《人造板材幕墙工程技术规范》要点解析

　　1 引言

　　我国建筑幕墙自上世纪八十年代从铝合金（词条“铝合金”由行业大百科提供）玻璃幕墙应用开始至今30年来，随着国家改革开放的步伐高速发展，在我国成为世界第二大经济体的同时，也一跃成为世界第一的建筑幕墙生产和使用大国。

　　我国地少人多，土地资源日益紧缺，在经济建设快速发展、人民生活水平不断提高的形势下，城镇化建设要满足社会可持续发展的要求，节省土地资源的高层和超高层绿色建筑（词条“绿色建筑”由行业大百科提供）的发展是必然趋势。而轻质、高性能、装饰效果新颖的人造板材幕墙（词条“人造板材幕墙”由行业大百科提供），是在玻璃和金属与石材幕墙之外，高层和超高层建筑（词条“超高层建筑”由行业大百科提供）的非承重建筑外墙围护结构的必然选择。然而，由于这些新型外墙材料，缺乏符合建筑幕墙使用的产品标准和工程应用技术规范，人们想用而不敢用，严重制约了这些新材料、新技术的大量推广和应用。不少材料企业迄今还不得不去逐个工程说明、解释、试验、论证，为业主去惑解疑。

　　人造板材幕墙(artificial panel curtain wall)是面板材料为人造外墙板(除玻璃和金属与天然石材板以外)的建筑幕墙，包括瓷板幕墙、陶板幕墙、微晶玻璃幕墙、石材蜂窝板幕墙、高压热固化木纤维板（词条“纤维板”由行业大百科提供）幕墙和纤维增强水泥板幕墙。这些新型幕墙材料，是进入本世纪以来主要由欧洲传入我国。该类产品在欧洲建筑幕墙上的应用，主要采取产品的应用技术认证，如英国的BBA认证和法国的CSTB认证等。这些面板材料在建筑外墙工程上应用的成套技术信息，主要是在板材生产厂家的产品应用技术手册中。据了解，目前国外尚未有一个成熟而全面的人造板材幕墙工程技术规范。

　　目前，我国分别于1996年和2001年首次制定的《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ 102-2003)和《金属与石材幕墙工程技术规范》(JGJ 133-2001)已经完成了新的修订，即将发布。新制定的第三项幕墙行业标准《人造板材幕墙工程技术规范》与前两项行业标准正在同时报批，即将同时发布。这是我国建筑幕墙工程建设标准化取得新进展的重要标志，将开创我国建筑幕墙工程技术发展的新局面。

　　2 人造板材幕墙面板材料特点

　　2.1 幕墙用人造板材与人造板的区别

　　由人造板材幕墙的定义“面板材料为人造外墙板的建筑幕墙”可见，“人造板材”幕墙并非“人造板”幕墙。我国建材行业久已存在的“人造板”，在《人造板及其表面装饰术语》(GB/T 18259-2000)中的定义是：“以木材或其他非木材植物为原料，经一定机械加工分离成各种单元材料后，施加或不施加胶粘剂和其他添加剂胶合（词条“胶合”由行业大百科提供）而成的板材或模压制品。主要包括胶合板、刨花(碎料)板和纤维板三大类型”，该人造板术语的英文名称是wood-based panel。而人造板材幕墙规范定义的“人造外墙板”英文译名是artificial panel for exterior application。因此，人造板材幕墙的英文译名是 “artificial panel curtain wall”，而不是“wood-based panel curtain wall”。

　　2.2 幕墙用人造板材的产品标准

　　所谓人造外墙板，是采用人造材料或天然材料与人造材料制成的、适用于建筑幕墙使用的单层板或复合板。我国传统的木基人造板标准中虽有室外型板，但不适于建筑幕墙使用;GB/T 4100《陶瓷（词条“陶瓷”由行业大百科提供）砖》主要是以地面砖（词条“面砖”由行业大百科提供）性能需求编制的，也不适合幕墙瓷板采用。《人造板材幕墙工程技术规范》编制工作启动时，所涉及的6种板材中，挤压陶板、高密度纤维增强水泥板和高压热固化木纤维板在我国均无厂家生产。当时只有一本建材行标《建筑装饰用微晶玻璃》(JC/T 872-2000)涉及外墙装饰用板，但建筑幕墙所需内容远远不全。《建筑幕墙》(GB/T 21086-2007)编制时也只列入了瓷板、陶板和微晶玻璃三种人造板材幕墙。

　　建筑幕墙用的面板材料，一方面要具有室外建筑气候环境适应性，另一方面还要有很好的力学性能，才能满足建筑幕墙特别是高层和超高层建筑幕墙用面板对板材及其固定连接的承载能力要求。因此，《人造板材幕墙规范》编制组成员分别主编和参编了下列5项标准：

