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GRC成就建筑幕墙和屋面艺术之美

来源:中国幕墙网收集整理  作者:住房和城乡建设部幕墙门窗标准化技术委员会专家组组长 龙文志  日期:2016-7-11
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  GRC(玻璃纤维增强水泥)是近30年来新开发的一种新型复合材料,是运用高新技术对材料进行复合利用的又一重要成果。介绍了GRC材料及特点,GRC建筑幕墙和屋面的特征及实例,GRC幕墙板结构设计及物理力学性能,GRC幕墙的生产与安装,GRC幕墙接缝设计及专用密封胶,并列举了GRC幕墙工程案例。

  4.6构造与连接

  4.6.1 GRC单层板

  GRC单层板结构简单,厚度一般为20~30mm。GRC单层板采用石材背栓连接方式,其连接构造如图2所示。

  GRC单层板的安装方式有以下几种:(1)干挂式,利用高强度螺栓和耐腐蚀、强度高的金属挂件或利用 金属龙骨,将饰面板(词条“饰面板”由行业大百科提供)固定于建筑物的外表面;(2)打钉式,利用专业工具开孔,然后打入螺钉铆钉并将其固定于建筑物的外表面;(3)胶粘式,使用建筑专用胶将GRC粘贴于建筑物的外表面。

  4.6.2 GRC带肋板

  GRC带肋板的加强肋应沿板的四周布置,当板的幅面较大时,还应在板中部布置加强肋。加强肋为梯形空心截面,一般壁厚为10—15 mm。为便于成型,梯形斜面与模板面的夹角应为450。为减小应力集 中,在纵横肋相交处应采用圆弧过渡。GRC带肋板与结构的连接固定应采用下托方式(因下托固定时。GRC板受压;而上托固定时,GRC板受拉),典型的连 接固定方式采用如图3所示的暗榫下托方式。图4为加强肋的连接构造。

  4.6.3 GRC框架板

  4.6 3 1面板

  GRC面板厚度一般为15 mm,最小厚度不小于12mln:面板四周边缘应通过加厚边缘和弯起边缘来加 强,其中加厚边缘最小厚度为30mm,弯起边缘最小高度为50mm。

  4.632钢框架

  钢框架采用壁厚不小于3 mm的矩形方管焊接制成,并与连接件(词条“连接件”由行业大百科提供)完成全部焊接后进行整体热镀锌处理。

  4.6 33连接

  GRC材料是由水泥、抗碱玻纤、骨料以及颜料组成的,通过喷射加工而成,之后的工序全部由人工完成,以这种方式做出来的GRC幕墙板材与玻璃、石材金属以及PVC等幕墙板材存在诸多不同,这种不同反映在建筑的围护结构跟建筑主体的连接方式上也存在差异。对于GRC幕墙板而言,一般情况下受到的是风荷载.垂直于板面。同时又受到了重力荷载,这两荷载的方向相互垂直,须通过连接系统传递到建筑主体上。在温度变化下,GRC幕墙板材由于板材的密实度、产品的厚薄不一,在同一块GRC幕墙板上不同部分的变形也会不一样,这种变形须能够得到很好的释放。

  所以,就要保证传递重力荷载和风荷载的两个接 触点之间保留足够的自由度。能够允许这种变化。针对以上特征。GRC幕墙与建筑主体的连接系统既不同于玻璃幕墙的框架、支撑结构,也不同于石材的干挂 结构,而需设计一种连接系统,能够传递GRC的风荷载、重力荷载,但又能够降低连接点之间线性变化的约束。为了满足以上情况,GRC幕墙特有的连接系统是:通过柔性的、不同形状的锚固件连接GRC幕墙板材,锚固件连接在板框架上,通过板框架连接到建筑 主体上。GRC面板与钢框架采用沿板左右对称均布的L形 钢筋连接,这是一种典型的柔性连接。其中L形钢筋的脚部埋设在GRC面板内侧表面,而其腿部上端焊接到钢框架上,且趾部指向板的对称轴线(图5)。钢筋的直径为8mm,其有效作用长度满足设计要求,埋设长度为100mm。用于埋设L形钢筋腿部的粘结盘尺寸为100mmx200mm,厚度与板厚相等。为了支撑GRC面板的自重,通常应在板下部的全部或部分柔性连接点处增加斜向布置的L形重力锚固筋。重力锚固筋连接方式与L形柔性连接钢筋的连接方式相同(图6)。

  

  当对幕墙有抗震要求时,则应在对GRC面板没有过度变形约束的前提下增设抗震锚固件(图7)。抗震锚固件由一对脚部相邻、腿部沿斜向对称布置的L形钢筋 组成,其连接方式同L形钢筋的连接方式。抗震锚固筋的埋设位置通常应位于GRC面板重心位置的水平面上。对于幅面较大或自重较大的幕墙,其抗震锚固件可改用钢板锚固件。框架板与结构的连接是通过GRC板背面的钢框架与结构采用暗榫下托的连接方式,其连接节点如图8所示。

 

  GRC幕墙与建筑主体转角连接构造如图9所示.

