陶土砖和玻璃砖混合挂砌幕墙施工技术

1 工程概况

某博物馆EPC项目占地面积17 341 m²，总建筑面积14 777 m²，地上建筑面积9 162 m²，地下建筑面积5 615 m²，建筑高度18.795 m，陶土砖与玻璃砖混合挂砌幕墙外立面面积6 500 m²。项目主体为1座博物馆建筑，建筑立面设计延续当地地域文化的基本主题，结合建筑简洁有力的形体特点，外立面采用传统灰砖砌筑，并由下至上逐渐增加玻璃砖，灰砖表现出传统建筑街巷立面的各异性，玻璃砖则削减了建筑体量，建筑就像在历史建筑遗迹中生长出来，夜晚会有光线从玻璃砖透射出。建筑的外立面充分体现新旧结合，虚实相生的设计理念。博物馆外立面效果如图1所示。

图1 博物馆外立面效果

2 研究思路及解决方法

2.1 研究思路

由于结构外墙面造型各异，框架柱和结构挑板、女儿墙投影线不一，尺寸繁杂，增加测量放线难度。每个墙面存在多工种穿插施工，施工质量的把控、各工种的有序施工、施工过程的资源投入是项目管理的难点。各立面造型不同造成大立面按照造型细致划分为分项立面，水平长度不一，和现有砖模数不匹配，增加排砖难度。故施工过程中要综合考虑以下几点：陶土砖和玻璃砖空心率小，自重大，会导致幕墙结构的含钢量大，结构整体稳定性较差；建筑外立面新旧结合、虚实相生的设计理念，要用陶土砖与玻璃砖混合砌筑方式来实现，但现代工艺仅为单一陶土砖挂砌施工工艺，难以满足设计要求；幕墙体系与主体结构之间紧贴，不利于后期维修。

玻璃砖及陶砖排布无规律，角砖数量种类较多，需要按照立面效果图进行砌筑。幕墙0°~180°斜折面转角砖和半砖采用现场切割，砖形不规范、不统一，难以满足错峰砌筑的使用要求。且工人现场切割加工会由于现场切砖不当产生废料，增大建筑材料的使用量，造成环境污染，影响施工工期。

2.2 解决方法

（1）采用有基础的陶土砖和玻璃砖混合挂砌施工技术，将有基础挂砌结构体系代替传统无基础挂砌体系，提高结构整体稳定性，节省幕墙结构的含钢量，经济效果显著。

（2）采用全顺无丁的砌筑工艺，“两砖一杆”的拉结形式，既方便砌筑又增强砌体结构的稳定性。

（3）采用大空腔幕墙防水体系施工技术，具有防潮、防水、保温、隔热、隔声效果，利于后期维修。

（4）设计制作V形、L形转角砖及半砖，解决幕墙0°~180°斜折面转角砖及半砖的砌筑，同时解决错缝砌筑的使用要求，对于节约能源、保护环境具有重要作用。

3 施工工艺流程

工艺流程：幕墙深化设计→施工准备→安装定位槽钢并进行防锈处理→保温、防水安装→安装竖向主龙骨→安装托底角钢→陶土砖、玻璃砖砌筑→屋顶装饰铝板收口→空气夹层底部内排水导流设置→细部节点处理、勾缝、验收。

3.1 幕墙深化设计

（1）外幕墙结构悬挑板设计。主体设计阶段，幕墙设计单位需要就幕墙结构形式进行安全计算和图纸绘制，提供荷载参数和相关图纸，主体设计单位依据相关资料确定幕墙基础，基础形式为钢托座挑檐或平直段挑板，此部分施工在主体施工阶段完成。

（2）外幕墙主、次龙骨设计。该幕墙受力体系以小单元受力进行计算，陶土砖、玻璃砖通过角钢传递于竖向主龙骨，最终荷载传递于主体结构，主次龙骨设计阶段考虑化学锚栓受力计算、端部焊缝强度计算，主次龙骨惯性矩，最终确定角钢间距和竖向龙骨规格尺寸、化学锚栓规格、转接件规格尺寸，以及龙骨的连接方式、强度，经原专业结构设计确定完成后方可施工。

（3）外幕墙陶土砖、玻璃砖排板深化设计。现场正式实施前，针对不同类型的陶土砖、玻璃砖幕墙进行排板深化，在既定的陶土砖、玻璃砖模数及竖向、水平砖缝的设计要求下，完成每一个立面的排板工作，特别注重对门窗洞口、女儿墙收头、地面交接处及立面进出部位的深化设计，达到符合模数、美观的需求。

