背栓式干挂陶瓷板幕墙施工工法

外飘倾斜背栓式干挂陶瓷板幕墙施工工法汕头市****总公司广东****有限公司1、前言现代建筑设计追求标新立异，从国家体育馆“鸟巢”、国家中心游泳馆“水立方”、中央电视台到广州的新电视塔，均外形独特，结构新颖，建筑设计的奇异，迫使现代施工技术的不断创新。这些建筑物的外墙设计均线条复杂，外斜、外飘的结构形式屡见不鲜，引起外墙装饰材料、施工工艺的不断革新。背栓式干挂陶瓷板幕墙施工技术就是近年来从国外引进的新工艺，而大跨度倾斜外飘背栓式干挂陶瓷板幕墙施工工法更是在没有相关现行施工规范基础上根据施工实践总结而成的。河源市广播电视中心一期工程建筑面积为32303m2，总高度为23.72m。该工程建筑设计独特新颖，平面呈不规则形，立面造型富有动感，犹如航母出海。其中部分外墙为外飘倾斜的C30钢筋砼剪力墙（局部为双向外倾斜），外倾斜角度高达80°，竖向跨越三层至六层结构，总跨度为16.725m，水平外飘跨度为3.28m，幕墙总面积为4450m2。设计最初考虑采用传统的纸皮砖镶贴，局部采用玻璃幕墙。但由于本工程的外墙倾斜角度较大，墙面镶贴纸皮砖存在滑移、掉坠的问题，无法有效稳固，而且斜墙与斜墙、斜墙与垂直墙交接处形成了多种角度的斜角，给纸皮砖的套割造成较大困难，且无法解决外墙面存在大量小于半砖的问题。鉴于以上原因，我司经与设计方多番研究，决定采用干挂大规格板材。但外墙倾斜对板材的自重、挂件的稳固要求高；单向、双向倾斜造成外墙边角位置线条复杂，幕墙设计对节点处理必须要求简单，板材分割容易，不影响立面效果；板幕墙与玻璃幕墙交接要求该处的龙骨能两边同时兼容，便于两种材料的幕墙平滑过渡；大规格板材必须采用便于安装、更换的连接方式。故此普通的干挂石材施工方法由于其技术上的限制难以解决以上问题，同时考虑到干挂天然花岗石板材自重大，且天然石材是脆性材料，抗弯、抗剪强度低，强度分散性大，存在色差问题，需要花大量人力选板、标识，施工中灵活性较低，造价高，施工进度较慢等问题，因此最后决定采用近年来从国外最新引进的背栓式干挂陶瓷板的施工方法，该技术2008年9月4日经广东省科学技术情报研究所查新中心检索证明为国内最新施工技术，2008年11月14日经广东省建设厅组织相关专家进行科技鉴定，结论为省内领先水平。。图1-1建筑剖面图2、工法特点陶瓷板作为一种新型建筑装饰材料，是传统陶瓷与现代科技相结合的产物，在国内尚没有相应的国家和行业施工验收标准，且无经验可借鉴。本工法通过现场施工实践结合干挂石材施工工艺总结形成，相对传统的外墙粘贴面砖或干挂石材施工方法具有以下先进性和创新点：陶瓷板材具有大、轻、薄的特点，本工程采用的规格为600×600×12mm，每平米重量仅为7.5kg，重量大约只有天然石材的1/2，从而大大减小钢龙骨和主体结构的承载力，极大地满足外飘倾斜钢筋砼墙面的干挂技术要求。陶瓷板采用电脑配料，背栓式干挂采用高精度机械拓孔，机械化程度高，上墙后不必调整或细微调整，更利于外倾斜等结构外形复杂的幕墙施工。传统的干挂法采用钢销式、槽式的钢销既和横梁(立柱)连接，又和板材连接，它的使用部位和施工方法有很大的局限性。而背栓式干挂技术，背栓仅用作为板材与连接件的紧固件，连接件可按需要灵活设计，比传统的石材干挂法更能满足复杂建筑外型要求。背栓式连接与传统直接扣接法和钢架锚固法连接相比，在同等受力状态和板材规格相同的情况下，背栓式锚固连接的承载力高于后者3～4倍，且坚固耐用，具有更高的安全性。陶瓷板材强度高，经高温高压成形，结构紧密、均匀，整体无色差，平整度好，不变形。