【建築設計】是幹掛瓷板幕牆取代石板幕牆的時候了!

傳統石材幕牆

人類的建造活動是從最容易獲得的自然材料開始的。隨著技術的發展,對自然材料的後加工能力越來越強,以自然界的一種或多種物質為原料生產出來的人造材料也出現的越來越多。

傳統的天然石材從自然石塊的堆砌、加工切割的石塊砌築逐漸過渡到現代的石板幕牆。

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天然石板幕牆的幾個典型案例

關於天然石板及天然石板幕牆參閱過往文章:

幹掛瓷板的源起


在現代鋼筋混凝土結構出現後,磚牆失去了承重作用,更多地被其它填充材料替代。出於對傳統磚牆效果的追求,同時為適應現代飾面材料所追求的輕、薄要求,酷似磚面效果但厚度較薄的面磚出現了。面磚規格種類繁多,尤其是室內用裝飾磚。隨著技術的發展,面磚總體上有越來越大、花紋越來越逼真、形式越來越多的趨勢。

普通的粘結類牆面磚由於其自身構造的缺陷有一些致命的缺點如:規格不能太大,太大則掉落的危險性大幅增加;用於室外牆面時由於長期的雨水浸泡以及冬季的多次凍融循環更易造成面磚從接縫處剝落,嚴重影響人員的安全;過於依賴於人工施工,勞動密集強度大,質量不易控制常帶來更多的安全隱患。由於節能要求的提高,大部分建築採用外保溫結構,這也讓外牆粘貼面磚更為受限。

為了適應現代外牆外保溫的構造特徵,同時又要滿足施工簡便、易於質量控制的現代施工體系,幹掛式陶瓷面磚(瓷板)系統應運而生。幹掛法陶瓷板系統如同石板幕牆的原理,其支承系統及面板不承受主體結構荷載作用。這種系統除了安全保障外,它的另一個明顯的優點是能夠明顯地提高牆體的熱工性能、隔聲性能。


幹掛瓷板與幹掛天然石板的對比


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瓷板、天然石材、陶板對比表

生產過程及環境影響

人造瓷板——陶瓷是以不同成分配比的無機非金屬固體材料(甚至是廢料再利用)經過壓制、燒結而成,對自然環境的影響相對較小。

天然石材——直接從礦山開採,對地表影響巨大,且在加工過程中的粉塵等對環境同樣產生較大的負面影響。

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©astrid westvang(CC BY-NC-ND 2.0)

天然石材的開採

強度比較

人造瓷板——通過粉料幹壓成型,其成份完全均勻分佈,故生產出的瓷板質地均勻、統一,不存在薄弱的環節,難於出現破壞應力集中等現象。另外,瓷板本身的強度非常高,國家制訂的相關瓷板規範上要求斷裂模數大於27MPa(東鵬陶瓷產品一般做到40 MPa以上),遠大於石材要求的8MPa。

天然石材——由於在自然條件下生成,天然石材在結構上、成份上存在不均一性,在受到外界破壞力的作用時,容易出現局部破壞應力集中點,加速板材的損壞。在國家制訂的相關石材幕牆技術標準上,斷裂模數只要求其大於8MPa即可。

自重、荷載比較

人造瓷板——瓷板強度高,規範要求大於12mm就可以了。這樣的好處:一是減小了建築物基礎的承重要求;二是由於板材厚度小了,直接造成重量低,其重量在25kg每平米左右。大大降低了工人的勞動強度,提高了現場的安裝效率,可有效縮短施工週期。

由於自重小,幕牆傳遞給主體結構的荷載自然也小了,幹掛瓷板幕牆因此也更為適合結構受限的建築外立面的改造。

天然石材——正因為石材強度小,要保證其安全性必然要加大其厚度,造成建築物要對幹掛石材的承重非常大,規範要求幕牆幹掛的石材厚度必須大於25mm(大理石35mm),其重量一般在60kg~80kg每平米之間。大大加大了工人的安裝強度。

耐候性、自潔性比較

人造瓷板——瓷板經壓制和高溫燒結而成,其結構緻密,氣孔率小,具有遠高於石材的耐候性及耐久性。暴露於風雨及汙染空氣中,不會產生變質、褪色、吸汙等問題,自潔性更好。

天然石材——岩石是通過地殼運動形成,看似堅硬,但存在大小不一的孔隙。且受日照、溫溼度等影響,時間長容易產生白花(主要指泛鹼)、水斑、鏽跡等天然性病變症狀。相比而言,花崗石耐候性好,而紋理更好的大理石、凝灰岩更易風化,用於外牆需進行表面封閉處理。