  GRC幕墙曲面板与建筑主体连接构造如图10所示。

  4.7安装细部构造

  (1)排板的水平基准线标高(词条“标高”由行业大百科提供)为3.300m(相对于±0.000)。

  (2)垂直方向第一块板与室外散水的关系如图11 所示。

  (3)外墙阳角处板的接头方式如图12所示。

  (4)大楼西北角凹槽内侧挂板取消,改为刷涂(词条“刷涂”由行业大百科提供)料。

  (5)北侧扇形网架下两根圆柱间的弧形墙面上不挂板,直接抹水泥砂浆(30mm厚)。

  (6)口部位GRC板的处理如图13所示。

 

 

  (7)外墙阴角的处理如图14所示

  (8)墙面垂直方向的基准线以该前面的左右对称中心线为界,将非标准板左右等分。若非标准板宽度较小,可通过调整垂直灰缝宽度的方法取消非标准板(灰缝调整原则:最小35mm,最大70mm)

  5 GRC幕墙接缝设计

  5.1 GRC幕墙面板之间的接缝设计

  GRC墙板之间的接缝设计是整个墙体设计的组成部分,接缝宽度的选择不应仅考虑外观要求,还须考虑 墙板的尺寸、结构偏差、预期变形、接缝材料和与其相连接的表面。接缝太窄时,将会发生接缝密封剂拉伸破坏或墙板本身的开裂。接缝处密封材料的填人深度取决于接缝宽度。两 者的关系取决于密封材料的性能。通常,当接缝宽度为13-25mmH,-j",密封材料填入深度为接缝宽度的1/2;当接缝宽度超过25 mmH,寸,密封材料最大填入深度为13mm(图15)

 

 

 

  5.2接缝构造

  板缝处理如图16所示;板的接缝处理如图17所示:GRC板与玻璃的接缝处理如图18所示;构造缝处做法如图19所示。

  5.3侧面边缘

  GRC墙板的侧面边缘通常是GRC板之间、GRC板与其他部件连接的部位,侧面边缘为填放密封材料而设置,侧面边缘的高度应能为填充永久性弹性密封材料提供足够空间,侧面边缘的最小高度通常为30mm(图15)。

  6 GRC幕墙接缝密封胶

  6.1应用特点

  GRC幕墙接缝密封有两个经常遇到的问题:一是

 

  粘结问题,由于主料水泥的主要成分为硅酸盐,属于碱性盐类,基材表面性质呈碱性,不利于界面粘结,同时水泥纤维板属于多孔性材质,内部存在许多微孔,产生毛细管效应,趋向于吸附水分,并将水均匀快速分布于界面上,容易导致粘结失效,此外毛细作用也会使内部盐碱随水迁移至表层聚集,影响粘结;二是污染问题,微孔的存在导致表面吸附作用很强.与之接触的密封材料中的有机物容易渗入,从而导致板面污染,严重影响幕墙饰面的美观并带来外墙维护的困难。根据纤维水泥板的特性及其在幕墙接缝应用上的特点,其密封材料的性能应满足以下要求:

  (1)良好的粘结性是防止渗漏的关键因素,是保证密封性的先决条件:

  (2)对纤维水泥板应无污染,装饰效果好;

  (3)耐老化、耐紫外线、耐臭氧、耐水,不会因风雪雨水的侵袭而发生变化;

  (4)具有良好的可挤出性触变性,使用方便;

  (5)硅酮密封胶对于玻璃或金属如铝材建材具有良好的粘结相容性;

  (6)纤维水泥板湿热系数比石材、玻璃大,幕墙接缝伸缩及剪切变形比石材、玻璃大,幕墙用硅酮耐候密封胶应满足相应的位移能力要求,能承受板块在低温收缩、高温膨胀的变化下对接缝冷拉热压以及荷载造成的纤维水泥板块的位移,起到有效的密封作用。接缝既要设计得当,又要选择位移能力较强的密封胶。位移能力弱的密封胶无法满足GRC接缝的变位。一段时间以后就会发生开裂、漏水等问题。因此纤维水泥板幕墙接缝密封应用中,应充分考虑到面板的特殊性,选择位移能力较高、与纤维水泥板粘结性良\好而又不对其产生污染的专用密封胶,以保证工程质量。由于纤维水泥板本身的材料特性及其应用的特点,现有的普通硅酮密封胶并不能满足纤维水泥板幕墙的应用需求,建议采用纤维水泥板专用硅酮耐候密封胶SS602F。

