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摘要：本文介紹一種背面有支承鋼架的砌筑陶土磚裝飾墻，墻體采用燒結(jié)空心陶土磚，通過低堿性砂漿砌筑，墻體自重由樓層間主體結(jié)構(gòu)飄板承托，在高度方向間隔一定距離設(shè)置通長的水平拉接網(wǎng)片，網(wǎng)片與支承鋼架連接，支承鋼架的立柱與主體結(jié)構(gòu)之間通過鋼連接件與主體結(jié)構(gòu)預(yù)埋件焊接，將支承鋼架固定在主體結(jié)構(gòu)上。
關(guān)鍵詞：砌筑裝飾墻 空心燒結(jié)陶土磚 低堿性水泥砂漿 拉接網(wǎng)片 支承鋼架 抗風(fēng)抗震
1 引言
砌筑的磚墻，是中國的一種傳統(tǒng)建筑墻體，其功能既是承重結(jié)構(gòu)又是維護(hù)結(jié)構(gòu)。隨著現(xiàn)代建筑方法的流行，因其結(jié)構(gòu)性能難以滿足現(xiàn)代建筑的要求而逐漸退出主流市場。但由于紅色陶土磚的材質(zhì)特性和顏色特點仍有其獨特的文化魅力，并且在材質(zhì)特性上還具備耐腐蝕、耐風(fēng)化、吸音、透氣等優(yōu)點，還是受到部分建筑師和業(yè)主青睞。所以特定的項目仍然需要此種外觀形式的墻體。
圖1 常見陶磚的外觀(引用)
為滿足這類的需求，將傳統(tǒng)的砌筑磚墻進(jìn)行技術(shù)改造，讓傳統(tǒng)技藝和現(xiàn)代科技結(jié)合無疑是一條很好的途徑。當(dāng)然，要想讓傳統(tǒng)的砌筑磚墻應(yīng)用到現(xiàn)代建筑中，還要在減重與解決其結(jié)構(gòu)支承的可靠性（詞條“可靠性”由行業(yè)大百科提供）上做文章。出于節(jié)材的需要，磚塊厚度盡可能小并采用空心構(gòu)造，并設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)水平支承，使墻體滿足抗風(fēng)和抗震要求。這種采用傳統(tǒng)的砌筑方式并增加水平支承鋼架的復(fù)合維護(hù)結(jié)構(gòu)形式就可以實現(xiàn)，此種有支承鋼架的陶土磚砌筑裝飾墻也稱為“砌筑與支承鋼架復(fù)合的陶土磚裝飾墻”。
2 系統(tǒng)簡介
目前所見的有支承鋼架的砌筑陶土磚裝飾墻，均采用燒結(jié)空心陶土磚，并通過低堿性水泥砂漿砌筑。一般情況下，在主體結(jié)構(gòu)樓層間設(shè)置飄板或支撐鋼架整層承托墻體自重，在高度方向上間隔約8皮磚的間距設(shè)置通長的水平拉接網(wǎng)片，不銹鋼網(wǎng)片的作用類似傳統(tǒng)墻體墻的拉結(jié)筋，進(jìn)行分段拉結(jié)，拉接網(wǎng)片與支承鋼架通過連接件進(jìn)行連接，鋼架通過支座固定在主體結(jié)構(gòu)上，支承鋼架的立柱通過鋼連接件與主體結(jié)構(gòu)預(yù)埋件焊接。由于采用了與建筑幕墻類似的支承體系，這種復(fù)合墻體與傳統(tǒng)砌體墻相比，抗風(fēng)壓（詞條“風(fēng)壓”由行業(yè)大百科提供）性能和抗震性能更好。對這個砌筑墻體而言，這里挑板相當(dāng)于地基基礎(chǔ)，立柱相當(dāng)于構(gòu)造柱，網(wǎng)片起到了圈梁拉結(jié)的效果。
3 系統(tǒng)主要材料簡介
3.1紅色多孔燒結(jié)陶土磚
紅色多孔燒結(jié)陶土磚，以紅色黏土或陶土為主料，石英（詞條“石英”由行業(yè)大百科提供）、長石為骨料（詞條“骨料”由行業(yè)大百科提供），通過模具成形，高溫?zé)Y(jié)而成�？梢酝ㄟ^調(diào)整爐溫(一般為1200～1300攝氏度)及爐內(nèi)停留時間(一般為42～48小時)，可以燒出不同深淺紅色的陶土磚。為控制墻體單位面積重量，因此墻體不宜太厚，通常取80～120，磚塊規(guī)格尺寸一般為80*240*50～120*240*50。
圖2 常見空心陶磚的外觀照片(引用)