吸水率和耐候性均优于天然石材，投入使用后不易吸收有害污染物，而且易于清洗。陶瓷板激冷激热耐受性高，有效地克服了温差膨胀对幕墙耐久性的影响。陶瓷板材采用无辐射的绿色原料制造，比天然石材更为环保，且价格相对便宜。图2-1幕墙剖面示意图3、适用范围本工法适用于抗震设防烈度不大于7度的高层、超高层民用建筑的幕墙施工，尤其适用于幕墙结构形式多样，造型复杂的大型公共建筑的外墙、内墙装饰。4、工艺原理本工法是在外飘倾斜剪力墙面上采用背栓式点连接干挂陶瓷板的施工技术。背栓式也称无应力锚固式，在陶瓷板背面距板边100～180mm处采用全控式背栓拓孔机拓孔，插入不锈钢背栓，使背栓在拓孔位置形成凹凸形与陶瓷板紧密连接，通过铝合金挂件与连接件把陶瓷板挂在龙骨上，并通过啮合将板面荷载通过骨架传给锚固基底即剪力墙结构。5、施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程初次弹线分格→弹线确定立柱和主次龙骨位置→施工连接件→焊接槽钢立柱→焊接主次龙骨→板材背后打孔固定背栓→安装铝合金挂件→铝合金挂件对接安装板材→板缝调整→紧固找平，拔出垫片→嵌缝打胶→细部构造做法。5.2操作要点施工前准备：主体结构混凝土强度不宜低于C30；后置锚固件按照设计和规范要求必须进行现场抗拉抗拔试验，这对倾斜幕墙尤其必要；骨架安装前对陶瓷板幕墙模型进行抗震检验和“四性”试验。骨架安装.1测量放线：在每一层将室内标高线移至外墙面上，并进行复线；在挂板放线前首先对建筑物外形尺寸进行偏差测量，根据测量结果确定干挂板的基准面。.2初次弹线分格：根据瓷板幕墙深化设计图纸和外墙面电脑排板图以及陶瓷板的尺寸先在墙上预排，重点是保证窗间墙排板的一致性，若建筑物实际尺寸与设计图纸有出入而出现不整板现象，须把不完整的板块调整到转角处，使窗的两边排板对称。.3弹线确定立柱和主次龙骨位置：初排经调整保证窗间墙排板一致后，用钢丝铅锤吊线确定镀锌槽钢立柱位置和主次龙骨间距。.4施工连接件：根据确定的立柱位置，用化学螺栓在砼梁柱上固定8mm厚钢板，焊接∟50×5角钢连接件。（见图5.2-1）.5焊接槽钢立柱：双向拉通线控制好平整度，在连接件上焊接6.3#镀锌槽钢立柱。.6焊接主次龙骨：龙骨的大小是依据板材重量和风载经计算确定的，现场主次龙骨均采用∟30×3镀锌角钢，横向主龙骨间距根据排板图确定，竖向次龙骨间距均为600，横向龙骨安装前先打好孔，用于安装与陶瓷板相连接的铝合金挂件。图5.2-1陶瓷板幕墙大样图陶瓷板加工.1板背拓孔：根据规范和设计要求对进场陶瓷板进行检查验收合格后，在现场进行拓孔施工。拓孔位置为陶瓷板背距板边100㎜～180㎜，根据背栓规格（本工程采用M6×7mm型不锈钢锚栓）采用与背栓匹配的专用全控式背栓自动拓孔机打孔，通过无损高速切削出4个可控制板厚的双切面扩底孔腔，清理孔腔，复检孔径、孔深、拓底孔径以及锚栓的位置。.2背栓固定：把拓孔完成后的陶瓷板平放在现场制作专用的背栓安装平台上，把背栓孔部位垫实。把背栓胀管的豁口和背栓螺杆粗头凸棱对好，放入板岩孔内，用专用打入工具推进间隔套管，在推进期间迫使扩张片张开，与孔底石材形成接触点，并正好填满拓孔体积，和石材形成凸形结合，使应力均布，从而完成了无应力的锚固。验收时应注意：背栓胀管锚入板岩内，胀管外口和板岩外切面子齐，背栓杆不能转动。5.2.4陶瓷板安装.1安装铝合金挂件：铝合金挂件分成上下两件，上挂件承受板材竖向重量，与陶瓷板背栓连接锁固；下挂件承受风荷载、地震荷载以及由于倾斜产生的水平分力，控制板材平面位置，与横向龙骨的∟30×3镀锌角钢通过螺栓连接紧固（见图5.2-2）。