度的测量
使用GB l216所规定的千分尺或与此同等以上精度的器具测量玻璃每边的中点，测量结果的算术平均值就是厚度值。最后以毫米(mm)为单位圆整到小数点后二位。
4.外观检验
在较好的自然光或散射光照条件下、距玻璃表面600mm左右，用肉眼进行观察。
5．抗冲击性试验
使用与制品同一工艺条件下生产的610mm×610mm正方形平面钢化玻璃试样，支承在如图1所示的钢框上，曲面钢化玻璃必须使用相应的辅助框架支承。规定用直径为63．5mm(质量为1040g)表面光滑的钢球放在距离试样表面1000mm的高度，使其自由落下。冲击点应在试样中心25mm的圆面积内。对每块试样的冲击仅限一次，以观察其是否破坏。试验在常温下进行。
6.破碎试验
(1)4mm厚钢化玻璃的破碎试验
(2)厚度大于或等于5mm的钢化玻璃破碎试验
(3)霰弹袋试验
7.抗弯强度的测定
钢化玻璃的抗弯强度是在材料试验机上以15mm/min的试验速度使压力作用于钢化玻璃试样上；试样的规格为300mm×300mm的平面钢化玻璃，支撑环直径为200mm，压环直径为l00mm，如图6所示，试样受压直至破碎，则抗弯强度σ(MPa)为（略）
8.钢化玻璃的热稳定性试验
将尺寸为300mm×300mm的试样在室温下放置2h，然后在其表面的中心位置浇注开始熔融的铅液327．5℃)，不应破碎。
将同一块试样置于高温箱内加热，当温度达到200℃后保持半小时，取出试样，投入25℃水中，不应破碎。
四、检验规则
1.检验项目
2.抽样方法
3.判定规则
若不合格品等于或大于表10的不合格判定数，则认为该批产品外观质量、尺寸偏差、弯曲度不合格。
其他性能也应符合相应条款的规定，否则，认为该项不合格。
若上述各项中，有一项不合格，则认为该批产品不合格。