多孔燒結(jié)陶土磚的技術(shù)要求可按GB/T13544《燒結(jié)多孔磚和多孔磚砌塊》。由于這類建筑的墻體一般較高，陶土磚承壓強(qiáng)度建議取較高的強(qiáng)度級別，一般取MU20級，其抗壓強(qiáng)度（詞條“抗壓強(qiáng)度”由行業(yè)大百科提供）不低于20Mpa。另外，作為幕墻類外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的陶土磚吸水率不能太大，建議控制在不大于6～8%。
3.2支撐鋼型材
由于砌筑墻體完成后，支承鋼架處在封閉狀態(tài)，使用過程中不便于維護(hù)，因此對鋼架的防腐要求非常高，一般情況下，支承鋼架采用Q235B鋼材，所有不外露的鋼材表面采用熱浸鍍鋅處理，鍍鋅層厚度應(yīng)滿足設(shè)計要求且不小于85μm;所有外露鋼材表面采用氟碳面漆處理，鋼材先進(jìn)行噴砂或拋丸除銹，涂環(huán)氧富鋅底漆、環(huán)氧云鐵中間漆和氟碳面漆。沿海地區(qū)重要建筑，支承鋼架建議采用高耐候鋼并進(jìn)行熱浸鍍鋅處理。
3.3不銹鋼網(wǎng)片
不銹鋼網(wǎng)片是用于砌體墻向支撐鋼構(gòu)傳遞水平荷載的關(guān)鍵零件，其砌筑在磚縫之中，形狀類似一榀平行弦桁架，其弦高小于墻體厚度，以便于砌筑上下在兩層陶磚之間。網(wǎng)片不銹鋼的直徑為∅4mm，其材質(zhì)采用316不銹鋼，焊接成帶狀網(wǎng)片。
圖3 不銹鋼網(wǎng)片及連接(引用)
4 結(jié)構(gòu)設(shè)計和構(gòu)造設(shè)計簡介
4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計思路及原則
這種新型的砌筑陶土磚裝飾墻在設(shè)計思路上是將墻體自重直接傳遞到建筑主體，而風(fēng)荷載則是通過不銹鋼網(wǎng)片及水平連接件傳遞到墻體后面的支撐鋼構(gòu)。這樣一來，墻體就可以用于較大跨度的層高。按照經(jīng)驗數(shù)據(jù)，墻的高度厚度比建議控制不大于40，3200mm跨度的墻體厚度一般不小于80mm厚，4800mm跨度的墻體厚度一般不小于120mm厚。具體應(yīng)用時，一般每層樓設(shè)置飄板，將墻體砌筑在飄板之間。當(dāng)層高較高的時候，需要在墻體后側(cè)的鋼結(jié)構(gòu)上增加水平支托，以分割墻體的跨度，并承擔(dān)該跨內(nèi)墻磚的自重荷載。
圖4 砌筑陶磚墻體的水平拉結(jié)節(jié)點
砌體墻面的水平承載能力與自重、厚度等諸多因素有關(guān)，事實上也很難算清楚。所以一般按每5～10皮磚，高度間隔建議不大于500mm設(shè)置水平拉結(jié)網(wǎng)片，將水平荷載傳遞到其后的支撐鋼架上，以增加陶磚系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性（詞條“穩(wěn)定性”由行業(yè)大百科提供）。
墻體的水平荷載依靠水平方向插入墻體縫隙的不銹鋼網(wǎng)片、砂漿的粘合力及摩擦力傳給鋼結(jié)構(gòu)。由于摩擦力的分析實在復(fù)雜，只能通過試驗確定。
與建筑幕墻相比，由于砌筑磚墻厚重、剛性較大，風(fēng)荷載及地震作用（詞條“地震作用”由行業(yè)大百科提供）下允許變形較小，鋼架在水平荷載作用下撓度值控制應(yīng)比建筑幕墻的要求更嚴(yán)，建議取1/500，立柱計算時一般不考慮墻體自身對風(fēng)荷載的承載能力，這是偏安全的做法。
4.2構(gòu)造設(shè)計思路及原則
陶磚砌筑采用低堿水泥砂漿粘接，接縫一般采用凹縫處理。由于砌筑連接屬于剛性連接，可靠度較低。對跨度大、抗震要求高的情況下，陶磚砌筑時，還要在陶磚的豎向孔中加鋼筋加強(qiáng)，以提高其連接可靠性及承載能力。但豎向孔在加鋼筋時對安裝帶來很多不便，所以最理想是將豎向鋼筋按照橫梁間距截短并兩端套螺紋，每一節(jié)高度的陶磚砌好后，用螺套連接下一節(jié)鋼筋。到了頂部如果沒有后裝的封頂，要預(yù)留1～2皮磚的高度做鋼筋收尾處理。
支承鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計采用立柱、橫梁構(gòu)造。陶磚砌筑在主體結(jié)構(gòu)挑板上時，立柱最好采用下承式的連接構(gòu)造，以使砌筑墻體與支撐鋼構(gòu)的熱膨脹方向一致，簡化水平連接構(gòu)件的受力狀況;如果陶磚砌筑在支承鋼架的水平支托上時，立柱就可選擇上懸或下承的支撐方式。
