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摘要：本文对正在编制的《建筑幕墙用背栓》CECS协会产品标准中技术要求提出的背景和合理性进行探讨，为背栓产品认证技术要求及试验要求的改进提供一些参考意见。
关键词：建筑幕墙背栓技术要求
一、 概述
幕墙是当今建筑围护结构的主流，石材幕墙、陶瓷板及其它人造板材幕墙应用非常广泛。人造板幕墙面板与其支承结构的连接方式主要有：背栓连接、槽式连接(SE短槽连接、T型挂件和L型挂件连接)和背槽连接等，其中背栓连接是比较可靠的连接，是超过100米建筑幕墙的首选连接方案。因此，背栓产品质量本身，及其与支撑连接的牢固性对幕墙的安全使用有着直接的影响。
近几年，幕墙发生一系列安全事故，一度导致建筑幕墙成为“公共安全问题”的焦点，受到国务院和住建部的关注。住建部多次组织全国范围的幕墙安全性普查，普查结果显示幕墙工程存在安全隐患的比例一度超过9.34%。
CECS标准《建筑幕墙用背栓》(后简称“该标准”)针对核心传力构件的背栓产品进行规范，希望通过对背栓与面板连接不同连接方式(敲击式、旋进式和膨胀式)的差异化研究，进而给出背栓与所连接基材的锚固要求，从而实现提高背栓产品质量，进而提高建筑幕墙的工程质量，避免导致幕墙存在严重安全隐患，危及人身安全的目标。
在EOTA EAD 330030-2014《幕墙紧固件（词条“紧固件”由行业大百科提供）》中，对背栓的承载力、耐久性、防火等提出了要求。背栓的安装在石材面板的预钻扩底孔中，锚固变形是通过机械锁紧来进行控制的。
背栓的主要技术要求分为机械承载力与稳定性、防火安全。其中，机械承载力与稳定性具体包括承载力变形和耐久性两方面。其中，背栓的极限抗拉或抗剪承载力应当通考虑石材面板的厚度、背栓的锚固深度、边距等因素。选用的测试方法是基于以下假设: 每一块幕墙面板都被4个背栓固定，背栓的排布方式是矩形。
ASTM C1242-2016规格石料固定系统选择、设计和施用指南中，背栓应考虑用于何种石料，不同的石料类型有不同的安全系数(见下表)
表1按石料类型普遍接受的石料覆层安全因
嵌入到石板背面的锚固件通常为3/4英寸(19.1 mm)深。钻入石板背面的两个相对的孔与背面平面成45°角。锚固件直腿插入孔中，锚固件的形状保持锚固件腿的接合。锚固件孔底部和石板的成品面之间的推荐的最小距离为3/8英寸(9.5 mm)。
二、 锚固性能要求的原则
1、制定基准板材
背栓的锚固性能虽与其材料性能直接相关，但幕墙系统中，背栓与基材面板共同受力的情况下，随着板材类型不同，其破坏形式多样，因此为了更精准的规定背栓产品本身的性能，有必要选取一种板材作为基准板材。在本标准的编制过程中，经研究，在一系列验证试验中，采用山东花岗岩G3742为基准材料。
为了判断背栓产品是否合格，需要设定基准石材，不宜采用混凝土或钢制模具，但石材的材性变化较大，同一品名、不同矿、或者同一矿不同批次石材的力学性能都有可能不同;为了解决该问题，一是拟以弯曲强度为基本指标，采取科学方法处理数据，;二是要求对每批次石材测试其弯曲强度，合格与否的指标与此有关。采用山东的石材，是因为山东位于我国中部，方便全国的测试机构采购运输。
因此，在选取基准花岗石板材山东五莲豹皮花G3742或福建海沧白G3523基础上，进行了基本受拉(剪)承载力、小边距受拉(剪)承载力等力学性能技术要求的验证试验。
2、基本受拉承载力
