建筑幕墙GRC板设计与施工应用

  苏州华丽美登装饰装璜有限公司

金星

摘要：随着全球能源危机日益严重，为贯彻国家环境保护和节约能源的政策，维护国民经济的可持续发展战略，幕墙面层GRC板具有薄、轻、造型丰富、尺寸任意、取材方便、无辐射性等特点，GRC板幕墙板作为建筑幕墙装饰板不失为建筑节能的一种理想材料。本文结合苏地2010-B-48号地块运河风光带二期建筑幕墙工程应用实践，系统介绍了GRC材料特性，对产品设计、制造、安装和表面效果等方面阐述一些思路和方法。

    关键词：  GRC幕墙板的运用和技术构造  锚固连接和安装

一、GRC面板的运用和技术构造

GRC全名为Glass Fiber Reinforced Concrete (耐碱玻璃纤维增强水泥)。GRC最早在国内应用主要用于室内外欧式构件，随着新型复合材料技术加工的发展，可以制作保温装饰一体化的单元幕墙和装配式住宅。因其质感和色彩丰富，具有轻质、高强、耐火、可塑性、抗化学腐蚀能力强、耐候性好等优良性能、表面通过自密实处理及加入无机纳米材料，可以达到保温和自洁功能，GRC已广泛运用于众多建筑物上,受到设计界的青睐。

GRC使用寿命设定为50年，满足《玻璃纤维增强水泥外墙板》      JC/T1057-2007的规定,产品为保证25年以上强度不衰减、不脉化、无龟裂现象，材料生产过程需符合《预制混凝土制品.玻璃纤维增强水泥工厂生产控制的一般规则》（BS) EN 1169-1999的规定。为保证GRC板块的质量，其配比设计需按照期望的物理力学性能，对成型工艺、纤维含量、纤维长度、灰砂比、水灰比、外加剂和外掺料的种类与用量等进行设计。GRC板制作具体配比如下： 水泥= 40% 添加剂= 0.4%  沙= 40%   玻璃纤维= 5.3%  水= 14.3% 

GRC板幕墙体系与传统幕墙体系相比，大大丰富了建筑立面语言，适应范围更广，安装更加简便、牢固，安全性能大大增强，环保节能方面优势非常突出，因外在质面、色彩和规格等多样性，为建筑外观提供更多艺术性，增加城市魅力。材料中的玻璃纤维在产品结构中起到柔性钢筋的作用破裂后也会藕断丝连，满足偶然破坏后的安全性。GRC的吸水率低于6%，以往工程中材料的检测报告显示在4%~5%左右，若材料表面做光触媒处理，吸水率还可以减小，GRC的抗折强度大于18Mpa，抗冲击强度大于8KJ/M2，能满足25次冻融循环实验。多种玻璃纤维增强水泥复合材料的制作工艺，如喷射工艺、预混喷射工艺、预混浇筑工艺、注模工艺、布网工艺、缠绕工艺等。其中喷射工艺是应用最早并且最多的制造GRC制品的方法，包括手工喷射和自动喷射。    

    二、GRC面板的工程案例

    1.方案构思

运河风光带二期幕墙工程建筑方案是上海點石投资咨询有限公司设计的，他们当时给我们交流的时候是这样一个设想，整个建筑对巴黎建筑的形态进行解构，在手法对欧洲的柱形和墙饰进行几何还原，以抽象的形式的呈现为“新古典主义”，建筑柱子和墙都统一采用白颜色，最好能有清水混凝土的效果。我们考虑采用石材反映这种建筑的色彩来做，由于造型复杂，石材采用白色，留缝处打胶，容易粘灰，而且白色石材很难采购并无法保证色差。设想过考虑开放式石材幕墙，由于石材开放式防水层和龙骨仿腐，成本也较高，最终通过专家方案论证会，考虑采用GRC材料来表达最终的创意设想，具体实施先考察类似已完工工程和GRC厂家，做现场视觉样板再确认设计方案。

              建筑方案墙装饰墙效果（图一）

建筑方案装饰柱效果（图二）

由于本工程板块造型复杂，错叠，每块板块基本上都要安装LED灯，最终通过专家论证和类似工程考察，就材料工艺可实现性来说，GRC是比较合适的材料。在设计中作为幕墙板块，首先从板型分割上面划分，然后把板全部分割，我们再生产加工里面在里面一个一个抽取进行制作加工图。因为要反映建筑的特点，板块种类很多，这样会花费很大的模具，把板体分割的时候是用这样一个形体，然后分成几个单元错落的组合，通过这样一个组合来分割，达到节省模具的用量，降低成本。

