《人造板材幕墻工程技術規范》要點解析

　　1 引言

　　我國建筑幕墻自上世紀八十年代從鋁合金（詞條“鋁合金”由行業大百科提供）玻璃幕墻應用開始至今30年來，隨著國家改革開放的步伐高速發展，在我國成為世界第二大經濟體的同時，也一躍成為世界第一的建筑幕墻生產和使用大國。

　　我國地少人多，土地資源日益緊缺，在經濟建設快速發展、人民生活水平不斷提高的形勢下，城鎮化建設要滿足社會可持續發展的要求，節省土地資源的高層和超高層綠色建筑（詞條“綠色建筑”由行業大百科提供）的發展是必然趨勢。而輕質、高性能、裝飾效果新穎的人造板材幕墻（詞條“人造板材幕墻”由行業大百科提供），是在玻璃和金屬與石材幕墻之外，高層和超高層建筑（詞條“超高層建筑”由行業大百科提供）的非承重建筑外墻圍護結構的必然選擇。然而，由于這些新型外墻材料，缺乏符合建筑幕墻使用的產品標準和工程應用技術規范，人們想用而不敢用，嚴重制約了這些新材料、新技術的大量推廣和應用。不少材料企業迄今還不得不去逐個工程說明、解釋、試驗、論證，為業主去惑解疑。

　　人造板材幕墻(artificial panel curtain wall)是面板材料為人造外墻板(除玻璃和金屬與天然石材板以外)的建筑幕墻，包括瓷板幕墻、陶板幕墻、微晶玻璃幕墻、石材蜂窩板幕墻、高壓熱固化木纖維板（詞條“纖維板”由行業大百科提供）幕墻和纖維增強水泥板幕墻。這些新型幕墻材料，是進入本世紀以來主要由歐洲傳入我國。該類產品在歐洲建筑幕墻上的應用，主要采取產品的應用技術認證，如英國的BBA認證和法國的CSTB認證等。這些面板材料在建筑外墻工程上應用的成套技術信息，主要是在板材生產廠家的產品應用技術手冊中。據了解，目前國外尚未有一個成熟而全面的人造板材幕墻工程技術規范。

　　目前，我國分別于1996年和2001年首次制定的《玻璃幕墻工程技術規范》(JGJ 102-2003)和《金屬與石材幕墻工程技術規范》(JGJ 133-2001)已經完成了新的修訂，即將發布。新制定的第三項幕墻行業標準《人造板材幕墻工程技術規范》與前兩項行業標準正在同時報批，即將同時發布。這是我國建筑幕墻工程建設標準化取得新進展的重要標志，將開創我國建筑幕墻工程技術發展的新局面。

　　2 人造板材幕墻面板材料特點

　　2.1 幕墻用人造板材與人造板的區別

　　由人造板材幕墻的定義“面板材料為人造外墻板的建筑幕墻”可見，“人造板材”幕墻并非“人造板”幕墻。我國建材行業久已存在的“人造板”，在《人造板及其表面裝飾術語》(GB/T 18259-2000)中的定義是：“以木材或其他非木材植物為原料，經一定機械加工分離成各種單元材料后，施加或不施加膠粘劑和其他添加劑膠合（詞條“膠合”由行業大百科提供）而成的板材或模壓制品。主要包括膠合板、刨花(碎料)板和纖維板三大類型”，該人造板術語的英文名稱是wood-based panel。而人造板材幕墻規范定義的“人造外墻板”英文譯名是artificial panel for exterior application。因此，人造板材幕墻的英文譯名是 “artificial panel curtain wall”，而不是“wood-based panel curtain wall”。

　　2.2 幕墻用人造板材的產品標準

　　所謂人造外墻板，是采用人造材料或天然材料與人造材料制成的、適用于建筑幕墻使用的單層板或復合板。我國傳統的木基人造板標準中雖有室外型板，但不適于建筑幕墻使用;GB/T 4100《陶瓷（詞條“陶瓷”由行業大百科提供）磚》主要是以地面磚（詞條“面磚”由行業大百科提供）性能需求編制的，也不適合幕墻瓷板采用。《人造板材幕墻工程技術規范》編制工作啟動時，所涉及的6種板材中，擠壓陶板、高密度纖維增強水泥板和高壓熱固化木纖維板在我國均無廠家生產。當時只有一本建材行標《建筑裝飾用微晶玻璃》(JC/T 872-2000)涉及外墻裝飾用板，但建筑幕墻所需內容遠遠不全。《建筑幕墻》(GB/T 21086-2007)編制時也只列入了瓷板、陶板和微晶玻璃三種人造板材幕墻。