　　(1)《建筑幕墙用瓷板》JG/T 217-2007

　　(2)《建筑幕墙用高压热固化木纤维板》JG/T 260-2009

　　(3)《建筑幕墙用陶板》JG/T 324-2011

　　(4)《建筑装饰用石材铝蜂窝复合板》JG/T 328-2011

　　(5)《外墙用非承重纤维增强水泥板》JG/T 396-2012

　　上述建工行业产品标准的编制，提供了建筑幕墙工程应用所需的板材弯曲强度、弹性模量、泊松比、吸水率、热及湿膨胀系数、耐化学腐蚀性和耐污染性等性能数据，推动了这些新型幕墙材料的国产化，为《人造板材幕墙工程技术规范》的编制打下了坚实的基础。

　　目前，建筑用微晶玻璃早期生产所采用的单炉批自流平烧结法，已经被连续压延（词条“压延”由行业大百科提供）法新工艺和配方体系所代替，使微晶玻璃板的力学性能、表面质量和装饰效果更好地满足建筑幕墙的应用要求，亟需制定新的微晶玻璃产品标准以代替JC/T 872-2000《建筑装饰用微晶玻璃》。

　　2.3 人造板材幕墙材料燃烧性能

　　幕墙所用材料应具有一定的防火（词条“防火”由行业大百科提供）功能以防止建筑物火灾蔓延，减少火灾造成的损失。但幕墙作为非承重的建筑外墙围护结构，又必须具有一定的热工性能，以达到建筑外墙的保温隔热要求，所以，幕墙用的材料不可能都是不燃材料。

　　人造板材幕墙材料品种多、材质差异大，六种面板材料中有A级、B1级和B2级三种：瓷板、陶板、微晶玻璃、纤维水泥板为A级不燃材料;石材蜂窝复合板为B1级难燃材料;高压热固化木纤维板的普通型为B2级可燃材料、阻燃型为B1级难燃材料。

　　根据正在修订的国家标准《建筑设计防火规范》GB 50016的有关规定，考虑到材料燃烧性能和国内消防设备的可救援高度，《人造板材幕墙规范》对幕墙用主要材料的燃烧性能等级进行了明确的具体规定：

　　(1) 幕墙支承构件和连接件材料的燃烧性能应为A级;

　　(2) 幕墙用面板材料的燃烧性能，当建筑高度大于等于50 m时应为A级;当建筑高度小于50 m时应不低于B1级;

　　(3) 幕墙用保温材料的燃烧性能等级应为A级。

　　(4) 幕墙用防火封堵材料应符合现行国家标准《防火封堵材料》(GB 23864)和《建筑用阻燃密封胶》(GB/T 24267)的规定。

　　3 人造板材幕墙的分类及构造特点

　　3.1 装饰型幕墙——开放式幕墙、封闭式幕墙

　　建筑装饰型幕墙是安装于其它墙体上，处于室外空间，内表面不与室内空气接触，主要起外装饰作用的建筑幕墙。

　　人造板材幕墙作为非透明幕墙（词条“透明幕墙”由行业大百科提供），其应用的主要形式是背后有实体墙的装饰型幕墙：

　　(1)开放式幕墙：背部通风的外墙装饰层，即幕墙板块之间接缝不采取密封措施，不具有气密和水密性能的建筑幕墙。开放式幕墙包括：开缝式、板缝遮挡式、板缝搭接式和板缝嵌条式幕墙。这种在围护墙体外的开放式装饰层幕墙，形成了遮阳（词条“遮阳”由行业大百科提供）、通风的空气间层，而进入空气间层内的少量雨水由自然通风的效果而蒸发走，有效地保护了背后的墙体系统。

　　(2)封闭式幕墙：幕墙板块之间接缝采取密封措施，具有气密和水密性能的建筑幕墙。

　　封闭式幕墙包括：注胶封闭式和胶条封闭式。这也是背后有实体墙的装饰型人造板材幕墙。

　　3.2 围护型幕墙——封闭式幕墙

　　建筑围护型幕墙是分隔室内、外空间，与室内、外空气均直接接触的具有外围护与装饰功能的建筑幕墙，即行业内通常所说的全功能型幕墙。

　　人造板材幕墙用于背后没有实体墙的围护型幕墙包括下列两种封闭式幕墙：

　　(1)单面板体系围护系统：只有一层面板构造的封闭式幕墙。(类似围护型玻璃幕墙)