施工週期及便利性比較

人造瓷板——生產週期短,厚度小,重量低,易於現場加工切割(水刀),大大降低安裝勞動強度,提高安裝效率,可有效縮短施工週期,大大降低了施工成本。

天然石材——厚,重量大,加工週期長,現場加工相對複雜(切割、打磨),安裝強度高、效率低,整個施工週期長,施工成本高。

綜合價格比較

綜合而言,幹掛瓷板的成本遠低於常規幹掛天然石板,甚至在採用某些構造時成本可達其1/2。


瓷板的表面觀感

隨著生產技術的發展,現在的瓷板通過各種技術已然能夠達到“以假亂真”的效果,通過電腦隨機布料、3d打印等技術,改變了早期瓷磚採用滲花工藝造成的紋理線條簡單重複、單一的缺點,完全可以模仿各種天然材料的紋理。由於人工選擇模仿紋理最好的石材,瓷板的紋理甚至超越了大量的天然石板。

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東鵬陶瓷生產的一些幕牆用仿大理石、凝灰岩類幹掛瓷板樣式(常規尺寸0.6x1.2m,1.0x1.0m)

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東鵬陶瓷生產的一些幕牆用仿花崗石類幹掛瓷板樣式(常規尺寸0.6x1.2m,1.0x1.0m)

幹掛瓷板構造技術


幹掛大塊瓷板通常採用背栓式、短掛件式、通長掛件式等構造方式,其中背栓式受力更為合理,也是目前採用最多的構造形式。

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龍骨體系的背栓式瓷板幕牆構造示意圖

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龍骨體系的背栓式瓷板幕牆施工過程中

對於國內常見的剪力牆結構高層住宅(規範要求100米以下),由於牆體強度高,可以採用一種更為簡單的構造模式——點掛式

(tips:高度不超過24米的實心磚砌體外牆結構經過適當加固後也可採用點掛式。)


所謂點掛式幕牆即是面板通過掛件直接與外牆結構點式連接的系統。點掛式系統最大的優勢是節省了常見幕牆體系中的金屬橫樑、立柱,施工更為簡單便捷,同時減少了幕牆厚度,經濟高效,又被稱為“簡易式幕牆”、“無龍骨幕牆”。

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點掛式瓷板幕牆施工過程中

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點掛式瓷板幕牆構造示意圖


(說到幹掛幕牆,又不得不提板間縫隙的處理,有意瞭解的請閱讀過往文章:

除了常見的類似於天然石板幕牆的構造外,也可以採用其它類似於平板瓦、玻璃板的一些構造方式,這些方式如果運用得好可以創造出更有特色的效果。當然,如果建築師掌握了幕牆構造的基本原理,也可以創造出更為新穎的形式。

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©建材U選

某金屬明卡扣固定構造的建築

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批疊式板材明釦件構造示意圖

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常見的板岩批疊式構造外牆(類似於瓦屋面)同樣適用於瓷板

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©Fredrik Linge CC BY-SA 2.0

板岩的效果(圖片為板岩)——瓷板同樣可以實現

參見過往文章:


由於瓷板的加工工藝越來越高,從質感肌理上完全可以亂真。同時,幹掛瓷板幕牆的構造原理與幹掛石板幕牆類似,技術較為成熟可靠,替代天然石板幕牆正當其時!

幹掛瓷板的適用項目

  • 當然,與天然石板相比,人造瓷板由於厚度小,缺少厚重感。如果某些類型的建築對此較為介意,可以在接近人的視線位置採用天然石板,在遠離視線處(如裙房以上高度)採用人造瓷板。
  • 當然,由於密度更高、自潔性更好,時間較難在瓷板上留下印記。對於某些追求歷史印跡感的建築可能也是不太適合。
  • 當然,對於某些弧形線腳,現在瓷板還不如石材那麼易於加工,尚不能替代。

因此,我們推薦以下項目可以優先選擇幹掛瓷板:

  • 有環保意識的。
  • 需要石材幕牆效果而又希望降低成本的(利用瓷板的經濟性)。
  • 追求大理石、凝灰岩(相對耐候性差)效果而又希望經得住時間和自然腐蝕的(利用瓷板的耐候性)。
  • 追求創造性用法進而形成特殊肌理的(利用瓷板的輕薄)。


除了上文介紹的幹掛式瓷板幕牆外,還有一種大塊瓷板的室外應用方式——陶瓷薄板,採用類似於玻璃幕牆固定玻璃(明框、隱框皆有)的構造方式,也可以理解為替代玻璃面板的一種材料。

東鵬幹掛瓷板案例

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上海仁恆森蘭雅苑——背栓式

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北京中國音樂學院教學樓——背栓式

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哈爾濱金色萊茵公寓——背槽式

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北京會議中心——背槽式

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北京隆盛大廈——背栓式

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佛山華夏中央廣場——背栓式

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江西傳媒大廈——背槽式

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西安市精神衛生中心 ——背栓式

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常德東星家居陶瓷城——背栓式


其它

幹掛瓷板主要相關規範:

JGJ336-2016《人造板材幕牆工程技術規範》

JGJ321《點掛外牆板裝飾工程技術規程》

JG/T217《建築幕牆用瓷板》


予人玫瑰,手有餘香……

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