3.2 施工准备

（1）定位放线。组织相关人员进行放线，在岩棉板抹灰面投射高程控制线（建筑1 m线）。使用吊坠从各个屋面的角部向一层挑板防水保护层投点并画线，并垂直于画线标出锚板分档线。依据已画的线，按照图纸尺寸，引出龙骨外皮控制线及幕墙装饰面外边线，沿幕墙外边线划分陶砖、玻璃砖分格定位线，确定各轴线位置后，进行施工作业。

（2）施工材料准备。对施工所需的工具、器具以及施工材料等提出供应计划并落实准备，包括幕墙龙骨、转接件、陶土砖、玻璃砖等的下单、定制加工、材料运输转运及成品保护等。

（3）专用粘接砂浆技术要求。采用建筑用砌筑和抹灰干混砂浆，砂浆应无结块、杂质；细度为4.75 mm；高保水率达到85 %以上，中保水率达到70 %以上，低保水率达到60 %以上；抗压强度为M7.5 MPa；粘接强度不低于0.20 MPa。

（4）专用勾缝剂技术要求。采用陶瓷砖填缝剂。填缝剂的收缩值不大于3.0 mm/m；吸水量为30 min不大于5.0 g，240 min不大于10.0 g；抗折强度：标准试验条件下为不低于2.5 MPa，冻融循环后不低于2.5 MPa；抗压强度：标准试验条件下不低于15 MPa，冻融循环后不低于15 MPa；耐磨损性不大于2 000 m³。

（5）安装外墙面后置埋件。测量放线人员将后置埋件位置用墨线弹在结构上，施工人员依据所弹十字定位线进行打孔。后置埋件采用镀锌钢板+膨胀螺栓、化学锚栓固定在结构梁、柱及女儿墙上；圈梁位置采用镀锌钢板、膨胀螺栓固定。

（6）安装主龙骨基础处后置埋件。测量放线人员将后置埋件位置用墨线弹在结构挑檐上，后置埋件采用镀锌钢板+膨胀螺栓、化学锚栓固定在挑檐上。

3.3 安装定位槽钢及防锈处理

（1）槽钢加工。外围护墙存在不规则形状，对施工现场实测实量，按尺寸裁剪并进行编号，编号完成的槽钢进行开孔施工，开孔机按照设计要求开出指定大小空洞，对槽钢和预埋钢板之间的位置进行镀锌层打磨，完成后统一存放在指定位置，随后统一搬运至各安装位置。

（2）槽钢焊接。使用机械将定位槽钢吊装至指定安装地点，在测量人员的配合下，对定位槽钢进行初部定位点焊，定位完成后，专业焊接人员使用焊接设备进行双面焊接。

（3）防锈。焊接完成后对焊接部位进行清理，使用醒目颜色的油漆对各个焊缝统一进行不少于2遍的防锈油漆喷涂。

3.4 保温、防水安装

（1）保温安装。定位锚板和转接件安装完成后，在基层处理完成的墙体上进行保温施工，保温采用岩棉板通高设置。一层楼板挑檐处防水及防水保护层完成后，随后进行外墙根部墙面保温及保护层的施工。

（2）防水安装。外墙面整体保温安装完成后，从底到顶用锚栓固定一层镀锌钢丝网，用防水砂浆罩面。一层楼板挑檐处，采用双层SBS防水卷材自地下室上翻挑檐500 mm并进行保护层作业。

（3）结构挑檐处后置埋件防水细部作法。挑檐处后置埋件安装完成后，安装竖向主龙骨，后置埋件拉拔试验和龙骨焊缝及安装质量验收合格后，对挑檐进行基层找平处理，埋件位置防水砂浆找坡八字脚处理，粘贴附加层，随后进行大面积防水粘贴，防水验收合格后进行保护层施工，随后进行角部保护层细部施工。外墙底部防水设置如图2所示。

