古风新建——中大红陶砖幕墙系统深化设计研究

李晓青 曹 旭

上海建工四建集团有限公司 上海 201103

1 概况

1.1工程概况

中山大学·深圳建设工程项目总承包（Ⅲ标）项目位于深圳市光明新区公常路以北、康弘路以东、羌下二路以西，与东莞黄江接壤的猪婆山、猪公山周边区域，总建筑面积51万 m2。其中理工科组团（一）结构地下1层、半地下1层、地上8层，建筑高度50.36 m，幕墙面积约8万 m2。如图1所示，外立面形式主要为陶砖幕墙＋铝合金门窗，局部采用石材幕墙与玻璃幕墙。陶砖幕墙包括大面陶砖、陶砖柱、镂空陶砖。

图1 理工科组团（一）

建筑布局以3个“回”字形体量相互嵌套，形成3个内部庭院，左右两侧与中间存在14.4 m的高差。

1.2陶砖幕墙概况

1.2.1 陶砖幕墙材料

陶砖幕墙的材料分为陶砖面层以及配套低碱砂浆，水平力由镀锌钢架承担。钢架与陶砖之间通过不锈钢拉结件传力。

1.2.2 体系形式

1）大面陶砖及陶砖柱的构造形式。大面陶砖及陶砖柱的施工工艺为满浆砌筑，由结构挑板（梁）承受竖向荷载，通过不锈钢拉结件与镀锌钢通骨架螺栓固定连接，为陶砖墙体提供横向拉结的作用。如图2所示，在主体结构中预留预埋件为镀锌钢通骨架提供着力点，镀锌钢通骨架与预埋件之间采用镀锌角钢焊接。层间挑板部位由薄砖湿贴加钢销固定。

图2 大面陶砖及陶砖柱的构造形式

2）镂空陶砖的构造形式。镂空陶砖施工工艺为干挂，由结构挑板（梁）承受竖向荷载，镂空砖通过矩形不锈钢钢管穿芯交错连接，镂空砖之间采用不锈钢垫片隔断，如图3、图4所示。

图3 镂空陶砖

图4 镂空陶砖构造形式

2 陶砖幕墙深化设计

2.1灰缝深化设计

陶砖幕墙外立面表现效果主要由砖本身的颜色及灰缝的宽度来呈现，考虑异形柱角度，砖型及灰缝留设位置需要进行事先排板，以确保美观。如图5所示，排板深化设计原则如下：竖缝位置不应在陶砖幕墙转角位置；上一层陶砖与下一层陶砖竖缝不应在同一位置，上下层要保持错缝，且错缝的位置要接近半砖，异形柱位置可以通过调整砖型来满足；跳层竖缝位置预留应在同一竖直线上。

图5 灰缝排板

陶砖幕墙部分位置采用了竖向陶砖，原设计未考虑竖砖的高度与横向砖加灰缝高度的模数匹配，导致相邻区域错缝。在深化设计中，考虑了竖砖部分灰缝略微增大、相邻横砖灰缝略微缩小等方式，使得两者高度匹配，确保了整体的美观，如图6所示。

图6 相邻区域错缝

2.2砖型深化设计

2.2.1 陶砖柱砖型深化设计

原设计仅考虑了整体的效果，并未考虑工期与施工的便利性，导致砖型种类较多。深化设计通过以下方式，在不影响整体效果的前提下，合并砖型，提升施工效率，增加施工容错率。

通过调整灰缝，合并砖型。部分异形砖尺寸相差10～20 mm，通过灰缝的微调，将其与其他砖型合并。

将异形陶砖柱两侧转角陶砖砖型合并，陶砖柱为对称形状，两侧转角角度相同，为确保阳角为一体化效果，均需要采用异形砖整体开模。原设计此处2块砖尺寸均不相同，而通过深化将两者尺寸统一，将尺寸差部分交由端头收头砖消化，减少了陶砖型号。由于此类砖数量巨大，深化后的施工效率提升明显[1-2]。

2.2.2 转角竖砖深化设计

陶砖幕墙竖砖转角部位，需要无论从哪个面看均为53 mm宽的竖砖。同时由于原竖砖仅有一面可视，另外一面为工艺孔洞，故而需要定制两面可视、尺寸为53 mm×53 mm×240 mm的竖砖，以确保效果，如图7所示。

图7 转角竖砖

2.2.3 转角镂空陶砖深化设计

镂空陶砖转角区域，原穿芯钢通是30 mm×70 mm的长条形，2个方向叠加后孔洞位置不重合（图8）。有2种解决方案：一是缩小方通，采用30 mm×30 mm方通；二是定制专门的方形孔洞。由于角部受力较大，故只能采用第2种方案，最终采用60 mm×60 mm的方通，留设70 mm×70 mm的结构洞，确保了效果及受力安全，如图9所示。

