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陶土板及中式節(jié)能陶土板幕墻論文
摘要：介紹了國(guó)內(nèi)外的陶土板及國(guó)內(nèi)陶土板幕墻，重點(diǎn)論述了結(jié)合中國(guó)國(guó)情的節(jié)能閉縫陶土板幕墻的開發(fā)和設(shè)計(jì)，預(yù)測(cè)了中國(guó)陶土板幕墻的市場(chǎng)。
關(guān)鍵詞：開縫陶土板幕墻、閉縫陶土板幕墻。
一、前言
1.1什么是陶土板？
以大自然的純凈陶土為原材料，通過精細(xì)加工、專用設(shè)備擠壓成型、烘干、高溫窯燒等工序形成的具有相當(dāng)強(qiáng)度、硬度和表面精度的板材，稱為陶土板。
陶土是世界建筑學(xué)史上的一種新型材料，是傳統(tǒng)材料在現(xiàn)代建筑上的應(yīng)用，它將傳統(tǒng)材料與現(xiàn)代建筑有機(jī)結(jié)合在一起，更新了建筑語(yǔ)言。陶土材料蘊(yùn)含著幾千年古老中國(guó)的傳統(tǒng)文化，隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，各種新的高科技材料不斷地呈現(xiàn)出來(lái)。新材料在新技術(shù)的配合下越來(lái)越體現(xiàn)出其不可否認(rèn)的優(yōu)越性�，F(xiàn)代材料取代傳統(tǒng)材料的確是人類文明的進(jìn)步，在繼承傳統(tǒng)文化中也不失用現(xiàn)代語(yǔ)言來(lái)表達(dá)歷史的成功實(shí)例。
但真正能夠喚起人們歷史情懷的，不是簡(jiǎn)單樣式上的模仿，而是追求其歷史的真實(shí)感，激發(fā)對(duì)傳統(tǒng)的共鳴，因此建筑師更愿意去運(yùn)用傳統(tǒng)材枓來(lái)表達(dá)今天的東西，同時(shí)也是對(duì)建筑的出處提出一種暗示�，F(xiàn)代建筑在材料的運(yùn)用上，不再片面地追尋新材枓的時(shí)髦，而是更加尊重其地域性和傳統(tǒng)文化淵源。陶土是原始的天然材料。又融入蘊(yùn)含著幾千年古老中國(guó)的傳統(tǒng)文化，既保持了傳統(tǒng)風(fēng)格，又表現(xiàn)出現(xiàn)代的時(shí)尚設(shè)計(jì)。陶土板和陶土板幕墻使傳統(tǒng)原料與現(xiàn)代建筑巧妙而完美地結(jié)合。是傳統(tǒng)與現(xiàn)代相結(jié)合的優(yōu)秀、成功之例。目前國(guó)內(nèi)、外幕墻面板的選材已經(jīng)由以前的單一追求現(xiàn)代化、科技含量的勢(shì)頭，逐漸轉(zhuǎn)向追求人文藝術(shù)氣息、天然環(huán)保、節(jié)能降噪的以人為本的趨勢(shì)。而陶土板所特有的人文藝術(shù)氣息、天然的色彩、環(huán)保的材料及節(jié)能防噪的優(yōu)勢(shì)，適應(yīng)了幕墻材料需求大勢(shì)所趨的人本化傾向，陶土板幕墻具有獨(dú)特的人文藝術(shù)氣息，色彩鮮亮華麗，質(zhì)感淳樸耐看，洋溢著活躍的朝氣，是打造城市建筑新形象的幕墻面板理想選材。得到了業(yè)內(nèi)的建筑師、開發(fā)商、設(shè)計(jì)師、幕墻公司及材料商等各方面人士的興趣和青睞，近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外發(fā)展較為迅速，這也是陶士板幕墻迅速發(fā)展的真因。
1.2陶土板與陶瓷板的區(qū)別。
陶土板與陶瓷板都是建筑外墻裝飾新材料，目前被廣大設(shè)計(jì)師和業(yè)主所喜愛，有廣闊的應(yīng)用前景，兩種材料有著相似的生產(chǎn)方式和成份，但卻有著非常大的性能差異。
兩種材料的主要成份都是陶土，都是經(jīng)過擠壓后高溫?zé)贫�。陶土板的原材料是純正的大自然的陶土，不含其他成份，因此吸水率偏高，其較大的強(qiáng)度及硬度完全是經(jīng)過高科技設(shè)備擠壓形成的，技術(shù)含量較高，工藝復(fù)雜，成本偏高，但脆性小，可加工性好，不易崩邊。陶瓷板的主要原材料是陶土，但其為了增加強(qiáng)度及硬度而加入了大量的石英砂等材料，固而吸水率偏低，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低，但脆性相對(duì)較大。
