陶土砖幕墙设计与思考

陶土砖幕墙设计与思考

彭斌

深圳中筑科技幕墙设计顾问有限公司 广东 深圳 518052

摘要：随着我国建筑行业发展, 用于外墙的装饰材料像雨后春笋般蓬勃发展，从最初的玻璃、铝合金、石材等材料逐步发展到陶板、人造板、陶土砖等材料，在保证外墙性能要求的基础上，进一步丰富了建筑外立面。本文简单介绍陶土砖外墙的设计要点。

关键词：外墙；陶土砖；吸水率；砌筑；干挂；串挂；预制。

1、引言

我国幕墙的发展，始终伴随着中国改革开放的进程，与中国的改革开放共同走过了几十年的历程。随着玻璃幕墙、石材幕墙等传统幕墙的普及，人们对建筑外墙的要求进一步提高，从原先简单的通风和采光功能，到水密、气密、抗风压要求，再到节能、隔声等舒适性的要求。近几年各种新型材料的出现，大大丰富了建筑师的想法，从而延申出各种外墙风格：轻盈风格的玻璃幕墙、厚重风格的陶土砖幕墙、现代风格的流线型金属幕墙等。

2、陶土砖的特性

陶土砖，主要原材料为红色陶土、白色陶土、岗沙、熟骨料等，经过配料，一次破碎，一次滚压，二次破碎，二次滚压，三次滚压，造粒，共二次循环，入仓陈腐。陈腐一定时间后，将材料倒入真空挤出成型机中，通过真空挤压成各种形状。接着将成型的陶土砖码放在干燥窑中，进行两次干燥，最后通过隧道窑高温烧制而成。陶土砖颜色采用陶土本色，自然古朴，返璞归真，持久如新，永不褪色的自然效果。

陶土砖是中国几千年来最普遍应用的建筑砌墙材料，它可以将90%以上的光全部折射，对保护人体视力、减少光污染有很好的作用。同时陶砖含大量均匀细密的开放性气孔，故能将声波全部或部分折射出去，起到室外降低噪音，室内消除回音的效果，是创造城市优良居住环境的绝佳材料。

根据 GB/T 32982-2016《烧结装饰砖》，砖的类型可以分为承重装饰砖和薄型装饰转两类。承重装饰砖常用规格为：长度规格尺寸（mm）230、210；宽度规格尺寸（mm）114、100、70；高度规格尺寸（mm）75、60、50。装饰砖主要规格尺寸为215mmx60mmx12mm。而根据GB/T 5101-2017《烧结普通砖》中，砖的外形为执教六面体，其公称尺寸为：长240mm、宽115mm、高53mm。

陶土砖有以下特性：

1.有很高的抗压强度：抗压强度≥15Mpa。

2.良好的抗光污染性能：对保护人体视力、减少光污染有很好的作用。

3.良好的吸音作用：大量均匀细密的开放性气孔，能将声波全部或部分折射出去，降低噪音，消除回音的效果，是创造城市优良居住环境的绝佳材料。

4.非常好的防水特性和耐候性：吸水率低于6%，根据对几个厂家的考察以及相关的检测数据，陶土砖的吸水率可以控制在3%~6%之间。

5.保温隔热性能好：保温隔热能力是普通粘土砖的两倍以上。

6.良好的耐风化耐腐蚀性：陶土抗碱腐蚀性的特性更让其他材料无法与之相比的。

7.色彩丰富：墙面活泼生动，色彩自然传统与现代相结合，既保持了传统风格，又表现出现代的时尚艺术设计。

8.绿色环保：不使用粘土，保护耕田,低耗能， 施工噪声低、各种材料均无污染，绿色环保。

9.消除火灾隐患：清水墙多孔装饰砖经1050度高温焙烧而成，自身不再燃烧。

10.质量好、抗震性能强：主体结构、钢骨架及墙体之前有效连接，提高抗震性能。

11.采用碱性水泥，会产生泛碱。（注：使用碱性水泥，建筑物的表面会出现白色物质，称为泛碱）。

3、工程中陶土砖的设计

工程中陶土砖幕墙的设计常有四种方式：1、砌筑。2、干挂。3、串挂。4、预制。每一种方式都有各自的特点，以下对上述四种方式简单介绍。

砌筑方式：

根据《砌体结构设计规范》GB50003-2011和《砌体结构工程施工质量验收规范》GB50203-2015

网状配筋砖砌体构建的构造应符合下列规定：

1、网状配筋砖砌体中的体积配筋率，不应小于0.1%，并不应大于11%;

