陶土板及中式节能陶土板幕墙

摘 要：介绍了国内外的陶土板及国内陶土板幕墙，重点论述了结合中国国情的节能闭缝陶土板幕墙的开发和设计，预测了中国陶土板幕墙的市场。
    关键词：开缝陶土板幕墙、闭缝陶土板幕墙。
    一、前言
    1.1什么是陶土板？
    以大自然的纯净陶土为原材料，通过精细加工、专用设备挤压成型、烘干、高温窑烧等工序形成的具有相当强度、硬度和表面精度的板材，称为陶土板。
    陶土是世界建筑学史上的一种新型材料，是传统材料在现代建筑上的应用，它将传统材料与现代建筑有机结合在一起，更新了建筑语言。陶土材料蕴含着几千年古老中国的传统文化，随着科学技术的突飞猛进，各种新的高科技材料不断地呈现出来。新材料在新技术的配合下越来越体现出其不可否认的优越性。现代材料取代传统材料的确是人类文明的进步，在继承传统文化中也不失用现代语言来表达历史的成功实例。
    但真正能够唤起人们历史情怀的，不是简单样式上的模仿，而是追求其历史的真实感，激发对传统的共鸣，因此建筑师更愿意去运用传统材枓来表达今天的东西，同时也是对建筑的出处提出一种暗示。现代建筑在材料的运用上，不再片面地追寻新材枓的时髦，而是更加尊重其地域性和传统文化渊源。陶土是原始的天然材料。又融入蕴含着几千年古老中国的传统文化，既保持了传统风格，又表现出现代的时尚设计。陶土板和陶土板幕墙使传统原料与现代建筑巧妙而完美地结合。是传统与现代相结合的优秀、成功之例。目前国内、外幕墙面板的选材已经由以前的单一追求现代化、科技含量的势头，逐渐转向追求人文艺术气息、天然环保、节能降噪的以人为本的趋势。而陶土板所特有的人文艺术气息、天然的色彩、环保的材料及节能防噪的优势，适应了幕墙材料需求大势所趋的人本化倾向，陶土板幕墙具有独特的人文艺术气息，色彩鲜亮华丽，质感淳朴耐看，洋溢着活跃的朝气，是打造城市建筑新形象的幕墙面板理想选材。得到了业内的建筑师、开发商、设计师、幕墙公司及材料商等各方面人士的兴趣和青睐，近年来在国内外发展较为迅速，这也是陶士板幕墙迅速发展的真因。
    1.2陶土板与陶瓷板的区别。
    陶土板与陶瓷板都是建筑外墙装饰新材料，目前被广大设计师和业主所喜爱，有广阔的应用前景，两种材料有着相似的生产方式和成份，但却有着非常大的性能差异。
    两种材料的主要成份都是陶土，都是经过挤压后高温烧制而成。陶土板的原材料是纯正的大自然的陶土，不含其他成份，因此吸水率偏高，其较大的强度及硬度完全是经过高科技设备挤压形成的，技术含量较高，工艺复杂，成本偏高，但脆性小，可加工性好，不易崩边。陶瓷板的主要原材料是陶土，但其为了增加强度及硬度而加入了大量的石英砂等材料，固而吸水率偏低，工艺相对简单，成本较低，但脆性相对较大。
    1.3陶土板幕墙发展史。
    幕墙新材料——陶土板！这是一种在德国已有二十年以上使用经验的成型幕墙工艺，具有完整的技术、产品配套系统，在环保、节能、工厂化生产、装配及施工方面已比较成熟。陶土板幕墙最初起源于德国著名的屋顶瓦制造商Von Mueller Dachprodukte GmbH & Co. KG，这里我们简称Von Mueller，他们的工程师Thomas Herzog教授于1980年代设想将屋顶瓦应用到墙面，最终根据陶瓦的挂接方式，发明了用于外墙的干挂体系和幕墙陶土板。为了把这套系统推向市场，Von Mueller在格尔利茨（Goerlitz）成立了一个专门生产陶土板的工厂——阿格通（ArGeTon）。
    1985年第一个陶土板项目在德国慕尼黑落成。在随后的几年中，阿格通公司逐渐完善陶土板挂接方式，由最初的木结构最终完善到现在的两大铝结构幕墙系统（有横龙骨系统和无横龙骨系统，见后面的介绍）。2005年Von Mueller公司和Wienerberger Gruppe结成了战略联盟，成为全球最大的陶土板生产商。德国，荷兰，亚洲的韩国，日本，北美洲的美国等诸多国家陶板幕墙已经发展到比较成熟的地步，诸如陶士板百叶，双层陶板，保温陶土板，隔声陶土板幕墙等都已经出现。其浓厚的人文气息、极富古典的艺术气息赋予建筑庄重而强烈的艺术美感。用于高档写字楼，办公楼大厅，以及地铁车站、火车站候车大厅、机场候机大厅、影视剧院等即可营造出建筑浑然天成，与众不同之处。陶土板幕墙发展迅速，已得到广泛认可，有广泛的工程应用。诸多知名建筑都采用陶土板作为主要幕墙材料。
