GRC塑石幕墙可行性初探.doc

GRC塑石幕墙可行性初探江凤福 廖裕辉（深圳市龙岗区坂田街道，深圳 518129）摘要 GRC塑石以高仿真性，深得园林设计师喜欢。本文结合GRC塑石及幕墙工艺技术，对新型幕墙GRC塑石幕墙的可行性展开初步的探讨。为推动GRC塑石更广泛的应用和幕墙形式的多样化提供了有价值的结论和建议.关键词 GRC塑石， 幕墙， 设计， 结构分析一、 引言宋代画家郭熙曾言，“山得水而活，水得山而媚”，正是这水光山色的佳配。 一般园林设计师都非常重视对“山”和“水”两种元素的设计，随着工程材料和施工技术的不断发展，这种山水佳配的设计元素已经可以逐步应用到建筑立面设计上。特别是一些度假村的设计，业主往往青睐“传统与现代的邂逅，都市与原野的血缘”的建筑设计风格。巧取原野山石之特质元素，将之融入原有地理风貌，在整体景观上实现建筑物与周边自然环境的浑然结合，在使用功能上满足游客乐意窥探野趣、乡趣的需求，让人感觉到仿佛置身于那山清水秀、古朴深幽的环境中，充分体现着浓郁的野趣、乡趣的休闲天地。所以，将山石元素应用于建筑立面是一个新的有比较广阔前景的课题。日益发展的幕墙技术和建筑材料科学的快速发展将以上设想变成可能。二、 概念GRC是英文Glass Fiber Reinforced Cement的缩写，意思是玻璃纤维增强水泥制品，是一种由玻璃纤维与水泥组成的水硬性新型复合材料。它可以根据需要制作成形状复杂的薄壁构建，并具有强度高、抗裂性好，耐火等级高、韧性强等特点。目前，主要在环境景观艺术领域有着较为广泛的应用。GRC塑石，即是以原始真石为塑胎，复制出和原始石头一模一样的的石纹胎模，再用这个胎模复制塑石面，这样，制作出来的塑石面纹路和原来的真石材纹路一模一样，如果调色得当，就是把真石和仿制的塑石放眼前，也难以辨明哪个是真石哪个是塑石（如图1 GRC塑石）。图1.GRC塑石目前，由于GRC塑石具有高仿真性，在园林设计中得到广泛的应用，并起到较好的效果。根据幕墙的构造方式，现试着将GRC塑石引入建筑幕墙工程当中。建筑幕墙是建筑物的外围护结构，幕墙本身不承担主体结构的自重荷载，但依靠支撑于主体结构的支承体系（比如钢结构，钢筋混凝土受力构件、玻璃肋等）来达到满足自身的抗风、抗震等受力要求。建筑幕墙的形式多种多样，若用GRC塑石作为板材，是为GRC塑石幕墙。三、 GRC塑石幕墙的优点以GRC塑石为板材的幕墙即为GRC塑石幕墙，具有诸多优点：1、能达到特定的景观要求，特别是搭配周边山水自然环境的景观要求，可应用于度假村、别墅、酒店等建筑物的外立面。并且，GRC塑石幕墙可在此基础上再造景观，比如外观的颜色可根据需要任意改变，可在塑石预留花草内栽植花木，亦可引水冲其表面即可成美丽的人造瀑布景观（如图2，东部华侨城瀑布酒店外立面）。图2.东部华侨城瀑布酒店外立面2、有较好的节能效果。由于板材是混合水泥材料，其隔热性能不差于普通的水泥制品，远优于铝合金、玻璃、石材等材料。特别是GRC塑石幕墙的结构构建并没有外露在室外，从而不会发生热传导，较之普通的铝合金明框玻璃幕墙、铝板幕墙等形式的幕墙有较好的隔热性能。3、是一种环保型的幕墙。GRC塑石因为表面会对光产生漫射，不会像玻璃等材料一样对光产生镜面反射而产生光污染。且GRC塑石废弃后不会产生有害物，是一种环保型的材料。4、有较好的隔声性能。由于GRC塑石板材主要材料是水泥，且塑石的表面均有微孔，故可吸收和阻断高、中、低音频从室外向室内传播，起到很好的隔音效果，其效果远优于玻璃、铝材、石材等板材。5、易于维护和管理。GRC塑石幕墙与普通的外墙相比并不需要更多的管理；在维修方面亦非常简单，可以部分拆卸维修，而并不影响幕墙的整体功能。6、是较为经济的幕墙。由于GRC塑石所用的钢筋、水泥及玻璃纤维均为较廉价的建材，且GRC塑石幕墙支承体系较其它幕墙更为简单，故是一种较为经济的建筑幕墙。四、 GRC塑石幕墙的设计及结构分析1、 GRC塑石钢筋网形状分析对于GRC塑石幕墙结构，由于其是曲面结构，内置多段钢筋，我们首先单独考虑GRC塑石内置钢筋的受力，在受荷载之前，先给其找形。图3.GRC塑石幕墙局部模型图采用密度法找形：将钢筋拉力与长度的比值假设为力密度，在初始状态下，任意节点k在某一方向上于是有如下平衡式：（为索段的节点号； 为k节点的钢筋段数）对钢筋网结构中内节点建立平衡方程，依据边界节点条件，可有以下等式：根据计算，找形后的单片钢筋网形状如图4所示。图4. 找形后单片钢筋网图我们采用Ansys非线性有限元程序进行逐级加载计算。结果如下：图5 所取单元节点编号 图6. 钢筋网中间节点随节点力变化位移图图7.钢筋的轴力随节点荷载变化曲线由计算结果可见，跨中节点位移近似地保持线性变化，但所有钢筋的受力变化较为凌乱。由于GRC塑石曲面的各个方向的曲率并不一样，所以，受力将会是更多样和更凌乱。2、GRC塑石幕墙板材计算单元的确定由以上分析可知，单独考虑钢筋网的受力并不现实，故考虑GRC单元板块的整体受力较为可行。于是，GRC板块的受力计算可以假设有3m3m的单元板块，其受力支承可以是四点、六点、八点等，根据实际情况而定；并限定GRC单元板块的总体曲率和局部曲率的限值；最后，限定GRC单元板块的厚度限值。这样，GRC塑石幕墙板材的计算单元就确定了，根据钢筋混凝土规范便可得出其受力和变形状况。五、 GRC塑石幕墙实施存在的一些问题目前，由于GRC塑石是一种新型的材料，缺乏相关资料，研究还不够深入，相关标准、规程尚未制定，所以，GRC塑石幕墙实施存在着以下问题：1、因在国内并没有GRC塑石的质量控制标准和制作规程，所以GRC塑石板材的质量尚未能有效控制。2、国内鲜有GRC塑石这种混合材料的受力分析研究，致使一般工程师对其受力特性还比较陌生，一些设计师因此不敢大胆应用。3、GRC塑石这种材料产业尚未做大，尚需在建筑界大力推广。六、 结论GRC塑石板材可用于制作幕墙，并且具有诸多优点，已初见应用（如图2东部华侨城瀑布酒店外立面）。但由于GRC塑石发展时间比较短，尚未有足够的研究，且相关标准、法规尚未制定，GRC塑石幕墙的发展将是一个比较长的过程。建筑工程界，尤其是幕墙工程界应加强对GRC塑石幕墙的应用研