2、采用钢筋网时，钢筋的直径宜采用3~4mm；

3、钢筋网中的钢筋间距，不应大于120mm，并不应小于30mm;

4、钢筋网的间距，不应大于5皮砖，并不应大于400mm;

5、网状配筋砖砌体所用的砂浆强度等级不应低于M7.5;钢筋网应设置在砌体的水平灰缝中，灰缝厚度应保证钢筋上下至少各有2mm厚的砂浆层。

砖墙砌筑，按照墙面组砌的方式不同，常有一下几种：一顺一丁、三顺一丁、梅花丁等。砌筑时，常用“三一砌砖法”，其操作要领：“一铲(刀)灰、一口砖、一挤揉”，安装砖体从下至上，层层相扣。采用砌筑的方案，需要在每个建筑楼层设置结构挑板，以此承托每一层砖墙自重，即陶土砖的自重需要由结构挑板承受（根据过往项目安评时专家提出的意见）。在每块陶土砖上面设置两个垫块，利用垫块支撑上皮砖，垫块宜采用硬质垫块或者砖垫块，避免顶层砖体重量过大破坏垫块。每隔5皮砖，铺设一道钢筋网，钢筋网与砖墙背部的主龙骨连接，二主龙骨通过连接件及埋件固定到主体结构上。上述做法，在某项目中可以通过抗震设防烈度为7°的抗震性能测试。勾缝是清水砖墙的最后一道工序，具有保护墙面和增加墙面美观的作用，待砌筑完毕后再用水泥砂浆或者勾缝剂勾缝。

砌筑陶土砖幕墙样板

砌筑陶土砖幕墙细节做法

由于砌筑采用的是湿法施工，因此在砌筑完毕后，墙体与结构之间的空间会存在大量的湿气，因此需在每层陶土砖幕墙的底部每隔3米设置排气孔（或排水孔），便于积聚在空腔的水能顺利的排出，对于排气孔（或排水孔），可选择成品排水件或直接钻孔的方式。

成品排水件 排水孔

陶土砖幕墙采用砌筑的方式，由于工艺简单成熟，得到了广泛的应用，在深圳地区，中山大学、前海哈罗学校等均采用这种方式。

砌筑陶土砖幕墙整体效果

虽然砌筑陶土砖墙工艺简单应用广泛，但砌筑的方式属于湿法施，砌筑的效果主要取决于天气和作操作人员的技术水平。在雨季施工，需在砌筑区域搭设防雨棚，避免雨水冲刷砖墙面，带走砂浆出现漏浆，造成污染外立面。从目前考察的几个项目案例，在施工中都出现大面积的墙面污染，特别在赶工的过程中，污染尤为严重。

砌筑陶土砖幕墙墙面污染情况

干挂方式：

陶土砖干挂的做法与干挂陶板的做法类似，可以采用《人造板材幕墙工程技术规范》JGJ336-2016以及《建筑幕墙用陶板》JG/T 324-2011作为设计依据。其做法主要是在陶土砖背面开通槽，铝合金挂件固定在通槽内，然后根据建筑特有的造型，将每一块陶土砖挂接在龙骨上。采用干挂陶土砖可以实现多种外墙造型，如凹凸造型、镂空造型等。干挂陶土砖的施工属于干法施工，施工过程中没有采用水泥砂浆或含水泥的材料，有效的避免了漏浆的情况出现。但干挂工艺每块陶土砖均需单独固定，因此金属材料含量较高，因此成本也相对比较高。采用干挂的方式目前案例不多，如：成都大慈寺博舍酒店、北京城建设计研究总院采用此方案。

干挂陶土砖幕墙做法及实际安装照片

干挂陶土砖幕墙整体效果

串挂方式：

陶土砖串挂的做法是用钢筋或金属管等龙骨把空心陶土砖按照一定的规律或造型串起来形成的装饰墙体系。常规做法是在陶土砖中间开设2个圆孔（或方空），孔径控制在40~50mm，边距不小于25mm（边距小于25mm，在陶土砖挤压过程中容易出现边部破坏），金属龙骨穿过圆孔（或方空），将每一块陶土砖串在一起，同时沿高度方向每隔一定距离（根据结构计算结果）设置一道金属龙骨承托陶土砖同时将串挂的龙骨连接到陶土砖内侧的龙骨上。采用串挂的方式，其优点：砖块采用机械式固定方式，安全性好，质量控制性好，容易实现镂空、花墙等效果，对外墙污染少。其缺点：金属材料用量大，施工繁琐，造价高，更换不便。