  2.设计和施工方案

GRC板块在工厂生产，为确保GRC产品的质量，在 开始大量的GRC生产之前进行测试，养护的构件应由一个独立的实验室来测试。初步的测试应根据BS 6432和测试GRC材料的GRCA方式来从测试板表层进行。GRC产品工艺质量保证措施如下：

a.厂商内部实验室质量检验 

b.保证使用通过实验的原料（附加添加剂）

c.保证符合产品证书EN-ISO 9001 / 14001

d.生产者必须证明其使用的计量方法精确度为+-2%。

e.生产者必须证明使用高速剪切搅拌机搅拌水泥砂浆。

f.GRC 生产厂家必须拥有抗碱性玻璃纤维制造商的授权证明。 

G.GRC采用喷射式工艺生产,应达到18等级或18P。

   GRC板考虑整体安装，背负钢架的上点埋设的8毫米钢筋与板的焊缝考虑满焊，是成品提供。钢架整体镀锌，不产生明显的变形，钢架与GRC板材的安装用全站仪定位，保证平整度和垂直度。背负钢架复合而成的空间结构体系，利用装饰面作为可视外面板直接体现建筑设计效果，同时利用GRC结构层作为支撑内面板来实现造型和安装，既能实现建筑效果，又能保证结构安全。另在GRC背面设有钢骨架连接框架，一方面该框架可以作为连接件将GRC复合构件连接到主体结构上，另一方面钢方通连接框架在GRC构件背面形成加强肋的作用，大大提高了构件的整体性和结构的安全性。

GRC幕墙作为建筑物的外围护构件，主要承受自重荷载、风荷载、地震作用效应以及温湿度作用效应等。GRC属人造板幕墙，幕墙设计应考虑抗风压、水密性、气密性和变形性，GRC出厂前需检验，以保证每块板材的质量。高性能GRC幕墙板的结构设计必须按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别计算和验算。GRC要考虑偶然破坏后的安全性,局部破坏若破坏面积小于等于20*20平方厘米，可以用同种材质进行修补，若大于20*20平方厘米则板块做报废处理。GRC与GRC，及GRC与周边其他材质的缝隙所用的胶需做相容性实验，并提供检验报告。GRC幕墙板块制作需考虑板块裂缝如何解决的问题，避免安装后板块出现裂缝无法彻底修复等后遗症。考虑到土建埋件预埋的偏差，在设计时节点考虑了三维调节装置，保证施工时板块安装顺利就位。具体详见安装节点构造图片。

         GRC包柱横剖节点图 （图三）

GRC包柱横剖放大节点详图

GRC幕墙板缝隙处理的方式大概有三种：明缝处理方式，同石材幕墙留缝,为比较常用的接缝效果；半明缝处理方式，用橡胶条，塑料条塞缝，金属装饰盖板，建筑密封胶密封防水；暗缝，用橡胶条，塑料条塞缝，建筑建筑密封胶嵌缝后刮腻子，刷外墙涂料，使接缝处与构件表面一致，但此处理方式板块缝隙处容易产生裂缝导致漏水。

节点  GRC板包柱纵剖 （图四）

                  GRC板包柱 纵剖放大节点详图1

                 GRC板包柱 纵剖放大节点详图2

GRC板包柱转角横剖节点 （图五）

通过工程的示范作用，在运河风光带二期建筑幕墙工程中充分展示了新型GRC幕墙板材料在建筑创意中的表现力，引起更多建筑设计师的关注，并不断激发出全新的设计灵感。

三、设计总结

GRC板的主要成分为水泥砂浆，基材存在许多缺陷，如孔洞、裂隙、水泥水化不充分、水泥石的脆性等等，通过外加剂、微粉、聚合物等多项技术形成多个网络互穿，相互补充，使综合效能得到成倍提高，这是未来GRC材料技术发展的趋势。设计师可以根据用户提出的特定要求，设计出不同功能的GRC，例如光触媒其内部微细料成分的改变，比如加入纳米二氧化钛，可以生成一种E-GRC的自洁特性，环保、低碳、弥久如新的自洁特性，并希望它能给我们带来更丰富的建筑外观与视觉感受。

GRC幕墙需考虑地震作用使结构产生的层间位移或板自身因温湿度应力产生的变形而破坏或开裂，GRC幕墙与结构的连接应采用柔性连接方式。GRC板块幕墙设计时需考虑施工方案方便，最好能够实现无序安装，自由更换，在满足建筑外维护功能及建筑幕墙规范要求的同时，使板块安装更快捷，操作更安全。设计师需加强对GRC板幕墙的应用研究，使之更有利于我们的工程建设发展。