挂件应选用锚栓生产厂家的配套产品；挂件与金属骨架的连接应严格按照现行规范要求采取防锈、防腐蚀措施。图5.2-2背栓及铝合金挂件连接示意图.2陶瓷板安装：按照从上到下、从左到右的原则进行分片安装。将铝合金上下挂件对接，因陶瓷板材本身较轻，可利用外排栅通过人工操作完成。.3板缝调整设计的横向和竖向板缝均为8mm，竖向缝宽拉通线控制，而水平缝采用8mm厚米厘条来控制，先将8mm厚米厘条垫在已安放的陶瓷板上口，然后经拉线检查是否水平，用水平尺检查板的水平度，用靠尺检查板的垂直度和平整度。当垂直度、平整度超出允许偏差时通过调整上挂件的高度调节螺栓，使板材水平且横向板缝均匀，调整达到要求后，拧紧螺栓，拔掉米厘条。.4嵌缝打胶待一面墙的陶瓷板完成后，先在板缝后面贴胶带作背衬，在整体墙面安装完毕以后，对缝隙进行清理验收，在板材面上贴好纸胶带用于控制胶缝边界。缝隙用耐候硅硐胶封没，硅硐胶的颜色依据总体设计定为与陶瓷板相同的颜色。注胶前用带有凸头的刮板打胶，保证胶缝的厚度和均匀性。注胶应均匀，无流淌现象，边打胶边用专用工具勾缝，使胶缝成型呈微弧凹面。胶缝施工厚度应不大于3.5mm，一般控制为平面凹进2mm，宽度不宜小于厚度的2倍，胶缝应顺直表面平整。待胶干后，撕掉纸胶带并随手清理干净。细部构造做法门、窗、女儿墙压顶等连接处细部构造，这些部位应在墙面完成后再施工，整板切割改小尺寸。外窗台施工：外窗台每块板材至少有2个背栓，板块较小时，要严格按照图纸施工，用不锈钢L形挂件和钢骨架连接。施工时窗顶、窗台的坡度要一致。（见图5.2-3）女儿墙施工：女儿墙应向内找坡，特别是挂件要安装牢固。（见图5.2-4）图5.2-3外窗台做法大样图5.2-4女儿墙施工大样防火带设置：由于干挂陶瓷板与墙体之间有较大空隙，每层均应设防火带，具体作法是将防火岩棉用钢丝网包裹与次龙骨相连，用于阻隔下层可能发生的火灾。6、材料与设备6.1材料：本工法使用的主要材料有：（1）板材：600×600×12mm陶瓷板，要求单片面积≤1.3㎡，厚度≥10mm；吸水率平均值E≤0.5%；破坏强度平均值≥1300N；断裂模数平均值≥35MPa，单块值≥32Mpa；陶瓷板与锚栓连接拉拔力≥1750N。（2）背栓：M6×7mm型A4不锈钢锚栓，要求拉拔破坏试验≥7kN。（3）立柱：6.3#镀锌槽钢。（4）主龙骨：∟30×3镀锌角钢。（5）次龙骨：∟30×3镀锌角钢。（6）预埋件：用化学螺栓在砼梁柱上固定8mm厚钢板，焊接∟50×5角钢连接件。（7）连接件：专用铝合金挂件。（8）密封胶：与陶瓷板相同颜色的硅酮结构胶，要求陶瓷板与硅酮胶剪切强度＞1.0Mpa（14d）。板材、密封胶、金属骨架及其他配件的选用应符合《建筑装饰装修工程质量验收规范》GB50210-2001、《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133－2001、《瓷质幕墙工程技术规程》DBJ/T15-21-97等国家规范及现行行业标准的规定。板材、锚栓、连接件应具有合格证、产品质量保证书，提供其规格和各项力学性能指标。锚栓应采用不低于304的不锈钢制品，锚栓的质量必须经过有资质的检测机构进行检测并满足设计要求的抗拉抗拔强度要求。陶瓷板的物理力学及耐候性能应符合设计要求，并应进行抗弯强度和放射性检测，其结果必须符合规范要求。硅酮密封胶的性能必须符合《建筑硅酮密封胶》GB/T14683-2003的规定，并在有效期内使用。