圖5 有飄板與無飄板砌筑陶磚墻體的豎剖節(jié)點
橫梁布置的跨度一般是5～10皮磚(不大于500mm)，橫梁通長布置，并以500mm左右的間距設(shè)置水平連接件。水平連接件與不銹鋼網(wǎng)片采用卡接的連接方式，通過在水平連接件上沖切出兩組卡扣，用以鑲嵌不銹鋼網(wǎng)片。這種連接方式易于操作，并且避免了焊接對不銹鋼網(wǎng)片的影響。
墻體背部的空氣層要有空氣流通設(shè)計，避免潮氣，底部應(yīng)設(shè)置披水板（詞條“披水板”由行業(yè)大百科提供）、集水槽和泄水孔，避免積水，從而避免鋼構(gòu)件生銹及內(nèi)墻體發(fā)霉的問題。除此之外，鋼架背部的墻面要做批蕩防水（詞條“防水”由行業(yè)大百科提供）處理。也可以在支承鋼架的外側(cè)安裝防水背板，材質(zhì)可選用鍍鋅板或鋁板，使支承鋼架不受雨水侵蝕，墻體的防水性能更有保障。
4.3新型砌筑陶土磚裝飾墻的抗震性能
傳統(tǒng)的砌體墻抗震性能差的主要原因是因為磚體之間的粘接構(gòu)造屬于剛性連接，其對位移和角變位適應(yīng)能力很差。當(dāng)墻體的跨度較高時，在地震作用下產(chǎn)生的變位量就會急劇放大，超出其承受能力后就會產(chǎn)生連接破壞。
新型的砌筑構(gòu)造增加了支承鋼架，水平支承構(gòu)造相當(dāng)于將砌筑墻體的跨度大大降低，所以其在地震作用下的變位也大幅降低，因為此類砌筑墻體的抗震性能是有保障的。
參考資料中，廣州大學(xué)工程抗震研究中心的一份相關(guān)測試報告就很能說明問題。其測試模型為兩組對照砌體墻：平面形狀均為槽型，長邊3米，短邊1米。墻體高度均為3.85米。所不同的是第一組水平連接件按照5皮磚的跨度進(jìn)行布置，第二組水平連接件按照10皮磚的跨度進(jìn)行布置。
圖6 抗震測試模型大樣(引用)
第一組在8度罕遇地震作用下，陶磚砌體墻及連接未見裂縫（詞條“裂縫”由行業(yè)大百科提供）;第二組在8度罕遇地震作用，砌體墻墻未見裂縫，僅在底部磚墻與鋼梁交界處出現(xiàn)裂縫。該實驗證明了帶有支承鋼架的砌筑陶土磚裝飾墻具有良好的抗震性能，并且墻體的抗震能力與水平連接件的豎向跨度關(guān)系密切。因此，抗震要求高的情況下，水平連接件的設(shè)置跨度建議宜在5～10皮磚之間。
圖7 抗震測試模型照片(引用)
5 結(jié)語
對于建筑行業(yè)而言，幕墻專業(yè)其實是最接近工業(yè)化和裝配化的。但當(dāng)前建筑工業(yè)化如火如荼大發(fā)展的時候，幕墻行業(yè)的拓展卻有些緩慢。事實上只要是維護(hù)結(jié)構(gòu)，以幕墻行業(yè)多年來沉淀出來的技術(shù)能力和豐富經(jīng)驗，都可以拓展出新的方向、新的做法。
本文所介紹的傳統(tǒng)的砌筑磚墻與支撐鋼構(gòu)的結(jié)合方案解決了此類建筑元素在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用問題，但距離工業(yè)化及便于施工維護(hù)的目標(biāo)仍然相去甚遠(yuǎn)，比如砌筑工藝耗時費力，現(xiàn)有支撐構(gòu)造及砌筑墻體的總厚度過大，占用寶貴的室內(nèi)空間;同時，黏土資源保護(hù)、節(jié)材、節(jié)能方面也存在諸多問題。所以，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)一步的提升和改進(jìn)仍大有空間。希望業(yè)界同仁進(jìn)一步的挖掘和完善，形成標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，豐富幕墻產(chǎn)品的應(yīng)用場景。
參考文獻(xiàn)
[1]《清水陶磚裝飾墻抗震性能地震模擬振動臺試驗 》廣州大學(xué)工程抗震研究中心 劉彥輝 教授
[2]《石材新工藝在文化建筑外立面上的應(yīng)用》華建集團(tuán)華東建筑設(shè)計研究總院 陳峻 高級工程師
作者單位：深圳中航幕墻工程有限公司