　　建筑幕墻用的面板材料，一方面要具有室外建筑氣候環境適應性，另一方面還要有很好的力學性能，才能滿足建筑幕墻特別是高層和超高層建筑幕墻用面板對板材及其固定連接的承載能力要求。因此，《人造板材幕墻規范》編制組成員分別主編和參編了下列5項標準：

　　(1)《建筑幕墻用瓷板》JG/T 217-2007

　　(2)《建筑幕墻用高壓熱固化木纖維板》JG/T 260-2009

　　(3)《建筑幕墻用陶板》JG/T 324-2011

　　(4)《建筑裝飾用石材鋁蜂窩復合板》JG/T 328-2011

　　(5)《外墻用非承重纖維增強水泥板》JG/T 396-2012

　　上述建工行業產品標準的編制，提供了建筑幕墻工程應用所需的板材彎曲強度、彈性模量、泊松比、吸水率、熱及濕膨脹系數、耐化學腐蝕性和耐污染性等性能數據，推動了這些新型幕墻材料的國產化，為《人造板材幕墻工程技術規范》的編制打下了堅實的基礎。

　　目前，建筑用微晶玻璃早期生產所采用的單爐批自流平燒結法，已經被連續壓延（詞條“壓延”由行業大百科提供）法新工藝和配方體系所代替，使微晶玻璃板的力學性能、表面質量和裝飾效果更好地滿足建筑幕墻的應用要求，亟需制定新的微晶玻璃產品標準以代替JC/T 872-2000《建筑裝飾用微晶玻璃》。

　　2.3 人造板材幕墻材料燃燒性能

　　幕墻所用材料應具有一定的防火（詞條“防火”由行業大百科提供）功能以防止建筑物火災蔓延，減少火災造成的損失。但幕墻作為非承重的建筑外墻圍護結構，又必須具有一定的熱工性能，以達到建筑外墻的保溫隔熱要求，所以，幕墻用的材料不可能都是不燃材料。

　　人造板材幕墻材料品種多、材質差異大，六種面板材料中有A級、B1級和B2級三種：瓷板、陶板、微晶玻璃、纖維水泥板為A級不燃材料;石材蜂窩復合板為B1級難燃材料;高壓熱固化木纖維板的普通型為B2級可燃材料、阻燃型為B1級難燃材料。

　　根據正在修訂的國家標準《建筑設計防火規范》GB 50016的有關規定，考慮到材料燃燒性能和國內消防設備的可救援高度，《人造板材幕墻規范》對幕墻用主要材料的燃燒性能等級進行了明確的具體規定：

　　(1) 幕墻支承構件和連接件材料的燃燒性能應為A級;

　　(2) 幕墻用面板材料的燃燒性能，當建筑高度大于等于50 m時應為A級;當建筑高度小于50 m時應不低于B1級;

　　(3) 幕墻用保溫材料的燃燒性能等級應為A級。

　　(4) 幕墻用防火封堵材料應符合現行國家標準《防火封堵材料》(GB 23864)和《建筑用阻燃密封膠》(GB/T 24267)的規定。

　　3 人造板材幕墻的分類及構造特點

　　3.1 裝飾型幕墻——開放式幕墻、封閉式幕墻

　　建筑裝飾型幕墻是安裝于其它墻體上，處于室外空間，內表面不與室內空氣接觸，主要起外裝飾作用的建筑幕墻。

　　人造板材幕墻作為非透明幕墻（詞條“透明幕墻”由行業大百科提供），其應用的主要形式是背后有實體墻的裝飾型幕墻：

　　(1)開放式幕墻：背部通風的外墻裝飾層，即幕墻板塊之間接縫不采取密封措施，不具有氣密和水密性能的建筑幕墻。開放式幕墻包括：開縫式、板縫遮擋式、板縫搭接式和板縫嵌條式幕墻。這種在圍護墻體外的開放式裝飾層幕墻，形成了遮陽（詞條“遮陽”由行業大百科提供）、通風的空氣間層，而進入空氣間層內的少量雨水由自然通風的效果而蒸發走，有效地保護了背后的墻體系統。

　　(2)封閉式幕墻：幕墻板塊之間接縫采取密封措施，具有氣密和水密性能的建筑幕墻。

　　封閉式幕墻包括：注膠封閉式和膠條封閉式。這也是背后有實體墻的裝飾型人造板材幕墻。

　　3.2 圍護型幕墻——封閉式幕墻

　　建筑圍護型幕墻是分隔室內、外空間，與室內、外空氣均直接接觸的具有外圍護與裝飾功能的建筑幕墻，即行業內通常所說的全功能型幕墻。

　　人造板材幕墻用于背后沒有實體墻的圍護型幕墻包括下列兩種封閉式幕墻：

　　(1)單面板體系圍護系統：只有一層面板構造的封閉式幕墻。(類似圍護型玻璃幕墻)

