陶土板及中式节能陶土板幕墙分析

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。
　　（3）试验测试数据与程序计算数据之间存在一定差异，除了测试原因外，幕墙系统本身具有一定的刚度和质量分布规律，在计算模型中未得到充分体现，也是不可忽视的原因，有待进一步探索。
　　3.2.4建议本幕墙采用开缝式结构，由于陶土板之间不打密封胶，在强震下部分陶板在幕墙面内产生侧向滑移，使板缝宽窄不一，甚至陶板之间相互碰撞。虽未发现陶土板碰坏，但影响美观。工程中考虑采取适当的侧向限位措施，尤其是在幕墙的边角部位，防止在强震下陶土板面内平动滑移过大或脱落。 开发陶土板之间打密封胶的闭缝陶土板幕墙。

　　四、陶土板国内工程应用：
　　4.1 阿格通（Angleton）陶土板
　　4.1.1阿格通（Angleton）陶土板来自于拥有欧洲领先技术的陶板生产商一德国丰。米勒陶瓷集团（F.V.Mueller：GmbH）。丰。米勒也是德国最大的陶板生产商之一。
　　阿格通（ArGeTon）陶板的原材料为天然陶土，不添加任何其它成分，不会对空气造成任何污染。陶土板的颜色完全是陶土的天然颜色，绿色环保，无辐射，色泽温和，不会带来光污染。可选之色多达14种，可以根据不同的安装尺寸要求进行切割，能够满足建筑设计师和业主对幕墙颜色和分格的选择要求。阿格通（ArGeTon）陶土板在特殊转炉里，由高强度挤压机挤压成胚后经过1400℃的高温烧结而成，耐高温热膨胀系数低为2～5×10-6/℃，具有良好的抗风化稳定性、耐磨性、耐酸碱性（耐家庭化学试剂和泳池盐类UA级，耐低浓度酸和碱ULA级，耐高浓度酸和碱UHC级），耐用年限大于50年。
　　4.1.2阿格通（ArGeTon）陶板的技术性能和物理性能均通过德国德累斯顿材料检测机构（MPA Dresden）和汉诺威建筑材料检测机构（MPA Bau Hannover）的检测认证。
　　4.1.3汉诺威建筑材料检测机构检测报告，2002年5月21日（检测报告号011662-Mk/De）

　　五、陶土板幕墙设计陶土板幕墙设计必须遵守中国国家及行业有关标准和规范，下面对设计要点的建议仅供参考。
　　5.1陶土板幕墙干挂安装方式采用金属挂件和挂装系统将石材安装往室外墙面主要形式有：
　　1）陶土板通过挂件直接镶嵌在主体结构上；这种陶土板幕墙主要是在结构上打孔，通过植筋胶和不锈钢挂件连接结构，陶土板通过背栓和不锈钢挂件连接，保证幕墙的平整度有一定难度。
　　2）陶土板通过挂件镶嵌在金属框架上或幕墙结构上，再附着在主体结构上；
　　3）陶土板通过挂什镶嵌在金属框架上或幕墙结构组成单元式幕墙，再安装在主体结构上。
　　5.2陶土板幕墙面板的连接方式陶土板幕墙的面板，宜采用以下几类连接方式：
　　1. 在陶土板边缘开槽口，用金属挂件连接；
　　2. 在陶土板面板背后，开孔或开槽，用背栓、背槽或背卡连接；
　　3. 在陶土板面板的边缘打结构胶粘结铝型材附框，通过附框与横梁、立柱连结，附框应带挂钩固定石材面板。