硅酮密封胶必须进行与所接触材料的相容性试验。6.2设备及施工机具：表6-1施工设备及机具表序号设备名称设备型号单位数量用途1背栓拓孔机AF-2S台1陶瓷板背面拓孔2电焊机BX1台4钢材焊接3台钻GS-Z512台1钢材钻孔4经纬仪DT2台2测量、校核5水平尺BX2-S60CCM把10测量、校核6靠尺BH20-JZCC-D把10测量、校核7注胶枪AR260把10干挂陶瓷板缝打胶胶8塔吊QT25610台1钢材、陶瓷板等运运输7、质量控制7.1应符合《建筑装饰装修工程质量验收规范》GB50210---2001、《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133－2001、《瓷质幕墙工程技术规程》DBJ/T15-21-97等国家规范及现行行业标准中石材幕墙工程的相关内容。7.2陶瓷板是先订货后安装的，要依据板的尺寸去设计排板图，施工前特别是在现场要予排，防止窗间墙排板不一致和小于半块板的情况出现。7.3斜墙的墙面大阳角和阴角处应从上到下采用整板切割形成的梯形板干挂（长边尺寸应为600），相邻的不整板采取与其紧接着的整板尺寸相加后取平均值的方法，保证整个墙面没有小于半块板的情况。7.4立柱和主次龙骨及与基层之间的连接要牢固，螺栓或焊缝需要经过设计计算而定。施工时要有上岗证的人员施焊，龙骨采用镀锌钢材表面涂刷防锈漆，焊接处不得遗漏。7.5陶瓷板钻孔精度要求较高，陶瓷板厚仅12㎜，强度高而且易碎，切割时切勿干切，要加水切割。陶瓷板拓孔质量必须符合下表7-1要求。表7-1陶瓷板拓孔质量要求项目允许偏差检查方法直孔孔径-0.2～+00.4mm塞规检测仪、游标标规锥形孔的口径±0.3mm塞规检测仪孔轴线的垂直度≤0.5mm主轴承直角度测试试仪孔的同轴度≤0.5mm圆度仪同高度相邻两根横横向构件高度度差≤1mm钢板尺、塞尺幕墙横向水平度层高≤3m≤3mm水平仪层高＞3m≤5mm分格框对角线差对角线长度≤20000mm≤3mm3m钢卷尺对角线长度＞20000mm≤3.5mm7.6锚栓埋设的外观质量、埋设数量、锚固深度、拉拔检测必须符合设计要求。7.7为确保整个立面的平整度与垂直度应在整个立面上下左右挂线拉线安装板材，特别是在锚栓紧固前认真检查，达到规范要求，才能安装上一层板材。7.8板材之间的缝隙要按设计的宽度严格控制，密封胶缝应横平竖直、深浅一致、宽窄均匀、光滑顺直。7.9打蜡前，要用水加洗涤剂彻底冲洗干净，用布抹干水痕，待板的表面完全干燥才可打蜡。7.10每平方米陶瓷板的表面质量和检验方法应符合表7-2的规定。表7-2每平方米陶瓷板的表面质量和检验方法项次项目质量要求检验方法1裂痕、明显划伤和和长度＞100㎜的轻微划伤伤不允许观察2长度≤100㎜的轻微划划伤≤4条用钢尺检查3擦伤总面积≤200㎜2用钢尺检查7.11陶瓷板幕墙安装的允许偏差和检验方法应符合表7-3的规定。表7-3陶瓷板幕墙安装的允许偏差和检验方法项次项目允许偏差(㎜)检验方法1幕墙垂直度幕墙高度≤30mm10用经纬仪检查30m＜幕墙高度度≤60m1560m＜幕墙高度度≤90m20幕墙高度＞90mm252幕墙水平度3用水平仪检查3板材立面垂直度3用垂直检测尺检查查4板材上沿水平度2用1m水平尺和钢直直尺检查5相邻板材板角错位位1用钢直尺检查6幕墙表面平整度2用2m靠尺和塞尺检检查7阳角方正2用直角检测尺检查查8接缝直线度3拉5m线，不足5mm拉通线，用用钢直尺检查9接缝高低差1用钢直尺和塞尺检检查10接缝宽度1用钢直尺检查7.12幕墙安装完成后应进行气密性、水密性及风压性能、平面内变形性能的试验，必须达到设计及规范要求。