  GRC幕墙板间缝隙处理不得使用水泥砂浆嵌缝(词条“嵌缝”由行业大百科提供)。使用水泥砂浆嵌缝Ij,-J'GRC构件拼接处开裂是通病:

  GRC构件的拼接缝在施工完成3—5年时间内会继续产 生;实测数据表明,GRC安装完成3年内有96%拼缝会开裂。

  6.2接缝密封胶接缝位移设计计算

  (1)在热位移及其他影响因素的作用下,密封胶接缝会经历4种基本的位移(图20),即:压缩C、延伸D、纵向延伸既和横向延伸晶。纵向和横向延伸对密封胶接缝产生剪切影响(图21)。

  (2)密封胶接缝通常要同时适应以上所述位移中的几种位移,包括延伸和压缩,或者延伸和压缩与纵向延伸或横向延伸的组合位移。或者延伸和压缩之一与纵向延伸或横向延伸的组合位移。密封胶接缝设计要同时考虑这些位移的影响。满足预期的组合位移。进行密封胶接缝设计时应充分评估接缝可能遇到的各种位移类型,并据此进行设计。

  7 GRC高层单元幕墙示例

  某工程楼高92.7 m,层高3.60 m;主体结构钢结构;建筑设计使用年限(词条“设计使用年限”由行业大百科提供)为50年;建筑类型为一类;建筑耐火等级为一级;设计风荷载为基本风压0.6 kN/m2;地区粗糙度为C类。非透光部分为GRC幕墙;透光部分为明框中空玻璃幕墙(6+12A+6);工程采用GRC大面板单元式挂接方式安装。单元板最大尺寸为2300minx3 580mm(宽×高);最大单元板重量为175kg;G壁厚根据结构设计计算确定。尺寸允许偏差:长度允许偏差为5 rain;壁厚允许偏差为2mm。

  GRC构件本身内部加固用的铁件采用自身预埋中8钢筋,配带50mmx30mmx3Bin镀锌方钢,加固的钢架采用镀锌角钢(词条“镀锌角钢”由行业大百科提供)、镀锌方管。GRC构件之间、GFRC构件与结构墙体之间的缝隙填补需采用具有抗裂、防水功能的材料。体积密度不小于2.01 g/cm,;抗压强度不小于60.5 MPa。抗弯极限强度:平均值不小于24.4 MPa;单块最小值不小于23.5 MPa。抗拉强度不小于7.1MPa;抗冲击强度不小于14.8 l(J/m;吸水率不大于10.0%;抗冻性:经25次冻融循环,无起层、剥落等破坏现象。

  GRC幕墙板制造工艺:制作RGC幕墙板面层_÷喷浆法制作GRC幕墙板结构层一拆模_+抛光.+抛光的GRC幕墙板施加防水涂料_进行防水试验.+GRC幕墙板表面酸洗处理(表面酸洗与抛光相结合)_吊装 (图22)。

  8结束语

  目前国内GRC幕墙仅有产品标准,而缺少GRC幕墙设计标(词条“设计标”由行业大百科提供)准$口GRC幕墙安装规范。近年来,通过行业内的有关专家和企业的努力,推动了GRC幕墙的发展,出台了系列国家标准和行业标准,这些对于规范GRC幕墙市场起到了积极而重要的作用,推进了GRC幕墙行业发展,也使GRC幕墙行业发展有了一个良好的基础。

  尽管如此。仍存在一些问题亟需解决:一方面在GRC幕墙工程项目的实施过程中,GRC幕墙的材料制造、设计、安装以及验收的各个阶段,由于我国没有相应的工程规范标准.在合同协议的达成以及合同协议过程中若存在某些疏忽,后期都要耗费大量人力、财力去对各个阶段进行协商论证,大型GRC幕墙项目要请有关专家论证:另一方面是GRC幕墙市场的体系不够完善,降低了市场的准入要求,未达至IJGRC幕墙要求的企业为了谋求利润,粗制滥造,最终促使GRC幕墙市场陷入无序竞争的状态.同时留下了安全隐患。

  当前不少建筑设计师不知道依据什么样的技术参数去设计GRC幕墙;不少施工单位也不知道如何安装GRC幕墙;国内GRC幕墙应用的经验不多,各地大大/J,lJ,的GRC厂家不计其数,然而能真正深入了解GRC的厂家不多。有些厂家在利益驱使下,背离了GRC的品质,生产出质量低劣的产品,不但没能起到装饰的作用,反而破坏了建筑形象。为了保证GRC幕墙屋面工程质量,对GRC幕墙在设计、选材、模具、生产、安装、施工图、材料及施工企业选择、管理、维护等方面进行技术论证是必要的。

  GRC是近30年来新开发的一种新型复合材料,是运用高新技术对材料进行复合利用的又一重要成果。GRC的诸多优点获得了各国材料界的公认,取得了明显的技术经济效果。我国建筑行业应尽快推广GRC幕墙屋面。

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