图2 外墙底部防水设置示意

3.5 安装竖向主龙骨

（1）层高大于矩形方管整根长度，为满足施工要求，所有的立柱需要焊接成型，安装时相邻的焊接缝应上下错开。

（2）钢立柱在安装前，首先对立柱进行直线度的检查，检查的方法采用拉线法、若不符合要求，经矫正后再上墙进行安装，将误差控制在允许范围内。

（3）立柱就位后，依据测量组所布置的钢丝线进行调节，依据施工图进行安装检查，各尺寸符合要求后，用经纬仪检查钢龙骨的垂直度，确保钢龙骨的轴线偏差。

（4）整个墙面立柱的安装尺寸误差要在控制尺寸范围内消化，误差数不得向外伸延，各竖龙骨安装以控制线为准进行分格检查。

（5）立柱定位后，焊接转接件及锚板，焊缝等级为3级。

（6）一层立柱安装完成后，开始安装2层立柱，安装前，二层立柱底部对角内置热镀锌角钢，角钢深入上下立柱，上下立柱之间预留一定的间隙。

（7）幕墙层与层之间设置竖向伸缩缝，伸缩缝采用角钢对角焊接安装，缝宽要符合设计要求。

3.6 安装托底角钢

考虑整体建筑的外立面美观度和美缝要求，陶土砖的砌筑底部标高为±0.000 m，角钢安装底部高度为陶土砖底部标高扣除灰缝宽度及角钢厚度，角钢通高按设计间距设置。成品角钢定型尺寸应与现场主龙骨间距相对应，角钢端部单面满焊于竖向主龙骨。

3.7 陶土砖、玻璃砖砌筑

3.7.1 V形、L形陶土砖设计标准及质量控制要求

（1）尺寸允许偏差。样本平均偏差：长±2.5 mm，宽±2.0 mm，高±1.5 mm，样本极差：长≤8.0 mm，宽≤7.0 mm，高≤6.0 mm。

（2）强度等级。抗压强度平均值≥30 MPa，抗压强度标准值≥22 MPa，每块砖只能轻微泛霜，严禁严重泛霜。

（3）石灰爆裂。破坏尺寸＞2 mm且≤15 mm的爆裂区域，每组砖和砌块不得多于15处，其中大于10 mm的不得多于7处；不允许出现破坏尺寸大于15 mm的爆裂区域。

（4）抗风化性能。冻融不允许出现裂纹、分层、掉皮、缺棱掉角等冻坏现象。

（5）放射性核素限量。内照射指数≤1.0，外照射指数≤1.3。

3.7.2 陶土砖加工

陶土砖加工时，根据现场外墙造型和尺寸规格，软件排板放样，陶土砖共设计9种规格，遇有通风口等特殊部位的非标陶土砖，采用工厂预制加工。

3.7.3 玻璃砖加工

玻璃砖用于平面墙面处无龙骨位置，玻璃砖加工如图3所示。

图3 玻璃砖加工示意

3.7.4 陶土砖、玻璃砖砌筑

（1）主龙骨安装完成后，开始实地放样，参考排砖图纸进行现场陶砖排布，排布完成后，使用红外线投线仪从女儿墙角钢进行画样吊线，间隔2块标准模数砖，用于控制砖缝垂直一致。沿吊线对每个砖的水平缝位置进行标注，用于复核砌筑的水平模数误差。

（2）首节镀锌螺杆安装。按照排板图及陶砖开孔尺寸定位镀锌螺杆。镀锌螺杆间距按照3块模数砖预留孔洞间距，隔一穿一，镀锌螺杆使用套筒连接，高度贯通整个幕墙。将镀锌角钢定位后，镀锌螺杆焊接于角钢之上。

（3）陶土砖、玻璃砖安装。按照排板图吊垂线、拉水平线，将每块陶土砖、玻璃砖按排板样式自上而下穿过镀锌螺杆，使用M7.5水泥砂浆砌筑陶砖及玻璃砖，每砌筑至设计高度，即安装横梁角钢，使镀锌螺杆穿过角钢开孔位，并及时使用专用工具擦缝。依据陶砖、玻璃砖分档线并使用8 mm PVC胶垫控制砖缝，每层灰砖之间放置塑料垫片，控制了陶土砖、玻璃砖的垂直度及平整度，提高砌砖的稳定性和表面平整度，每个受力层砌筑完成，专业人员进行划缝，为勾缝工作创作环境。

（4）套筒安装。镀锌螺杆顶部设置螺纹，与套筒相互拧紧，便于下一根镀锌螺杆的接长，该工作在最顶部的陶土砖安装前完成。

（5）镀锌螺杆接长。位于最底部的首层陶土砖串挂完成后，焊接上一层定位镀锌钢板，利用已固定在下节镀锌螺杆上的套筒接长镀锌螺杆，继续串挂陶土砖，由下至上一层一层往上施工，最后一层施工完成后，焊接最后一块钢板、拧入最后一节镀锌螺杆，完成陶土砖的串挂工作。