7.13成品保护：陶瓷板进场后应库存在室内干爽、通风良好的仓库内，并配置专人保管；在加工和安装过程中，应注意轻拿轻放，避免碰撞、损坏、刮花；在大风和下雨时不允许注胶，不得有漏胶污染墙面。若墙面沾有胶液应立即擦去并用清洁剂及时清洗，在拆除外脚手之前，再次清洗；拆脚手架时，要小心谨慎，防止破坏板材，确有不慎破坏，要及时更换。8、安全措施8.1高处作业人员的身体条件要符合安全要求，如，患有高血压病、心脏病、贫血、癫痫病等工人严禁从事高处作业；对疲劳过度、精神不振和思想情绪低落人员要停止高处作业；严禁酒后从事高处作业。8.2施工操作前必须做好安全技术交底，操作人员必须持证上岗，并经工序前培训。高空作业必须佩戴安全带、穿软底防滑鞋，不准穿高跟鞋、拖鞋或赤脚作业。8.3外脚手架搭设必须满足规范要求，凡4m以上建筑施工工程，在建筑的首层要设一道3～6m宽的安全网。施工层采用立网做防护时，应保证立网高出建筑物1m以上，而且立网要搭接严密。8.4外脚手架能满足施工操作的安全承载要求，严禁在外脚手架上集中堆放材料或施工机具，避免外脚手架超载引起失稳。8.5幕墙安装过程中严禁随意破坏外脚手架的连墙杆件，如特殊情况需临时拆除必须征得现场技术负责人同意，并做临时补偿加固。8.6陶瓷板的规格较大，在脚手架上操作时，不可避免在同一垂直度上上下同时作业，操作人员必须戴安全帽，作业层下方须设置安全平网，预防高空坠落。8.7严禁施工过期或不合格的密封材料，密封材料在使用时防止产生溶剂中毒。8.7电气装置应符合施工用电安全管理规定。机器手动电动工具必须带漏电保护。8.8高空作业操作人员严禁将材料或工具随处抛掷。8.9六级强风或大雨、雪、雾天气停止露天高处作业。9、环保措施9.1合理安排作业时间，尽量避免夜间作业，减少施工噪音，避免影响施工现场内或附近居民的休息。9.2施工现场材料应堆放整齐，设置专人管理。9.3易燃品应隔离堆放，确保施工安全。对于密封材料及清洁剂等可能产生有害物质或气体的材料，应做好保管工作，并在发挥过期前使用完毕，以免对环境造成影响。9.4施工污水严禁随意排放。施工垃圾要集中堆放，严禁将垃圾随意堆放或抛撒。9.5清理现场严禁将垃圾从外脚手架、窗口、洞口、阳台等抛撒乱扔，以防造成坠落伤人和粉尘污染。10.效益分析河源市广播电视中心一期工程外墙为大面积大跨度倾斜钢筋混凝土板墙，由于其外形独特，采用传统粘贴面砖和干挂花岗岩石材的做法无法满足要求而改用近年从国外引进的背栓式干挂陶瓷板的施工技术，取得了前所未有的良好效果。10.1本工法由于采用大规格的轻、薄陶瓷板，能有效减小钢龙骨和主体结构的承载力，极大地满足大跨度外飘倾斜幕墙干挂要求，同时也大大节省了钢龙骨支架的钢材用量，经实际测算，该工程节约钢材用量达到30%以上，既减少了建筑结构的承重负荷，又降低了工程造价。10.2本工法采用的陶瓷板材为无辐射、环保的绿色材料，价格比天然石材更为便宜，约为天然石材的60％。背栓式干挂陶瓷板采用高精度机械拓孔，机械化程度高，工人操作简单，施工速度快，缩短工期将近1/3，有效降低了工程投资，可谓一举多得。10.3背栓式干挂技术，背栓仅用作为板材与连接件的紧固件，连接件可按需要灵活设计，打破传统石材干挂法的局限性，更能满足复杂建筑外型要求。10.4背栓式连接与传统直接扣接法和钢架锚固法连接相比，在同等受力状态和板材规格相同的情况下，背栓式锚固连接的承载力高于后者3～4倍，且坚固耐用，具有更