　　(2)外墙和内墙板集成一体化围护系统：外墙板和内墙板及其支承骨架和保温防火材料等集成的一体化外墙系统，是高层和超高层建筑幕墙预制、装配工业化的发展方向。

　　4 人造板材幕墙的性能和构造设计特点

　　4.1 抗风压性能

　　对于背部通风的开放式人造板材幕墙来说，有关试验证明，与封闭式建筑幕墙（词条“封闭式建筑幕墙”由行业大百科提供）比较，开放式幕墙承受的风荷载较低。但是，由于受到立面形状、板缝构造形式(对接、搭接)、开缝宽度尺寸、单位面积上缝长、以及试验数据较少等各种因素的影响，目前尚无法给定统一的折减系数。在进行幕墙设计时，可根据工程实际情况，通过风洞模型试验确定折减系数。近年来，国内外开展了等压雨屏墙风荷载之数值风洞模拟计算与风洞模拟试验的比较研究[1]说明,，开放式接缝墙体空腔中的风压数值模拟计算较风洞模型试验的数值高约3～4%，按此修正的数值风洞模拟计算结果，也可用于确定开放式幕墙的风荷载折减系数（词条“荷载折减系数”由行业大百科提供）。

　　4.2 热工性能

　　《公共建筑节能设计标准》(GB 50189-2005)对围护结构外墙(包括非透明幕墙)热

　　工设计的强制性要求是保温性能传热系数(传热阻的倒数)要求。

　　对于背后有实体墙的开放式幕墙，采用计算流体力学CFD软件模拟计算结果表明，板缝宽为10mm、空腔深度为100mm时，在不考虑太阳辐射的情况下，垂直板缝的室外风速分别在3m/s和5m/s风速的情况下，空气间层内的平均风速分别为0.75m/s和1.2m/s，均达到了良好的通风状态，即说明对开放式幕墙其传热阻贡献可不考虑。

　　对于封闭式幕墙，根据人造板材幕墙的特点，《规范》细化了《公共建筑节能设计标准》(GB 50189)的要求，明确了可操作性的具体规定：

　　(1)人造板材幕墙背后无其它墙体时，幕墙本身的保温隔热构造系统应符合建筑节能设计对外墙的传热系数要求;

　　(2)人造板材幕墙背后有其它墙体时，幕墙与该墙体共同组成的外围护结构，应符合建筑节能设计对外墙的传热系数要求。

　　对于带有封闭式人造板材幕墙的外墙系统，应按照《民用建筑（词条“民用建筑”由行业大百科提供）热工设计规范》(GB 50176)的规定，采用稳定传热计算公式进行多层围护结构热阻的计算。

　　4.3 构造设计

　　4.3.1 面板接缝设计

　　面板接缝的构造设计多样性是人造板材幕墙一大特点。根据面板材质特性、建筑气候和建筑装饰效果及工程实践，《人造板材幕墙规范》规定：

　　(1) 瓷板、微晶玻璃幕墙可采用封闭式或开放式板缝;

　　(2) 石材蜂窝板（词条“蜂窝板”由行业大百科提供）幕墙宜采用封闭式板缝，也可采用开放式板缝;

　　(3) 陶板、纤维水泥板幕墙宜采用开放式板缝，也可采用封闭式板缝;

　　(4) 木纤维板幕墙应采用开放式板缝。

　　瓷板、微晶玻璃板是高温烧制的吸水率低、耐候性好的匀质材料，采用开放式和封闭式均可。

　　石材铝蜂窝板是石材面板与铝蜂窝板粘接而成的复合材料板材，应优先考虑采用注胶封闭式，采用开放式则应进行封边防水保护处理。

　　陶板的吸水率偏高，宜优先采用开放式板缝设计，对于吸水率较低(接近下限)的陶板，如建筑气候适合，也可采用封闭式板缝设计。

　　纤维水泥板是含有有机合成纤维或纤维素纤维的吸水率较高的高压蒸汽养护的水泥板材，应优先考虑采用开放式，如环境适合并对板材做好防护处理也可采用封闭式。

　　木纤维板是含有70%木质纤维的有机材料，由于木材的自然属性，板材将随着环境相对湿度的变化而发生变化。因此，木纤维板对板材正反面的环境温度和湿度的一致性要求较高，否则易发生变形，所以应采用开放式板缝构造，降低面板内侧空腔与外部环境的气压差，减少因压力差而带入面板内侧空腔的雨水，使面板内侧空腔与室外空气保持相互流通，保持板面内外部温湿度环境一致。

　　4.3.2 空气间层构造设计

　　背部通风的开放式幕墙，面板与其背部墙体外表面的最小间距不宜小于20mm，是参照德国DIN 18516:1999《背部通风外墙饰层 第1部分 要求和测试原则》的规定而确定。这是幕墙面板背部通风空间的最低要求。具体工程中，要根据幕墙所处风环境和面板接缝设计具体情况确定合适的通风间层的空间要求。