1.3陶土板幕墻發(fā)展史。
幕墻新材料——陶土板！這是一種在德國(guó)已有二十年以上使用經(jīng)驗(yàn)的成型幕墻工藝，具有完整的技術(shù)、產(chǎn)品配套系統(tǒng)，在環(huán)保、節(jié)能、工廠化生產(chǎn)、裝配及施工方面已比較成熟。陶土板幕墻最初起源于德國(guó)著名的屋頂瓦制造商VonMuellerDachprodukteGmbH&Co.KG，這里我們簡(jiǎn)稱VonMueller，他們的工程師ThomasHerzog教授于1980年代設(shè)想將屋頂瓦應(yīng)用到墻面，最終根據(jù)陶瓦的掛接方式，發(fā)明了用于外墻的干掛體系和幕墻陶土板。為了把這套系統(tǒng)推向市場(chǎng)，VonMueller在格爾利茨（Goerlitz）成立了一個(gè)專門生產(chǎn)陶土板的工廠——阿格通（ArGeTon）。
1985年第一個(gè)陶土板項(xiàng)目在德國(guó)慕尼黑落成。在隨后的幾年中，阿格通公司逐漸完善陶土板掛接方式，由最初的木結(jié)構(gòu)最終完善到現(xiàn)在的兩大鋁結(jié)構(gòu)幕墻系統(tǒng)（有橫龍骨系統(tǒng)和無(wú)橫龍骨系統(tǒng)，見后面的介紹）。2005年VonMueller公司和WienerbergerGruppe結(jié)成了戰(zhàn)略聯(lián)盟，成為全球最大的陶土板生產(chǎn)商。德國(guó)，荷蘭，亞洲的韓國(guó)，日本，北美洲的美國(guó)等諸多國(guó)家陶板幕墻已經(jīng)發(fā)展到比較成熟的地步，諸如陶士板百葉，雙層陶板，保溫陶土板，隔聲陶土板幕墻等都已經(jīng)出現(xiàn)。其濃厚的人文氣息、極富古典的藝術(shù)氣息賦予建筑莊重而強(qiáng)烈的藝術(shù)美感。用于高檔寫字樓，辦公樓大廳，以及地鐵車站、火車站候車大廳、機(jī)場(chǎng)候機(jī)大廳、影視劇院等即可營(yíng)造出建筑渾然天成，與眾不同之處。陶土板幕墻發(fā)展迅速，已得到廣泛認(rèn)可，有廣泛的工程應(yīng)用。諸多知名建筑都采用陶土板作為主要幕墻材料。
二、陶土板幕墻的優(yōu)點(diǎn)：
陶土板幕墻屬于構(gòu)件式幕墻，通常由橫料或橫、豎料加上陶土面板組成。除和常規(guī)的玻璃、石材、鋁板幕墻所具有的基本特征外，由于其陶土的特點(diǎn)，先進(jìn)的加工工藝和科學(xué)的控制手段，因而在外觀、性能上有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。材料環(huán)保：由天然陶土配石英砂，經(jīng)過擠壓成型、高溫煅燒而成，沒有放射性，耐久性好。
顏色歷久彌新：顏色為天然陶土本色，色澤自然、鮮亮、均勻，不褪色，經(jīng)久耐用，賦予幕墻持久的生命力。外墻磚有20種可得的顏色：深紅色，鐵銹紅色，天然紅，粉紅，橙紅，淺褐色，沙黃色，藍(lán)灰色，珠光灰，鐵灰色，火山灰色，瓦灰色。這些都是陶土的天然本體色（沒有任何油漆和釉涂料），因此磚瓦可以隨意地根據(jù)需要來(lái)切割而不影響外觀效果。還有五種可選的表面形式：標(biāo)準(zhǔn)的，磨光的，拉絲的，凹槽造型的，印染的。
易潔功能顯著：表面可分為釉面和毛面兩種。釉面陶板室內(nèi)外均適用，具有良好的易潔功能，比天然石材更不易污染。毛面陶板適用于室內(nèi)。
性能卓越：陶板幕墻技術(shù)性能穩(wěn)定，抗沖擊能力強(qiáng)，滿足幕墻的風(fēng)荷載設(shè)計(jì)要求；
陶板幕墻耐高溫，抗霜凍能力強(qiáng)；
陶板幕墻阻燃性好，安全防火。
結(jié)構(gòu)合理：干掛系統(tǒng)的組合安裝設(shè)計(jì)，在局部破損的情況下陶板可單片更換，維護(hù)方便；
陶板中空的結(jié)構(gòu)使之降噪效應(yīng)好，自重輕；
陶板的高強(qiáng)度能夠滿足不同尺寸的隨意切割要求。
兼容性好陶板幕墻具有溫和的外觀特質(zhì)，容易與玻璃、金屬搭配使用。
陶板幕墻可以減少光污染，增加墻面的抗震性。
安裝方便：陶板幕墻設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、簡(jiǎn)潔，能最大地滿足幕墻收邊、收口的局部設(shè)計(jì)需要，安裝簡(jiǎn)易方便，無(wú)論是平面、轉(zhuǎn)角或其它部位，都能保持幕墻立面連貫、自然、美觀。