空心陶土砖样式

串挂陶土砖幕墙的受力体系为：水平荷载→陶土砖→串挂龙骨→承托龙骨→竖向主龙骨→主龙骨连接件→埋件→结构。安装工序为：测量防线→安装竖向主龙骨→承托龙骨→最底层的串挂龙骨→安装陶土砖至串挂龙骨顶部→接驳串挂龙骨→安装陶土砖……

陶土砖外表面与离结构面的距离宜控制在250mm以上，串挂的方案有内外两层龙骨：外层龙骨为固定空心陶土砖的龙骨，包括串挂的龙骨和承托的龙骨；内层龙骨则为固定外层龙骨的竖向主龙骨。关于串挂的龙骨的形式及规格，宜采用螺杆或圆管，在螺杆或圆管端头设置螺纹，便于每一段的串挂龙骨接驳，其规格根据承托的龙骨布置原则确定。由于陶土砖开孔存在偏差以及串挂龙骨的形变，因此陶土砖圆孔的直径根据工程经验，需比串管直径大20mm（串管与陶土砖镂空孔径两侧各预留10mm的间隙，以此来吸收生产及施工误差），而两者的间隙，采用强力瓷砖胶等水泥混合物或石材干挂胶等改性环氧树脂来填充。基于保持陶土砖幕墙墙面的干净，建议采用改性环氧树脂类的材料进行填充。在陶土砖安装完毕后，最后一道工序为勾缝，具体做法与砌筑方案一致。

串挂陶土砖幕墙施工过程

在陶土砖幕墙测试中，我们选取幕墙规格（宽×高）为：2365mm（宽）*4685mm（高），竖向主龙骨挠度按照1/250考虑，挠度值≦20mm，负压为2.56KPA。测试结果满足要求，且陶砖及勾缝没有出现开裂情况。另外，在拆除样板过程中亦未发现串管与陶土砖有松动的情况出现。

测试的陶土砖幕墙 龙骨按照挠度值≦20mm勾缝无开裂情况 陶土砖与串管粘接牢固

串挂陶土砖幕墙整体效果

工厂预制方式：

根据建筑要求的造型制作模具，然后在模具内铺设陶土砖固定网格，网格固定在模具内，接着人工将带燕尾槽的陶土砖（常规采用18～20mm厚的陶土砖）根据固定网格铺设在模具上，待陶土砖铺设完毕后再铺设钢筋网并绑扎牢固，然后在模具内浇筑砼。此做法的陶土砖是通过内侧的燕尾槽榫卯固定在砼墙体外表面，燕尾槽深度要求不小于3mm，如果采用30mm厚的陶土砖，燕尾槽的深度不小于5mm。待预制陶土砖墙体固化成型后，进行局部的墙面修补，检查合格后运送到工地整体吊装到结构主体上。

采用工厂预制陶土砖墙的方式，将部分龙骨安装、砌筑、勾缝等的作业由工地转移至工厂，工厂预制成型，质量可控性高，且大大缩短了工期。在安全方面，现场减少了高空作业，降低了安全事故出现的机率。

预制陶土砖墙体属于整体成型，因此自重较大，所需运输及吊装成本高；另外，由于建筑的造型的特殊性，在制作前需要定制多种模具及陶土砖定位工具。在外观方面，预制件与预制件之间需要设置安装缝，且该缝为竖直的通缝。

预制陶土砖幕墙墙制作安装过程

预制陶土砖幕墙整体效果 预制陶土砖幕墙安装缝

4、结语

随着施工技术的发展，对于陶土砖幕墙的安装方式有了更多的方式，如上海船厂采用拉索陶土砖幕墙。本主要介绍了陶土砖幕墙四种常用的设计方案，希望能对目前及未来的陶土砖幕墙的项目提供借鉴。具体工程还需结合国内的相关规范与项目自身的技术要求和特点进行设计，在满足国内相关规范的情况下，力求设计出优质的陶土砖幕墙。

参考文献

【1】中华人民共和国行业标准，铝合金门窗工程技术规范 JGJ 214-2010

【2】金属与石材幕墙工程技术规范 JGJ133-2001

【3】烧结装饰砖 GB/T 32982-2016

【4】烧结普通砖 GB/T 5101-2017

【5】砌体结构设计规范 GB50003-2011

【6】砌体结构工程施工质量验收规范 GB50203-2015