《人造板材幕墙工程技术规范》要点解析

　　石材蜂窝板石材面板抗弯强度设计值等于石材蜂窝板石材面板抗弯强度标准值fk除以石材面板材料性能分项系数γr。考虑不同复合板材质和石材面板的特点和工程经验，《人造板材幕墙规范》规定了石材蜂窝板石材面板材料性能分项系数γr的取值，见以下表1：

　　表1 石材蜂窝板石材面板材料性能分项系数γr

　　6 人造板材幕墙面板支承连接设计

　　6.1 面板支承连接形式

　　面板支承连接形式多样是人造板材幕墙另一大特点。规范中六种面板材料，共采用了六种支承连接形式，根据材质特性及支承连接承载能力验证试验，分别确定了每种面板所适宜采用的支承连接形式，如下表所示：

　　表2 面板支承连接形式

　　6.2 面板的抗弯设计

　　面板的六种支承连接形式，其受力形式分别为点支承(四点支承、多点支承)和对边支承，都可采用有限元方法分析计算，但规范中给出了常用的四点支承和对边支承计算公式。

　　空心陶板的截面形状相当复杂，其最大弯曲应力标准值宜采用有限元方法分析计算，也可采用均布静态荷载弯曲试验结果，再将其除以陶板的材料性能分项系数1.8确定其受弯承载能力。

　　对于穿透面板支承连接的木纤维板和纤维水泥板，通常采用的是超过四点的多点支承连接，支承点位置的弯矩一般均比四点支承面板跨中弯矩要小，因此超过四点连接的面板可选择间距最大的四点的距离作为计算跨度，参考四点支承面板公式进行近似计算。

　　6.3 面板的弯曲挠度限值

　　瓷板、陶板和微晶玻璃为弹性模量较高的脆性材料，并且其使用时的板材截面厚度比较大，面板的刚度较高，因此不需控制其弯曲变形时的挠度。但木纤维板、纤维水泥板和石材蜂窝复合板是柔性比较大材料，均需控制其弯曲变形时的挠度(见表3)。

　　表3 面板弯曲挠度限值

　　高压热固化木纤维板：弹性模量低，仅为玻璃的1/8，但其弯曲强度标准值约为玻璃的2倍，是高强度的延性材料，可以发生较大的变形而不致损坏，根据板材的弯曲试验和工程实践经验确定挠度限值为1/60。

　　纤维水泥板：弹性模量较低，约为玻璃的1/5，而且其弯曲强度标准值约为玻璃的1/2.8，是刚度和强度均较低的材料。根据对纤维水泥板弯曲试验结果，不同厚度的板材在断裂破坏时的挠度为1/60～1/140,确定为1/180。

　　石材蜂窝复合板：是由脆性的超薄石材面板与铝蜂窝芯及三种不同背板胶接而成的复合板材，有一定的柔性。根据计算和验证试验结果，结合工程经验分别确定为1/120和1/180。

　　6.4 面板支承连接的受拉和受剪承载能力

　　6.4.1 背面预置螺母点支承连接的石材蜂窝板

　　石材铝蜂窝芯复合板背面支承的异形连接螺母，是在板材工厂加工时采用胶粘剂预置，现场安装时用连接螺栓固定。规范编制组进行了受拉和受剪的对比试验，验证了粘结预置连接螺母螺栓的拉拔与剪切的破坏形式和两者承载力之间的数量关系。据此，《人造板材幕墙规范》规定，石材蜂窝板预置螺母受拉承载力和受剪承载力应经试验确定，受拉承载力设计值等于实测预置螺母连接受拉破坏力最小值除以预置螺母连接承载力分项系数2.15，受剪承载力设计值不大于受拉承载力的0.5倍。这样今后工程实际中就可以用拉拔的承载能力确定剪切的承载能力而省却比较麻烦的剪切试验。

　　6.4.2 背栓支承连接的瓷板、微晶玻璃和纤维水泥板

　　幕墙面板的背栓连接，是上世纪九十年代中期，由欧洲传入我国的石材幕墙干挂（词条“干挂”由行业大百科提供）方法。由于当时经验不多，行业标准《金属与石材幕墙工程技术规范》(JGJ 133-2001)制定时没有将其采纳。然而，由于背栓连接具有可减小面板的支承跨度、降低面板厚度、节约材料、易于更换面板、可实现多种板缝设计等优点，近年来，在石材幕墙、瓷板、微晶玻璃、纤维水泥板幕墙中得到了广泛应用。

　　但是，背栓属于局部的机械连接方式，背栓连接的受拉和受剪承载力，与面板和背栓的材质、背栓的品种、规格及其构造型式、锚固深度、背栓孔的加工精度和背栓的装配质量等因素密切相关，无法进行准确的计算，只能通过试验确定。

