超薄石材自保溫外墻的抗震性能研究

王力軍，田 靜，聞 濤，洪 濤

(1 中國石油大學(華東)規劃建設處，山東青島 266580；2 中國石油大學(華東)教育發展中心，山東青島 266580)

超薄石材自保溫外墻的抗震性能研究

王力軍，田 靜，聞 濤，洪 濤

(1 中國石油大學(華東)規劃建設處，山東青島 266580；2 中國石油大學(華東)教育發展中心，山東青島 266580)

超薄石材自保溫外墻的抗震性能優于外貼保溫板外墻，能達到8度抗震設防的要求，其外裝飾效果不遜于干掛大理石外墻。隨著超薄石材外墻的應用越來越廣泛，其抗震性能研究顯得更加重要。該文通過實驗數據分析了提高超薄石材自保溫外墻抗震性能的幾種技術措施，對超薄石材外墻抗震性能研究具有理論和實踐意義。本文目的是尋找和檢驗提高超薄石材自保溫外墻抗震性能的新途徑。

超薄石材，自保溫外墻，抗震性能，AAC保溫砌塊

超薄石材外墻材質感好、外觀莊重、物理性質穩定以及獨特的裝飾效果、高雅亮麗的材質被廣泛應用于各種外墻裝飾工程。超薄石材外墻的抗震性能如何，是否經得住地震扭曲力的考驗是國內外建筑設計師主要考慮的問題。外貼保溫板加超薄石材外墻難以滿足抗震性能要求。我們從中國石油大學(華東)青島校區特種實驗樓工程出發，運用振動臺模擬地震實驗技術，對超薄石材自保溫外墻的三組試件進行振動實驗，最終結果表明，本項技術能達到8級地震的設防要求。

1 工程概況

中國石油大學(華東)青島校區特種實驗樓是大型一類公共建筑，總投資1.08億元，總建筑面積3.6 萬m2，其中地上5 層，局部4 層，建筑高度24m，結構形式為框架結構，外圍護結構為蒸壓砂加氣混凝土砌塊粘貼超薄石材外墻。超薄石材厚度為6mm～8mm，外形尺寸為500mm×700mm或者200mm×700mm，主要為芝麻白365，密度為2.8g/cm3～3.2g/cm3。本工程外墻為蒸壓砂加氣混凝土(AAC)自保溫墻體，外墻導熱系數檢測為0.13W/(m2·K)，保溫效果完全符合規范要求[1-2]。外墻結構形式如圖1所示。

圖1 超薄石材自保溫外墻剖面圖Fig.1 Ultra-thin stone from the insulation wall profile

2 實驗設計

2.1 模型的設計與制作

圖2 試件剖面圖Fig.2 Specimen profile

結構抗震設計以保證生命安全為基本要求，即保證“大震不倒，中震可修，小震不壞”。為驗證超薄石材自保溫外墻的抗震性能，根據工程現場超薄石材外墻的實際應用情況，制作了三個蒸壓砂加氣混凝土試件進行試驗，這三個試件寬度為1500mm，高度為1800mm，厚度為280mm，一邊設鋼筋混凝土構造柱，并隔皮砌塊設2根1m長拉結鋼筋，做法同《砌體結構工程施工質量驗收規范》。試件的一面在基層上用射釘滿掛鍍鋅鋼絲網，用專用石材膠粘劑滿黏超薄石材；相對面滿掛玻纖網格布后超薄抹灰；其余各面均超薄抹灰。試件剖面如圖2所示。

2.2 加載及測試方案

三個試件分三次進行試驗(試件一及試件二、試件一及試件三、試件二及試件三)。試驗從8度設防烈度地震影響系數最大值0.2g開始分級進行，每級增加0.1g，共5級，即0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、0.6g。同時考慮垂直于建筑物表面的水平地震波對非結構承重材料破壞性最大，選擇水平正弦拍波，每次振動大于20s且大于5個拍波。本實驗考慮不同地區及建筑物的不同位置地震反應譜的不同的情況，參考《建筑抗震設計規范(GB50011-2010)》地震影響系數曲線分頻段進行。實驗頻率按1/3倍頻程分級，即0.99Hz、1.25Hz、1.58Hz、2.00Hz、2.50Hz、3.13Hz、4.00Hz、5.00Hz、6.30Hz、8.00Hz、10.0Hz、12.5Hz、16.0Hz、20.0Hz、32.0Hz。

圖3 試件振動臺連接圖Fig.3 shaking table connection test specimen

2.3 試驗結果

試件一經過10h兩個周期振動試驗，到0.5g時，石材面材料無開裂、無損壞、無脫落現象，其它各抹灰面開始出現裂縫、脫落、掉皮等現象。到0.6g時，石材面材料出現開裂、損壞現象，其它各抹灰面均已出現開裂、脫落、掉皮等現象。

試件二經過10h兩個周期振動試驗，到0.5g時，石材面材料無開裂、無損壞、無脫落現象，加網格布的抹灰面沒有出現開裂現象，其它各抹灰面開始出現開裂、脫落、掉皮等現象。到0.6g時，石材面材料開始出現開裂現象，并伴有鋼絲網切割砌體材料的聲響，其它各抹灰面均已出現開裂、脫落、掉皮等現象。

試件三經過10h兩個周期振動試驗，到0.5g時，石材面材料無開裂、無損壞、無脫落現象，加網格布的抹灰面沒有出現開裂現象，其它各抹灰面開始出現開裂、掉皮等現象。到0.6g時，石材面材料出現開裂現象，其它各抹灰面均已出現開裂、脫落、掉皮等現象。