　　(2)外墻和內墻板集成一體化圍護系統：外墻板和內墻板及其支承骨架和保溫防火材料等集成的一體化外墻系統，是高層和超高層建筑幕墻預制、裝配工業化的發展方向。

　　4 人造板材幕墻的性能和構造設計特點

　　4.1 抗風壓性能

　　對于背部通風的開放式人造板材幕墻來說，有關試驗證明，與封閉式建筑幕墻（詞條“封閉式建筑幕墻”由行業大百科提供）比較，開放式幕墻承受的風荷載較低。但是，由于受到立面形狀、板縫構造形式(對接、搭接)、開縫寬度尺寸、單位面積上縫長、以及試驗數據較少等各種因素的影響，目前尚無法給定統一的折減系數。在進行幕墻設計時，可根據工程實際情況，通過風洞模型試驗確定折減系數。近年來，國內外開展了等壓雨屏墻風荷載之數值風洞模擬計算與風洞模擬試驗的比較研究[1]說明,，開放式接縫墻體空腔中的風壓數值模擬計算較風洞模型試驗的數值高約3～4%，按此修正的數值風洞模擬計算結果，也可用于確定開放式幕墻的風荷載折減系數（詞條“荷載折減系數”由行業大百科提供）。

　　4.2 熱工性能

　　《公共建筑節能設計標準》(GB 50189-2005)對圍護結構外墻(包括非透明幕墻)熱

　　工設計的強制性要求是保溫性能傳熱系數(傳熱阻的倒數)要求。

　　對于背后有實體墻的開放式幕墻，采用計算流體力學CFD軟件模擬計算結果表明，板縫寬為10mm、空腔深度為100mm時，在不考慮太陽輻射的情況下，垂直板縫的室外風速分別在3m/s和5m/s風速的情況下，空氣間層內的平均風速分別為0.75m/s和1.2m/s，均達到了良好的通風狀態，即說明對開放式幕墻其傳熱阻貢獻可不考慮。

　　對于封閉式幕墻，根據人造板材幕墻的特點，《規范》細化了《公共建筑節能設計標準》(GB 50189)的要求，明確了可操作性的具體規定：

　　(1)人造板材幕墻背后無其它墻體時，幕墻本身的保溫隔熱構造系統應符合建筑節能設計對外墻的傳熱系數要求;

　　(2)人造板材幕墻背后有其它墻體時，幕墻與該墻體共同組成的外圍護結構，應符合建筑節能設計對外墻的傳熱系數要求。

　　對于帶有封閉式人造板材幕墻的外墻系統，應按照《民用建筑（詞條“民用建筑”由行業大百科提供）熱工設計規范》(GB 50176)的規定，采用穩定傳熱計算公式進行多層圍護結構熱阻的計算。

　　4.3 構造設計

　　4.3.1 面板接縫設計

　　面板接縫的構造設計多樣性是人造板材幕墻一大特點。根據面板材質特性、建筑氣候和建筑裝飾效果及工程實踐，《人造板材幕墻規范》規定：

　　(1) 瓷板、微晶玻璃幕墻可采用封閉式或開放式板縫;

　　(2) 石材蜂窩板（詞條“蜂窩板”由行業大百科提供）幕墻宜采用封閉式板縫，也可采用開放式板縫;

　　(3) 陶板、纖維水泥板幕墻宜采用開放式板縫，也可采用封閉式板縫;

　　(4) 木纖維板幕墻應采用開放式板縫。

　　瓷板、微晶玻璃板是高溫燒制的吸水率低、耐候性好的勻質材料，采用開放式和封閉式均可。

　　石材鋁蜂窩板是石材面板與鋁蜂窩板粘接而成的復合材料板材，應優先考慮采用注膠封閉式，采用開放式則應進行封邊防水保護處理。

　　陶板的吸水率偏高，宜優先采用開放式板縫設計，對于吸水率較低(接近下限)的陶板，如建筑氣候適合，也可采用封閉式板縫設計。

　　纖維水泥板是含有有機合成纖維或纖維素纖維的吸水率較高的高壓蒸汽養護的水泥板材，應優先考慮采用開放式，如環境適合并對板材做好防護處理也可采用封閉式。

　　木纖維板是含有70%木質纖維的有機材料，由于木材的自然屬性，板材將隨著環境相對濕度的變化而發生變化。因此，木纖維板對板材正反面的環境溫度和濕度的一致性要求較高，否則易發生變形，所以應采用開放式板縫構造，降低面板內側空腔與外部環境的氣壓差，減少因壓力差而帶入面板內側空腔的雨水，使面板內側空腔與室外空氣保持相互流通，保持板面內外部溫濕度環境一致。

