非金属板材幕墙的基本构造原理

早期的建筑基本都是承重结构、围护结构、装饰面层合为一体的。现代建筑的结构技术将围护结构解放出来,现代建筑的构造技术又慢慢将围护结构的外饰面层独立出来,这也就是我们常说的幕墙化。
根据面板材质,从构造特点上可以将幕墙分为玻璃幕墙、金属板幕墙、非金属板材幕墙以及其它特殊材质的幕墙(如充气膜等)。
 
由于玻璃幕墙一般追求透明性,因此玻璃幕墙也常常是围护结构(仅仅以玻璃作为装饰面板的除外);金属板由于可折弯的特性因而具有其特殊的构造做法;不同材质的非金属板材幕墙的构造常常具有类似的特点。

常用的非金属板材包括天然板材——天然石板、人造板材——瓷板、微晶玻璃板、陶板纤维水泥板热固性树脂浸渍纸高压装饰层积板(HPL)、各种复合板等。
采用这些板材的幕墙基本构造原理类似,欧美绝大部分都采用背后通风式幕墙(Ventilated Curtain Wall,简称VCW)模式,在我国则大量采用密封缝构造形式。(关于幕墙密封胶缝的讨论请参阅过往文章:细数国内建筑构造误区之一——幕墙密封胶缝
固定面板的基本模式有:穿透式(明螺钉、铆钉)、明支承式(金属卡扣支撑固定面板)、背面支承式(背栓系统、螺钉等)、边缘槽板支承式(短挂件、通长挂件的扣槽式)。不同板材有其不同的适应模式。
 
穿透式(明螺钉、铆钉)构造
 

穿透式(明螺钉、铆钉)构造模式简单高效,受力合理(悬挂式),安全性更能得到保障,更为经济,同时由于固定件露明也更易于发现问题便于维护。
这种构造形式适合于纤维水泥板、热固性树脂浸渍纸高压装饰层积板(HPL)、天然防腐木、天然板岩(薄板)以及其它类似的板材。
 
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穿透式构造三维示意图(图片来源于奥地利ALLFACE公司)
龙骨形式根据不同厂家形式有所不一。
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明钉式构造示意图
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明钉的视觉效果
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奥地利维也纳经济大学(WU)学习中心

建筑师:Zaha Hadid

建筑师常常有追求极致的强迫症,总觉得露明的铆钉(螺钉)影响建筑立面的简洁,但由于尺度原因,从实际情况来看可以忽略不计。
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批叠式、穿透式构造常常用于天然防腐木、HPL板、板岩、纤维水泥板。
重叠部分恰好遮盖了原本露明的螺钉
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长春保利林语别墅披叠板形成的肌理
明支承式(金属卡扣支撑固定面板)
 

采用金属卡扣起到下边缘支撑、上边缘固定的明支承式构造也是属于原理简单易懂的面板固定模式。
考虑到金属卡扣的固定深度及板材受力特点,这种面板固定模式更适合于刚度好、不易变形的瓷板、玻璃板以及小块的薄石板(常是类似于石板瓦的板岩)。同时板块大小也受一定限制。
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(图片来源于奥地利ALLFACE公司)
金属卡扣及龙骨等不同公司产品有形式上的差异,但原理都是类似的。
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一种金属卡扣支承式构造示意图
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批叠式形式的金属卡扣支承式构造示意图
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某建筑外墙采用卡扣式构造形成的效果
当然,根据建筑师的设计需求,采用类似的构造原理运用于不同的材料还可以产生更多的形式。
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彼得·卒姆托尔 (Peter Zumthor )设计的奥地利布雷根茨美术馆
对于干挂陶板,由于断面可控,通过适当的企口式边缘设计,采用类似这种金属卡扣支承原理的构造可以将卡扣隐藏,避免外露。
(更多关于干挂陶板的知识请参阅过往文章:干挂陶土板幕墙
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一种陶土板幕墙的构造示意图
(图片来源于NBK terracotta公司)
背面支承式(背栓系统)
 

背栓式系统是干挂幕墙系统里适应性非常广的一种面板固定模式,在我们常见的石板幕墙、瓷板、微晶玻璃板幕墙中应用广泛。背栓系统具有受力合理、安装更换方便等多种优点。
这种构造同样可以用于纤维水泥板、HPL板、甚至玻璃面板,但与穿透式及金属卡扣支承式相比需要相对增加板材厚度,从经济上讲不是最合理的方式。
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更多关于背栓系统的知识请参阅过往文章:石材与石材幕墙(二)
除此之外,传统的槽板式以及从槽板式发展而来的扣槽式构造(边缘槽板支承式)由于均存在一定的不合理之处,所以在现实中应用越来越少,我们就不详细介绍了。
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传统槽板式和扣槽式(短挂件、通长挂件)构造示意图
对于相类似的材料,其构造原理都是类似的。触类旁通,作为建筑师有必要了解构造的基本原理,根据设计的需求因地制宜选择合适的构造方式进而创造出理想的立面形式。
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