图8 原转角叠加后效果

图9 深化后转角镂空砖

2.3孔洞率的深化设计

陶砖为高温烧结多孔砖，强度等级不低于MU25，设计要求孔洞率≥28%，正偏差1%，不允许有负偏差。陶砖在生产制作中由于焙烧工艺因素的影响，在原有设计孔洞的基础上需增加工艺孔洞。

标准砖与异形砖都无需考虑功能孔洞，只需考虑工艺孔洞，并满足孔洞率≥28%即可。深化设计后的标准陶砖孔洞率为28.2%，8个贯穿孔洞均匀等分排列。异形砖采用矩形及异形贯穿孔洞均匀等分排列。

薄砖与镂空砖由于施工工艺要求，需要设置功能孔洞和工艺孔洞。薄砖需要预留不锈钢插销的连接孔洞，薄砖厚度只有30 mm，孔洞宽度不宜过宽。由于薄砖与主体结构之间满浆灌缝，所以在薄砖靠近主体结构的那一面需要增加砌筑砂浆槽。镂空砖由不锈钢方通穿芯连接，所以需要预留功能孔洞。

2.4构造拉结深化设计

通过风洞及抗震台试验，得出结论：陶砖幕墙底部变形较大，但直至12皮砖一拉结均能保持不破坏。故而将原5皮砖拉结改为8皮砖拉结，同时从底部2皮砖开始拉结；陶砖骨架的横梁挠度需控制在1/500，故方钢管尺寸变大。

2.5施工脚手架拉结深化设计

本工程采用落地脚手架与悬挑脚手架结合的方式，悬挑脚手架的工字钢及连墙件均会穿过陶砖幕墙。为了施工过程中的安全，连墙件不能拆除。针对这些现场施工实际情况，对陶砖砌筑工艺进行了优化。主要如下：

1）陶砖柱部位，由于陶砖柱宽度较窄，能够满足脚手架拉结的要求，故可以将陶砖柱部位的脚手架拉结转换至门窗洞口部位，如图10所示。

图10 连墙件在洞口处构造

2）大面陶砖部位没有洞口可以置换，但为确保进度必须持续施工，因此采用了洞口区域留空，上方加设不锈钢网片作为临时“过梁”的施工措施，确保了施工进度，避免了脱空区域陶砖变形的风险。后续随着落架进行陶砖的补砌，如图11、图12所示。

图11 型钢悬挑梁预留洞做法

图12 连接件预留洞做法

2.6复杂部位节点深化设计

2.6.1 陶砖柱与陶瓦斜屋面连接处深化设计

工程在前期准备阶段中发现陶砖柱在陶瓦斜屋面连接处的做法不明确，陶瓦斜屋面防水材料需要有上翻的空间为其收头。为确保陶砖的受力可靠，基面要平整。如图13所示，在斜屋面上浇筑混凝土墩子。混凝土墩子外部采用同工程中跨楼层处贴薄砖做法。

图13 陶砖柱在陶瓦斜屋面连接处做法

2.6.2 变形缝位置承载构件深化设计

此工程在低区主体结构和高区主体结构间存在变形缝，陶砖幕墙的陶砖骨架与竖向受力构件分别在2个高低区，传力路径不清晰，若发生变形，容易拉裂。如图14所示，在高区主体结构上增加结构悬挑板承受陶砖幕墙的竖向荷载，使此位置陶砖幕墙不受变形缝影响而发生形变。

图14 变形缝位置增加结构悬挑板

2.6.3 复杂部位三维深化设计

如图15所示，在大小陶砖柱转换的部位，采用了压顶铝板收头。由于建筑造型要求，大小陶砖柱均为尖角收头，导致整个压顶铝板是一个异形多边形。现场较难放样，结合三维技术，深化具体尺寸，确保了顺利施工。

图15 大小陶砖柱

3 结语

在中山大学理工科组团（一）项目中，通过合理排布陶砖、全面考虑砖型、精确计算孔洞率、谨慎选择拉结方式及有效处理复杂部位节点等措施，完美地展现出传统校园“红砖绿瓦”的风格。小到每一块陶砖的拼接，大到每一个陶砖幕墙造型的相互连接，无不展现了“匠心精神”。通过减少砖的种类与数量、合理的节点处理等深化设计，在保证陶砖幕墙美观性的同时，有效控制了工程成本，保证了施工进度，实现了经济和建筑质量的最佳平衡。