　　开放式幕墙板缝设计，应根据外墙立面的装饰效果和空气间层通风需要，选择平口对接的开缝式，或平板（词条“平板”由行业大百科提供）及企口板搭接的遮挡式，以及加装镶嵌条的遮挡式板缝设计。

　　5 人造板材幕墙面板材料的力学性能

　　5.1 单一材质面板的力学性能

　　5.1.1 抗弯强度设计值

　　幕墙面板材料的抗弯强度设计值等于弯曲强度（词条“强度”由行业大百科提供）(抗折强度)标准值除以面板材料性能分项系数。弯曲强度(抗折强度)标准值可根据面板材料产品标准的性能数据确定，而面板材料性能分项系数，则根据面板材料的不同特性确定：

　　(1)瓷板、陶板和微晶玻璃是脆性材料，材料性能分项系数取1.8

　　(2)纤维水泥板材质介于脆性和延性材料之间，其材料性能分项系数取1.6

　　(3)木纤维板是延性材料，其材料性能分项系数取1.5。

　　5.1.2 抗剪强度设计值

　　瓷板、陶板、微晶玻璃和纤维水泥板在分别采用短挂件和长挂件支承连接时，板材在挂件槽口处都会受到挂件的支承反力的作用而产生剪切（词条“剪切”由行业大百科提供）应力，因此需要规定面板材料的剪切强度设计值。由于这些材料均为非各向同性的非金属材料，其剪应力与正应力的强度关系不适用第四强度理论，不能直接采用τ=0.577σ的方法确定板材的抗剪强度。因此，规范编制组进行了瓷板、陶板、微晶玻璃和纤维水泥板四种材料抗剪强度与抗弯强度的对比试验，确定了面板材料的抗剪强度与抗弯强度的数量关系分别是：瓷板0.5;陶板、微晶玻璃为0.2;纤维水泥板为0.4。这样可以据此由板材的抗弯强度设计值确定抗剪强度设计值。

　　5.2 复合材料面板的力学性能

　　石材蜂窝板是由天然石材薄板与蜂窝板经胶粘剂粘接复合而成(见图1)，石材面板厚度为5mm左右，总厚度15mm以上，通常采用背面粘结预置螺母的四点支承连接安装。由于这种超薄石材铝蜂窝板重量轻、强度高、安全性好、加工简便、经济美观、隔声降噪和节能环保，成为代替通体天然石材的新型幕墙材料。然而，由于它是沿板面厚度方向为非对称结构的板材，其弯曲强度标准值的计算和确定不同于一般的蜂窝板和其它实心板材。规范编制组对这种新型复合材料的力学性能进行了专门的理论和试验研究[2]，成功地解决了这一难题。

　　5.2.1 石材蜂窝板的弯曲刚度和弯曲强度标准值

　　以石材蜂窝板的石材面板在弯曲受拉状态下产生裂缝或断裂时的极限状态弯曲应力（词条“弯曲应力”由行业大百科提供）作为整板的弯曲强度值，而不以整板弯曲屈服时的弯曲应力作为弯曲强度值。因为石材产生裂缝或断裂时，板材虽然仍可处于正常的工作状态，并没有完全丧失基本的功能，但由于石材裂缝的存在，造成雨水或湿气可直接浸入到粘接层的胶粘剂，从而加速胶粘剂的老化进程，降低了板材的耐久性，所以应以石材板产生裂缝或断裂时的弯曲应力作为石材蜂窝板的弯曲强度。

　　(1)整板弯曲刚度的确定:

　　a)试验法：按《夹层结构弯曲性能试验方法》(GB/T 1456-2005)规定的外伸梁三点弯曲法，测得石材蜂窝板的石材面板产生裂缝或断裂时的最大荷载p和整板的弯曲刚度D;

　　b)计算法:《人造板材幕墙规范》附录A“石材蜂窝复合板刚度计算”(略)

　　(2)石材面板弯曲强度的确定：由公式(1)计算出石材面板的弯曲应力，并用数理统计等方法取得弯曲强度标准值。石材面板弯曲应力计算公式如下：

　　式中： σ —— 弯曲应力(MPa);

　　p —— 最大荷载(N);

　　l —— 支点间距(mm);

　　E —— 石材弹性模量(MPa);

　　y0 —— 中性轴到石材面板的距离(mm);

　　D —— 石材蜂窝板弯曲刚度(N·mm²)。

　　5.2.2 石材蜂窝板的抗弯强度设计值

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