    二、陶土板幕墙的优点：
    陶土板幕墙属于构件式幕墙，通常由横料或横、竖料加上陶土面板组成。除和常规的玻璃、石材、铝板幕墙所具有的基本特征外，由于其陶土的特点，先进的加工工艺和科学的控制手段，因而在外观、性能上有独特的优点。材料环保：由天然陶土配石英砂，经过挤压成型、高温煅烧而成，没有放射性，耐久性好。
    颜色历久弥新：颜色为天然陶土本色，色泽自然、鲜亮、均匀，不褪色，经久耐用，赋予幕墙持久的生命力。外墙砖有20种可得的颜色：深红色，铁锈红色，天然红，粉红，橙红，浅褐色，沙黄色，蓝灰色，珠光灰，铁灰色，火山灰色，瓦灰色。这些都是陶土的天然本体色（没有任何油漆和釉涂料），因此砖瓦可以随意地根据需要来切割而不影响外观效果。还有五种可选的表面形式：标准的，磨光的，拉丝的，凹槽造型的，印染的。
    易洁功能显著：表面可分为釉面和毛面两种。釉面陶板室内外均适用，具有良好的易洁功能，比天然石材更不易污染。毛面陶板适用于室内。
    性能卓越：陶板幕墙技术性能稳定，抗冲击能力强，满足幕墙的风荷载设计要求；
    陶板幕墙耐高温，抗霜冻能力强；
    陶板幕墙阻燃性好，安全防火。
    结构合理：干挂系统的组合安装设计，在局部破损的情况下陶板可单片更换，维护方便；
    陶板中空的结构使之降噪效应好，自重轻；
    陶板的高强度能够满足不同尺寸的随意切割要求。
    兼容性好陶板幕墙具有温和的外观特质，容易与玻璃、金属搭配使用。
    陶板幕墙可以减少光污染，增加墙面的抗震性。
    安装方便：陶板幕墙设计结构合理、简洁，能最大地满足幕墙收边、收口的局部设计需要，安装简易方便，无论是平面、转角或其它部位，都能保持幕墙立面连贯、自然、美观。
    配套成本低：由于陶板重量轻，因此陶板幕墙支撑结构要求比石材幕墙更为简易、轻巧，节约幕墙配套成本。
    三、陶土板的物理和力学性能
    3.1、陶土板具有优良的物理和力学性能。经国家建筑材料测试中心依据国家相关标准的检测试验，其性能指标可达到下表所示（样板尺寸为：120×245mm）。
    3.2、陶士板幕墙工程的震动台试验结论及建议。
    3.2.1北京江河幕墙公司对北京的南新仓国际大厦陶士板幕墙工程，进行了陶土板幕墙的抗震性能试验检验和研究，检验其抗震性能是否符合设计要求。（抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.2g，场地为Ⅱ类，德国阿格通陶土板。）陶土板幕墙样品已经通过中国建筑科学研究院的震动台试验，9度抗震设防时幕墙样品没有出现破坏形象。并且经过国家建筑工程质量监督检验中心的抗风压试验证实，达到3kPa时幕墙样品没有出现任何功能性障碍。
    3.2.2试验模型的实测层间位移与SAP2000的计算结果的比较在模型0.5m～4.25m标高范围，层间位移及位移角实测值和计算值列于下表：表中，模型层间位移数据是拉线位移计实测结果通过角度转换后，再将顶、底层（标高分别为4.25m和0.5m）位移每个时刻相减，取南北两组数据平均所得。实测结果与计算结果相比，有一定的偏差，但总的趋势相同，与加速度峰值反应规律也大致相同。试验测得结构最大层间位移角为1/88，是在输入Taft波峰值加速度为596gal时得到的，该结果已超过了对一般幕墙结构的变形性能要求。
    3.2.3试验结论：
    （1）陶土板幕墙与主体结构连接节点的抗震性能：该陶土板幕墙与主体钢结构的连接节点的抗震性能良好，在振动台试验的全过程中没有损坏，能保证连接节点的抗震设计要求。
    （2）陶土板的抗震性能：该幕墙的陶土板自身抗震性能良好。当台面输入加速度峰值达到和超过300gal（相当于7度半大震作用）时，在振动方向上，少数陶土板之间产生相对滑移现象，但陶土板和挂件均没有损坏。当台面输入加速度峰值达到596gal时，试验测得结构最大层间位移角为1/88，其值已经超过实际主体结构（框架-剪力墙结构）规范规定的弹塑性层间位移角限值（1/100），也超过了有关幕墙规范中对幕墙可承受变形能力的要求。因此，可认为陶土板幕墙的变形性能符合要求。