對抗震試驗的試件上的黏貼超薄石材進行拉拔試驗，測得石材的黏貼強度平均值為0.62MPa，完全滿足外墻超薄石材黏貼強度要求(不小于0.4MPa)[3]。三個試件的蒸壓砂加氣混凝土及構造柱基體均無破壞影響。

2.4 結果分析

在蒸壓砂加氣混凝土自保溫外墻面上黏貼超薄石材與在堅實的混凝土外墻或者磚砌體外墻上黏貼超薄石材使用條件是不同的。本試驗著重驗證蒸壓砂加氣混凝土自保溫外墻面上黏貼超薄石材的抗震性，必須考慮外墻超薄石材的粘結強度及整體穩定性。由于基層墻體與超薄石材面層通過粘結劑黏貼的，因而在受力時基層墻體與超薄石材面層不能看成一個整體，它們的受力狀態是不同的。粘結劑應用具有一定柔性的石材專用膠粘劑，從而形成一個柔性漸變的體系。在這次抗震試驗中選用的膠粘劑的粘結強度為0.5MPa～0.8MPa，壓折比小于3.0，彈性模量小于6GPa，符合柔性漸變、逐層釋放應力的技術要求。石材膠粘劑的可變形量小于蒸壓砂加氣混凝土墻面而大于超薄石材面層，能夠通過自身的形變消除兩種質量、硬度、熱工性能完全不同的材料的變形差異，從而保證每一塊超薄石材能獨立的釋放應力，不會因為地震作用而產生變形、開裂而脫落。另外，超薄石材膠粘劑中滿掛直徑為0.75mm，孔徑大小為20mm×20mm鍍鋅鋼絲網，并且鋼絲網與基層墻體用射釘緊密固定，嵌固在膠粘劑中，增強其安全性、整體性和抗震能力，更增強了石材面層的抗拉拔性能。綜上所述，本試驗很好地驗證了蒸壓砂加氣混凝土超薄石材外墻的抗震性能，這項技術在8度抗震設防的區域運用是安全的。

3 效果評價

蒸壓砂加氣混凝土與超薄石材技術的聯合應用改進了石材外墻的結構組成，保留了干掛石材外墻的外觀裝飾效果，保溫性能也得到了很大的提高，是一項值得大面積推廣的新技術[4-6]。該項新技術的抗震性能通過本試驗得到了驗證，填補了國內外的空白，為該技術大面積推廣提供了理論基礎，經濟技術效果顯著。該項技術的優點有：

(1)蒸壓砂加氣混凝土超薄石材外墻能利用單一墻體滿足建筑節能要求，具有施工簡便、節省工期、保溫效果好等優點。蒸壓砂加氣混凝土砌塊主要以建筑廢料為生產原料，具有廣闊的發展前景。

(2)克服了普通保溫板外墻黏貼石材面層容易脫落、施工復雜、抗震能力差、防火性能差等缺點，節省人工費、節約工期，經濟效果明顯。

(3)具有干掛大理石外墻的裝飾、節能效果，造價卻只有其60%，且抗震效果優于普通干掛大理石外墻。節約石材資源，減少施工污染，符合國家倡導建設節約型社會的發展方向。

4 結論

本工程運用的超薄石材自保溫外墻技術能達到8級地震的設防要求，在樓層較低處且地震時無墻體扭曲現象發生時，此技術是能夠保證建筑外墻面安全的。本工程經過兩年的實際考驗，無任何開裂、脫落現象，可以初步說明此項技術的安全可行性，建議高度在24m以下建筑外墻中大面積推廣使用。此技術中的蒸壓砂加氣混凝土砌塊主要以建筑廢料為生產原料，節能保溫效果好，施工簡便，無需抹灰找平，值得推廣。

[1] GB 50189-2005.公共建筑節能設計標準[S].

[2] GB 50411-2007.建筑節能工程施工質量驗收規范[S].

[3] JC/T 547-94.陶瓷墻膠粘劑[S].

[4] 王力軍，洪濤，等.一種新型的超薄粘貼石材幕墻的應用[J].低溫建筑技術，2012，34(2)：65-66.

[5] 王力軍，王健行，等.建筑外墻用超薄石材水泥發泡保溫復合板[J].低溫建筑技術，2012，40(8)：79-80.

[6] 王力軍.蒸壓輕質砂加氣混凝土自保溫砌體技術[J].低溫建筑技術，2013，39(7)：43-44.

Research of the Seismic Performance of the Ultra-thin Stone Self-insulation External Wall

WANG Li-jun，TIAN Jing，WEN Tao，HONG Tao

(1 Campus Planning and Construction Administrative Office，China University of Petroleum (East China)，Qingdao 266580，Shandong，China；2 Education Development Center，China University of Petroleum (East China)，Qingdao 266580，Shandong，China)

Ultra-thin stone from the external walls of the seismic performance is better than external thermal insulation board external walls，to achieve 8 degrees seismic requirements，its decorative effect is not inferior to dry hanging marble wall. With the application of ultra-thin stone wall，the research of seismic performance is particularly important. Several technical measures to improve the seismic performance of ultra-thin stone self-insulation external wall were analyzed in the paper. They have the theoretical and practical significance for the seismic performance of the ultra-thin stone self-insulation external wall. The purpose is to find and test new ways to improve the seismic performance of ultra-thin stone wall.

the ultra-thin stone，self-insulation external wall，seismic performance，AAC thermal insulation block

TU 501