（6）养护。陶砖、玻璃砖砌筑及横梁安装交替进行至图纸高度，并及时对已砌筑陶土砖进行养护，养护时间不少于3 d。

3.8 屋顶装饰铝板收口

（1）铝板主次龙骨安装。铝板主次龙骨采用镀锌方管，双面焊接固定于幕墙主龙骨，清理焊渣并涂抹防锈漆。

（2）铝板安装。根据铝板编号图、加工图对铝板尺寸、表观质量等进行检查。按照编号图进行安装，并按照铝板上角码位置进行固定，自攻钉不得漏打。

（3）打胶清理。铝板安装完毕，调整面材的直线度、清理铝板缝隙，胶缝内不得有水、油渍、灰尘等杂物。沿铝板边缘贴好美纹纸，美纹纸应顺直并紧贴板边。用聚乙烯发泡材料填塞后打胶，要求胶缝顺直饱满，不得有凹凸现象。打胶后及时将美纹纸清理干净，并立即处理因撕胶带时碰伤的胶表面。

3.9 空气夹层底部内排水导流设置

混合挂砌幕墙与主体结构外墙之间留置一定距离的空气夹层。女儿墙和门窗洞口收口处采用铝板收口，起到防雨的作用。混合挂砌幕墙与主体挑檐之间留置10 mm溢流缝，空气夹层底部用3 %水泥砂浆灌浆找坡，最薄处40 mm，以增大砌筑基层的受力面积。混砌装饰幕墙整体排水导流设置如图4所示。

图4 混砌装饰幕墙整体排水导流设置示意

3.10 细部节点处理、勾缝、验收

对于主龙骨基础处、门窗处、女儿墙处等部位进行细部收头处理，并对墙面进行清理保洁工作。陶砖养护结束后及时使用专用勾缝剂对陶砖进行勾缝，深度不小于5 mm，缝表面应凹入陶砖立面不小于0.5 mm。由于陶土砖、玻璃砖混合挂砌幕墙是珠串式连接，如果全部完成后进行验收，对于存在的质量缺陷很难处理，故验收贯穿整个施工过程。

4 工程应用效果

（1）工期效果。根据主次龙骨的定位将幕墙分割成小区块，砖缝之间通过增加塑料垫块来保证水平灰缝大小相同，现场施工省略水平吊线，工人只需考虑竖向吊线即可。在幕墙的转角部位使用0°~180°的定制陶土砖，有效节省工人现场的切割时间。将陶土砖定位杆由热轧带肋钢筋替换为镀锌螺杆等措施大幅降低了工人的砌筑难度，加快了施工工期，幕墙砌筑施工效率和施工质量显著提高，每个工人的砌筑面积由原先4 m²/d提升为5 m²/d，总计节约工期30 d。

（2）经济效益。将普通挂砌幕墙升级为有基础的挂砌幕墙，大幅降低主龙骨含钢量；将角砖全部工厂预制，有效节省材料的浪费和现场切割人工的投入成本；将热轧带肋钢筋替换为镀锌螺杆、加入灰缝垫块，节省人工费投入，加快工期，幕墙砌筑施工效率和施工质量显著提高，总计节约费用73.4万元。

（3）环保、社会效益。将幕墙的受力单元分割成小区块，形成了合理的受力单元，经过充分试验和计算，陶土砖的空心率由原来的1 %放大至20 %，既能保证砖的品质又能降低支撑龙骨的含钢量，从而达到节能减排环保目的。通过拐角砖的工厂化定制，降低了陶土砖的损耗率和砌筑的返工率，从而大幅降低了材料的浪费，且施工材料绿色节能环保，从根本上满足了绿色建造的施工理念，同时兼具美学效果，是传统材料在现代建筑上应用的典范。并且对体现当地历史人文色彩和地域色彩展示的公用建筑和民用建筑具有推广和参考价值。

5 结束语

陶土砖与玻璃砖混合挂砌幕墙施工方法作为一种新型技术手段，施工质量易于保障和控制，施工方法流程化、标准化，且施工材料绿色节能环保，从根本上满足了绿色建造的施工理念，同时兼具美学效果，是传统材料在现代建筑上应用的典范，其使用在工程上产生了较好的经济效益和质量效益，为工程的提前投入使用做好保障，解决了运用现代工艺实现历史建筑结合当地传统民俗进行特色建造的设计理念，既满足了建筑物的耐久性、安全性、美观性，又满足了国家建筑节能降耗、可持续发展的倡导。该幕墙整体施工得到业主单位的广泛认可，具有良好的技术和社会推广价值，为今后类似工程提供借鉴。