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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(guò)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(zhǎng)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(guò)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(guó)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(chǎng)。但由于紅色陶土磚的材質(zhì)特性和顏色特點(diǎn)仍有其獨(dú)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(diǎn)，還是受到部分建筑師和業(yè)主青睞。所以特定的項(xiàng)目仍然需要此種外觀形式的墻體。
圖1 常見(jiàn)陶磚的外觀(引用)
為滿足這類(lèi)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(wú)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(shí)現(xiàn)，此種有支承鋼架的陶土磚砌筑裝飾墻也稱(chēng)為“砌筑與支承鋼架復(fù)合的陶土磚裝飾墻”。
2 系統(tǒng)簡(jiǎn)介
目前所見(jiàn)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(guò)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(zhǎng)的水平拉接網(wǎng)片，不銹鋼網(wǎng)片的作用類(lèi)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(guò)連接件進(jìn)行連接，鋼架通過(guò)支座固定在主體結(jié)構(gòu)上，支承鋼架的立柱通過(guò)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(lèi)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(duì)這個(gè)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(jiǎn)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(zhǎng)石為骨料（詞條“骨料”由行業(yè)大百科提供），通過(guò)模具成形，高溫?zé)Y(jié)而成�？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整爐溫(一般為1200～1300攝氏度)及爐內(nèi)停留時(shí)間(一般為42～48小時(shí))，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(jiàn)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(lèi)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(jí)別，一般取MU20級(jí)，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(lèi)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(guò)程中不便于維護(hù)，因此對(duì)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(jì)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(lèi)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(jì)和構(gòu)造設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介
4.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路及原則
這種新型的砌筑陶土磚裝飾墻在設(shè)計(jì)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(guò)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(lái)，墻體就可以用于較大跨度的層高。按照經(jīng)驗(yàn)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(shí)，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(shí)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(diǎn)
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(shí)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(shí)在復(fù)雜，只能通過(guò)試驗(yàn)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(jì)算時(shí)一般不考慮墻體自身對(duì)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(jì)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(duì)跨度大、抗震要求高的情況下，陶磚砌筑時(shí)，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(shí)對(duì)安裝帶來(lái)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(méi)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(jì)采用立柱、橫梁構(gòu)造。陶磚砌筑在主體結(jié)構(gòu)挑板上時(shí)，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(jiǎn)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(shí)，立柱就可選擇上懸或下承的支撐方式。
圖5 有飄板與無(wú)飄板砌筑陶磚墻體的豎剖節(jié)點(diǎn)
橫梁布置的跨度一般是5～10皮磚(不大于500mm)，橫梁通長(zhǎng)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(guò)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(duì)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(jì)，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(wèn)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?yàn)榇u體之間的粘接構(gòu)造屬于剛性連接，其對(duì)位移和角變位適應(yīng)能力很差。當(dāng)墻體的跨度較高時(shí)，在地震作用下產(chǎn)生的變位量就會(huì)急劇放大，超出其承受能力后就會(huì)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?yàn)榇祟?lèi)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(cè)試報(bào)告就很能說(shuō)明問(wèn)題。其測(cè)試模型為兩組對(duì)照砌體墻：平面形狀均為槽型，長(zhǎng)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(cè)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(jiàn)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(jiàn)裂縫，僅在底部磚墻與鋼梁交界處出現(xiàn)裂縫。該實(shí)驗(yàn)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(cè)試模型照片(引用)
5 結(jié)語(yǔ)
對(duì)于建筑行業(yè)而言，幕墻專(zhuān)業(yè)其實(shí)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(shí)候，幕墻行業(yè)的拓展卻有些緩慢。事實(shí)上只要是維護(hù)結(jié)構(gòu)，以幕墻行業(yè)多年來(lái)沉淀出來(lái)的技術(shù)能力和豐富經(jīng)驗(yàn)，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(lèi)建筑元素在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用問(wèn)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(shí)費(fèi)力，現(xiàn)有支撐構(gòu)造及砌筑墻體的總厚度過(guò)大，占用寶貴的室內(nèi)空間;同時(shí)，黏土資源保護(hù)、節(jié)材、節(jié)能方面也存在諸多問(wèn)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(chǎng)景。
參考文獻(xiàn)
[1]《清水陶磚裝飾墻抗震性能地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn) 》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(jì)研究總院 陳峻 高級(jí)工程師
作者單位：深圳中航幕墻工程有限公司