配套成本低：由于陶板重量輕，因此陶板幕墻支撐結(jié)構(gòu)要求比石材幕墻更為簡(jiǎn)易、輕巧，節(jié)約幕墻配套成本。
三、陶土板的物理和力學(xué)性能
3.1、陶土板具有優(yōu)良的物理和力學(xué)性能。經(jīng)國(guó)家建筑材料測(cè)試中心依據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)試驗(yàn)，其性能指標(biāo)可達(dá)到下表所示（樣板尺寸為：120×245mm）。
3.2、陶士板幕墻工程的震動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)論及建議。
3.2.1北京江河幕墻公司對(duì)北京的南新倉(cāng)國(guó)際大廈陶士板幕墻工程，進(jìn)行了陶土板幕墻的抗震性能試驗(yàn)檢驗(yàn)和研究，檢驗(yàn)其抗震性能是否符合設(shè)計(jì)要求。（抗震設(shè)防烈度為8度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.2g，場(chǎng)地為Ⅱ類，德國(guó)阿格通陶土板。）陶土板幕墻樣品已經(jīng)通過中國(guó)建筑科學(xué)研究院的震動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，9度抗震設(shè)防時(shí)幕墻樣品沒有出現(xiàn)破壞形象。并且經(jīng)過國(guó)家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的抗風(fēng)壓試驗(yàn)證實(shí)，達(dá)到3kPa時(shí)幕墻樣品沒有出現(xiàn)任何功能性障礙。
3.2.2試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膶?shí)測(cè)層間位移與SAP2000的計(jì)算結(jié)果的比較在模型0.5m～4.25m標(biāo)高范圍，層間位移及位移角實(shí)測(cè)值和計(jì)算值列于下表：表中，模型層間位移數(shù)據(jù)是拉線位移計(jì)實(shí)測(cè)結(jié)果通過角度轉(zhuǎn)換后，再將頂、底層（標(biāo)高分別為4.25m和0.5m）位移每個(gè)時(shí)刻相減，取南北兩組數(shù)據(jù)平均所得。實(shí)測(cè)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果相比，有一定的偏差，但總的趨勢(shì)相同，與加速度峰值反應(yīng)規(guī)律也大致相同。試驗(yàn)測(cè)得結(jié)構(gòu)最大層間位移角為1/88，是在輸入Taft波峰值加速度為596gal時(shí)得到的，該結(jié)果已超過了對(duì)一般幕墻結(jié)構(gòu)的變形性能要求。
3.2.3試驗(yàn)結(jié)論：
（1）陶土板幕墻與主體結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)的抗震性能：該陶土板幕墻與主體鋼結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)的抗震性能良好，在振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的全過程中沒有損壞，能保證連接節(jié)點(diǎn)的抗震設(shè)計(jì)要求。
�。�2）陶土板的抗震性能：該幕墻的陶土板自身抗震性能良好。當(dāng)臺(tái)面輸入加速度峰值達(dá)到和超過300gal（相當(dāng)于7度半大震作用）時(shí)，在振動(dòng)方向上，少數(shù)陶土板之間產(chǎn)生相對(duì)滑移現(xiàn)象，但陶土板和掛件均沒有損壞。當(dāng)臺(tái)面輸入加速度峰值達(dá)到596gal時(shí)，試驗(yàn)測(cè)得結(jié)構(gòu)最大層間位移角為1/88，其值已經(jīng)超過實(shí)際主體結(jié)構(gòu)（框架-剪力墻結(jié)構(gòu)）規(guī)范規(guī)定的彈塑性層間位移角限值（1/100），也超過了有關(guān)幕墻規(guī)范中對(duì)幕墻可承受變形能力的要求。因此，可認(rèn)為陶土板幕墻的變形性能符合要求。