　　对瓷板、微晶玻璃、纤维水泥板三种面板，采用规范编制组内的慧鱼、旗鱼和斯泰三个背栓生产单位的三种具有不同细部构造的背栓，进行了背栓连接的拉拔和剪切承载力试验，验证了拉拔与剪切的破坏形式和两者承载力之间的数量关系。

　　试验表明：(1)介于脆性和延性材料之间的纤维水泥板，背栓拉拔试验后均为锥形破坏，剪切试验后均为背栓弯曲然后伴随背栓安装处板材局部破坏。(2)比较薄的脆性瓷板，背栓拉拔试验后主要破坏方式为瓷板断裂，只有一部分样品为锥形破坏，剪切试验后主要破坏形式为瓷板局部被撬坏、瓷板断裂和瓷板正面被顶坏。(3)比较厚的脆性微晶玻璃板，背栓拉拔试验主要破坏方式为微晶玻璃板断裂，只有一部分样品为锥形破坏，但其剪切破坏形式均为背栓产生剪切屈服破坏，个别是微晶玻璃板被局部撬坏，但在撬坏之前背栓已经屈服。(4)总体而言，背栓连接的受剪破坏荷载不大于受拉破坏荷载的0.8倍。

　　据此，《人造板材幕墙规范》规定，背栓连接的受拉承载力和受剪承载力应经试验确定，受拉承载力设计值等于实测背栓连接受拉破坏力最小值除以背栓连接承载力分项系数2.15，受剪承载力设计值不大于受拉承载力的0.8倍。

　　7 人造板材幕墙支承结构设计

　　7.1 人造板材幕墙支承构件设计

　　人造板材幕墙的支承结构主要是钢、铝等金属结构。近年来随着我国标准体系的不断完善，与幕墙支承结构设计有关的钢、铝等结构设计规范已经颁布并实施。进行幕墙构件的承载能力和稳定性设计计算时，应根据构件的材质，按国家相关现行结构设计规范进行设计。

　　因此，《人造板材幕墙规范》规定，横梁、立柱等主要支承构件截面的抗弯强度、抗剪强度和稳定性等应符合下列要求：

　　(1)轧制或焊接钢型材构件应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定;

　　(2)冷弯薄壁型钢构件应符合现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018的规定;

　　(3) 铝合金型材构件应符合现行国家标准《铝合金结构设计规范》GB 50429的规定;

　　(4) 构件截面的抗弯强度、抗剪强度和稳定性也可采用有限元方法分析计算。

　　7.2 横梁、立柱构件的挠度控制限值

　　现行行业标准《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ 133-2001规定，铝合金型材立柱、横梁的挠度限值为支承跨度的1/180;钢型材立柱、横梁的挠度限值为支承跨度的1/300。

　　幕墙横梁、立柱的挠度限值，是要控制幕墙面板在风荷载作用下的变形不致过大，与横梁和立柱的材质无关，参考国外相关规范的规定和工程经验，《人造板材幕墙规范》将幕墙横梁和立柱的挠度控制值统一规定为其支承跨度的1/200。

　　7.3 构件型材截面壁厚控制

　　支承构件型材截面厚度是关系幕墙结构安全和材料用量的技术经济综合指标。根据钢结构和铝结构设计规范和工程经验，《人造板材幕墙规范》作出下列表4规定：

　　表4 横梁和立柱构件型材截面主要受力部位厚度规定(mm)

　　8 结语

　　《人造板材幕墙工程技术规范》的制定，是在对六种材质、构造和特性不同的面板材料，从建筑幕墙所需性能研究试验开始，在编制了建筑幕墙用板材产品标准的基础上，经过一定的理论研究和验证试验，参考国内外相关的标准和规范，总结近年来我国人造板材幕墙工程实践经验，新研制了六种新型板材非透明幕墙的工程技术规范，从术语定义、材料选用、性能设计和检测要求、建筑构造和结构设计，到加工制作、安装施工、工程验收、保养和维修，为我国人造板材幕墙工程做到技术先进、安全可靠、美观适用、环保节能而提供了全面的技术依据，填补了我国新型人造板材幕墙工程技术规范的空白，经住房和城乡建设部审查，认为该规范总体达到了国际先进水平。

　　参考文献

　　[1] 許正傑.黃斌.陳太農.李昆祐 等壓雨屏牆風載之研究-數值模擬與風洞實驗之比較. 中華民國建筑學會《建筑學報》第63期.2008年

　　[2] 杜继予.包毅.窦铁波.周萱 石材蜂窝板及其应用. 《门窗》.2011年 第8期

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