基本受拉其破坏模式应为石材锥体破坏。基于指定石材的受拉承载力试验值的标准值 其值应不小于表1规定的最小受拉承载力，其滑移系数 和对数变异系数 应满足下列要求：
表2 基准石材上的最小受拉承载力
3、 小边距受拉承载力
小边距受拉破坏模式应为石材角部劈裂破坏或锥体破坏，该标准基于指定石材的小边距受拉承载力标准值 ，其值应不小于表1规定的最小受拉承载力。
小边距受拉承载力，国内其他相关标准尚无规定，属于首创。鉴于目前测试数据不多，所以本标准中只提最小承载力方面的要求，对滑移系数、变异系数不作要求;
表3 基准石材上的小边距受拉最小承载力
4、基本受剪承载力
基本受剪承破坏模式应为石材断裂破坏或螺杆（词条“螺杆”由行业大百科提供）剪断破坏。基于指定石材的受剪承载力标准值 应不小于表3规定的最小受剪承载力。
表4 基准石材上的最小受剪承载力
在该标准文本中，滑移系数 和对数变异系数 的取值参考JG/T 160-2017《混凝土用机械锚栓》以及欧洲背栓EAD-330030标准，指标略有降低。
受剪承载力标准值的取值因为考虑到抗剪测试有2种可能的破坏模式，甚至同一批测试中可能出现2种模式同时存在，分3种情况给出了求承载力标准值的方法。这也是第一次在标准中出现，分别是：
a) 当10个样品全部为石材断裂破坏时
b) 当10个样品全部为螺杆剪断破坏时
c) 如果10个测试中同时有石材断裂破坏和螺杆剪断破坏：又分为数量大于5的破坏模式和对数量小于5的破坏模式
公式4-2，是基于目前没有相关参考资料，欧洲、上海、北京、天津等地区的幕墙规范没有提出判断合格与否的指标，本标准根据最新测试数据，给出了该公式。
5、小边距受剪承载力
小边距抗剪测试，是第一次出现在标准中，属于首创。鉴于目前测试数据不多，所以本条只提最小承载力方面的要求，对滑移系数、变异系数不作要求;公式5-2是基于目前的测试数据，取基本抗剪承载力的50%。
表5 基准石材上的小边距抗剪最小受剪承载力
6、其他性能的考虑
(1)变幅脉动拉伸荷载性能
参考欧标EAD-330030，应增加变幅脉动拉伸荷载性能的要求，指标略有降低。性能测试时将背栓固定于指定基准板材试块中，按指定方法进行脉动荷载下的受拉测试。在完成指定的加载循环后，背栓应当卸载，然后进行拉力试验。脉动试验过程中位移幅度的变化量应趋于零。
(2)冻融循环抗拉性能
根据项目特点、项目所在地气候条件等因素，由业主或设计单位确定是否安排冻融循环抗拉性能测试。该标准也是在参考欧标EAD-330030的基础上，指标略有降低。测试样品应当先浸入水中，然后进行冻融循环。
(3)浸水抗拉性能
测试样品应当先浸入水中，直到其到达了100%的饱和。然后要进行常规拉力试验。将背栓固定于指定基准板材试块中，然后将测试样品浸入水中，达到设定的时间。在完成以上操作后，进行拉力试验。
(4)系统的抗震（词条“抗震”由行业大百科提供）性能
背栓系统应按照GB/T18575-2017《建筑幕墙抗震性能振动台试验方法》进行抗震试验，并满足相关要求。
三、 小结
通过规范的编制，希望在解决背栓材料要求、物理性能指标和产品规格等问题的同时，给出一套合理适用的幕墙用背栓产品性能测试方法，以及背栓与不同板材(石材、陶瓷板和其它人造板材等)连接时的承载力计算方法规范幕墙用背栓的市场，提高背栓产品质量，进而提高建筑幕墙的安全性，有效防止幕墙发生安全事故，为全社会公共安全提供保障。
作者单位：中国建筑设计研究院有限公司