�。�3）試驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)與程序計(jì)算數(shù)據(jù)之間存在一定差異，除了測(cè)試原因外，幕墻系統(tǒng)本身具有一定的剛度和質(zhì)量分布規(guī)律，在計(jì)算模型中未得到充分體現(xiàn)，也是不可忽視的原因，有待進(jìn)一步探索。
3.2.4建議本幕墻采用開縫式結(jié)構(gòu)，由于陶土板之間不打密封膠，在強(qiáng)震下部分陶板在幕墻面內(nèi)產(chǎn)生側(cè)向滑移，使板縫寬窄不一，甚至陶板之間相互碰撞。雖未發(fā)現(xiàn)陶土板碰壞，但影響美觀。工程中考慮采取適當(dāng)?shù)膫?cè)向限位措施，尤其是在幕墻的邊角部位，防止在強(qiáng)震下陶土板面內(nèi)平動(dòng)滑移過大或脫落。開發(fā)陶土板之間打密封膠的閉縫陶土板幕墻。
四、陶土板國(guó)內(nèi)工程應(yīng)用：
4.1阿格通（Angleton）陶土板
4.1.1阿格通（Angleton）陶土板來(lái)自于擁有歐洲領(lǐng)先技術(shù)的陶板生產(chǎn)商一德國(guó)豐。米勒陶瓷集團(tuán)（F.V.Mueller：GmbH）。豐。米勒也是德國(guó)最大的陶板生產(chǎn)商之一。
阿格通（ArGeTon）陶板的原材料為天然陶土，不添加任何其它成分，不會(huì)對(duì)空氣造成任何污染。陶土板的顏色完全是陶土的天然顏色，綠色環(huán)保，無(wú)輻射，色澤溫和，不會(huì)帶來(lái)光污染。可選之色多達(dá)14種，可以根據(jù)不同的安裝尺寸要求進(jìn)行切割，能夠滿足建筑設(shè)計(jì)師和業(yè)主對(duì)幕墻顏色和分格的選擇要求。阿格通（ArGeTon）陶土板在特殊轉(zhuǎn)爐里，由高強(qiáng)度擠壓機(jī)擠壓成胚后經(jīng)過1400℃的高溫?zé)Y(jié)而成，耐高溫?zé)崤蛎浵禂?shù)低為2～5×10-6/℃，具有良好的抗風(fēng)化穩(wěn)定性、耐磨性、耐酸堿性（耐家庭化學(xué)試劑和泳池鹽類UA級(jí)，耐低濃度酸和堿ULA級(jí)，耐高濃度酸和堿UHC級(jí)），耐用年限大于50年。
4.1.2阿格通（ArGeTon）陶板的技術(shù)性能和物理性能均通過德國(guó)德累斯頓材料檢測(cè)機(jī)構(gòu)（MPADresden）和漢諾威建筑材料檢測(cè)機(jī)構(gòu)（MPABauHannover）的檢測(cè)認(rèn)證。
4.1.3漢諾威建筑材料檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)報(bào)告，2002年5月21日（檢測(cè)報(bào)告號(hào)011662-Mk/De）
五、陶土板幕墻設(shè)計(jì)陶土板幕墻設(shè)計(jì)必須遵守中國(guó)國(guó)家及行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，下面對(duì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)的建議僅供參考。
5.1陶土板幕墻干掛安裝方式采用金屬掛件和掛裝系統(tǒng)將石材安裝往室外墻面主要形式有：
1）陶土板通過掛件直接鑲嵌在主體結(jié)構(gòu)上；這種陶土板幕墻主要是在結(jié)構(gòu)上打孔，通過植筋膠和不銹鋼掛件連接結(jié)構(gòu)，陶土板通過背栓和不銹鋼掛件連接，保證幕墻的平整度有一定難度。
2）陶土板通過掛件鑲嵌在金屬框架上或幕墻結(jié)構(gòu)上，再附著在主體結(jié)構(gòu)上；
3）陶土板通過掛什鑲嵌在金屬框架上或幕墻結(jié)構(gòu)組成單元式幕墻，再安裝在主體結(jié)構(gòu)上。
5.2陶土板幕墻面板的連接方式陶土板幕墻的面板，宜采用以下幾類連接方式：
1.在陶土板邊緣開槽口，用金屬掛件連接；
2.在陶土板面板背后，開孔或開槽，用背栓、背槽或背卡連接；
3.在陶土板面板的邊緣打結(jié)構(gòu)膠粘結(jié)鋁型材附框，通過附框與橫梁、立柱連結(jié)，附框應(yīng)帶掛鉤固定石材面板。
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