　　4.3.2 空氣間層構造設計

　　背部通風的開放式幕墻，面板與其背部墻體外表面的最小間距不宜小于20mm，是參照德國DIN 18516:1999《背部通風外墻飾層 第1部分 要求和測試原則》的規定而確定。這是幕墻面板背部通風空間的最低要求。具體工程中，要根據幕墻所處風環境和面板接縫設計具體情況確定合適的通風間層的空間要求。

　　開放式幕墻板縫設計，應根據外墻立面的裝飾效果和空氣間層通風需要，選擇平口對接的開縫式，或平板（詞條“平板”由行業大百科提供）及企口板搭接的遮擋式，以及加裝鑲嵌條的遮擋式板縫設計。

　　5 人造板材幕墻面板材料的力學性能

　　5.1 單一材質面板的力學性能

　　5.1.1 抗彎強度設計值

　　幕墻面板材料的抗彎強度設計值等于彎曲強度（詞條“強度”由行業大百科提供）(抗折強度)標準值除以面板材料性能分項系數。彎曲強度(抗折強度)標準值可根據面板材料產品標準的性能數據確定，而面板材料性能分項系數，則根據面板材料的不同特性確定：

　　(1)瓷板、陶板和微晶玻璃是脆性材料，材料性能分項系數取1.8

　　(2)纖維水泥板材質介于脆性和延性材料之間，其材料性能分項系數取1.6

　　(3)木纖維板是延性材料，其材料性能分項系數取1.5。

　　5.1.2 抗剪強度設計值

　　瓷板、陶板、微晶玻璃和纖維水泥板在分別采用短掛件和長掛件支承連接時，板材在掛件槽口處都會受到掛件的支承反力的作用而產生剪切（詞條“剪切”由行業大百科提供）應力，因此需要規定面板材料的剪切強度設計值。由于這些材料均為非各向同性的非金屬材料，其剪應力與正應力的強度關系不適用第四強度理論，不能直接采用τ=0.577σ的方法確定板材的抗剪強度。因此，規范編制組進行了瓷板、陶板、微晶玻璃和纖維水泥板四種材料抗剪強度與抗彎強度的對比試驗，確定了面板材料的抗剪強度與抗彎強度的數量關系分別是：瓷板0.5;陶板、微晶玻璃為0.2;纖維水泥板為0.4。這樣可以據此由板材的抗彎強度設計值確定抗剪強度設計值。

　　5.2 復合材料面板的力學性能

　　石材蜂窩板是由天然石材薄板與蜂窩板經膠粘劑粘接復合而成(見圖1)，石材面板厚度為5mm左右，總厚度15mm以上，通常采用背面粘結預置螺母的四點支承連接安裝。由于這種超薄石材鋁蜂窩板重量輕、強度高、安全性好、加工簡便、經濟美觀、隔聲降噪和節能環保，成為代替通體天然石材的新型幕墻材料。然而，由于它是沿板面厚度方向為非對稱結構的板材，其彎曲強度標準值的計算和確定不同于一般的蜂窩板和其它實心板材。規范編制組對這種新型復合材料的力學性能進行了專門的理論和試驗研究[2]，成功地解決了這一難題。

　　5.2.1 石材蜂窩板的彎曲剛度和彎曲強度標準值

　　以石材蜂窩板的石材面板在彎曲受拉狀態下產生裂縫或斷裂時的極限狀態彎曲應力（詞條“彎曲應力”由行業大百科提供）作為整板的彎曲強度值，而不以整板彎曲屈服時的彎曲應力作為彎曲強度值。因為石材產生裂縫或斷裂時，板材雖然仍可處于正常的工作狀態，并沒有完全喪失基本的功能，但由于石材裂縫的存在，造成雨水或濕氣可直接浸入到粘接層的膠粘劑，從而加速膠粘劑的老化進程，降低了板材的耐久性，所以應以石材板產生裂縫或斷裂時的彎曲應力作為石材蜂窩板的彎曲強度。

　　(1)整板彎曲剛度的確定:

　　a)試驗法：按《夾層結構彎曲性能試驗方法》(GB/T 1456-2005)規定的外伸梁三點彎曲法，測得石材蜂窩板的石材面板產生裂縫或斷裂時的最大荷載p和整板的彎曲剛度D;

　　b)計算法:《人造板材幕墻規范》附錄A“石材蜂窩復合板剛度計算”(略)

　　(2)石材面板彎曲強度的確定：由公式(1)計算出石材面板的彎曲應力，并用數理統計等方法取得彎曲強度標準值。石材面板彎曲應力計算公式如下：

　　式中： σ —— 彎曲應力(MPa);

　　p —— 最大荷載(N);

　　l —— 支點間距(mm);

　　E —— 石材彈性模量(MPa);

　　y0 —— 中性軸到石材面板的距離(mm);

　　D —— 石材蜂窩板彎曲剛度(N·mm²)。

　　5.2.2 石材蜂窩板的抗彎強度設計值

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