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摘要：本文對正在編制的《建筑幕墻用背栓》CECS協會產品標準中技術要求提出的背景和合理性進行探討，為背栓產品認證技術要求及試驗要求的改進提供一些參考意見。
關鍵詞：建筑幕墻背栓技術要求
一、 概述
幕墻是當今建筑圍護結構的主流，石材幕墻、陶瓷板及其它人造板材幕墻應用非常廣泛。人造板幕墻面板與其支承結構的連接方式主要有：背栓連接、槽式連接(SE短槽連接、T型掛件和L型掛件連接)和背槽連接等，其中背栓連接是比較可靠的連接，是超過100米建筑幕墻的首選連接方案。因此，背栓產品質量本身，及其與支撐連接的牢固性對幕墻的安全使用有著直接的影響。
近幾年，幕墻發生一系列安全事故，一度導致建筑幕墻成為“公共安全問題”的焦點，受到國務院和住建部的關注。住建部多次組織全國范圍的幕墻安全性普查，普查結果顯示幕墻工程存在安全隱患的比例一度超過9.34%。
CECS標準《建筑幕墻用背栓》(后簡稱“該標準”)針對核心傳力構件的背栓產品進行規范，希望通過對背栓與面板連接不同連接方式(敲擊式、旋進式和膨脹式)的差異化研究，進而給出背栓與所連接基材的錨固要求，從而實現提高背栓產品質量，進而提高建筑幕墻的工程質量，避免導致幕墻存在嚴重安全隱患，危及人身安全的目標。
在EOTA EAD 330030-2014《幕墻緊固件（詞條“緊固件”由行業大百科提供）》中，對背栓的承載力、耐久性、防火等提出了要求。背栓的安裝在石材面板的預鉆擴底孔中，錨固變形是通過機械鎖緊來進行控制的。
背栓的主要技術要求分為機械承載力與穩定性、防火安全。其中，機械承載力與穩定性具體包括承載力變形和耐久性兩方面。其中，背栓的極限抗拉或抗剪承載力應當通考慮石材面板的厚度、背栓的錨固深度、邊距等因素。選用的測試方法是基于以下假設: 每一塊幕墻面板都被4個背栓固定，背栓的排布方式是矩形。
ASTM C1242-2016規格石料固定系統選擇、設計和施用指南中，背栓應考慮用于何種石料，不同的石料類型有不同的安全系數(見下表)
表1按石料類型普遍接受的石料覆層安全因
嵌入到石板背面的錨固件通常為3/4英寸(19.1 mm)深。鉆入石板背面的兩個相對的孔與背面平面成45°角。錨固件直腿插入孔中，錨固件的形狀保持錨固件腿的接合。錨固件孔底部和石板的成品面之間的推薦的最小距離為3/8英寸(9.5 mm)。
二、 錨固性能要求的原則
1、制定基準板材
背栓的錨固性能雖與其材料性能直接相關，但幕墻系統中，背栓與基材面板共同受力的情況下，隨著板材類型不同，其破壞形式多樣，因此為了更精準的規定背栓產品本身的性能，有必要選取一種板材作為基準板材。在本標準的編制過程中，經研究，在一系列驗證試驗中，采用山東花崗巖G3742為基準材料。
為了判斷背栓產品是否合格，需要設定基準石材，不宜采用混凝土或鋼制模具，但石材的材性變化較大，同一品名、不同礦、或者同一礦不同批次石材的力學性能都有可能不同;為了解決該問題，一是擬以彎曲強度為基本指標，采取科學方法處理數據，;二是要求對每批次石材測試其彎曲強度，合格與否的指標與此有關。采用山東的石材，是因為山東位于我國中部，方便全國的測試機構采購運輸。
因此，在選取基準花崗石板材山東五蓮豹皮花G3742或福建海滄白G3523基礎上，進行了基本受拉(剪)承載力、小邊距受拉(剪)承載力等力學性能技術要求的驗證試驗。
2、基本受拉承載力
基本受拉其破壞模式應為石材錐體破壞。基于指定石材的受拉承載力試驗值的標準值 其值應不小于表1規定的最小受拉承載力，其滑移系數 和對數變異系數 應滿足下列要求：
表2 基準石材上的最小受拉承載力
3、 小邊距受拉承載力
小邊距受拉破壞模式應為石材角部劈裂破壞或錐體破壞，該標準基于指定石材的小邊距受拉承載力標準值 ，其值應不小于表1規定的最小受拉承載力。
小邊距受拉承載力，國內其他相關標準尚無規定，屬于首創。鑒于目前測試數據不多，所以本標準中只提最小承載力方面的要求，對滑移系數、變異系數不作要求;
表3 基準石材上的小邊距受拉最小承載力
4、基本受剪承載力
基本受剪承破壞模式應為石材斷裂破壞或螺桿（詞條“螺桿”由行業大百科提供）剪斷破壞。基于指定石材的受剪承載力標準值 應不小于表3規定的最小受剪承載力。
表4 基準石材上的最小受剪承載力
在該標準文本中，滑移系數 和對數變異系數 的取值參考JG/T 160-2017《混凝土用機械錨栓》以及歐洲背栓EAD-330030標準，指標略有降低。
受剪承載力標準值的取值因為考慮到抗剪測試有2種可能的破壞模式，甚至同一批測試中可能出現2種模式同時存在，分3種情況給出了求承載力標準值的方法。這也是第一次在標準中出現，分別是：
a) 當10個樣品全部為石材斷裂破壞時
b) 當10個樣品全部為螺桿剪斷破壞時
c) 如果10個測試中同時有石材斷裂破壞和螺桿剪斷破壞：又分為數量大于5的破壞模式和對數量小于5的破壞模式
公式4-2，是基于目前沒有相關參考資料，歐洲、上海、北京、天津等地區的幕墻規范沒有提出判斷合格與否的指標，本標準根據最新測試數據，給出了該公式。
5、小邊距受剪承載力
小邊距抗剪測試，是第一次出現在標準中，屬于首創。鑒于目前測試數據不多，所以本條只提最小承載力方面的要求，對滑移系數、變異系數不作要求;公式5-2是基于目前的測試數據，取基本抗剪承載力的50%。
表5 基準石材上的小邊距抗剪最小受剪承載力
6、其他性能的考慮
(1)變幅脈動拉伸荷載性能
參考歐標EAD-330030，應增加變幅脈動拉伸荷載性能的要求，指標略有降低。性能測試時將背栓固定于指定基準板材試塊中，按指定方法進行脈動荷載下的受拉測試。在完成指定的加載循環后，背栓應當卸載，然后進行拉力試驗。脈動試驗過程中位移幅度的變化量應趨于零。
(2)凍融循環抗拉性能
根據項目特點、項目所在地氣候條件等因素，由業主或設計單位確定是否安排凍融循環抗拉性能測試。該標準也是在參考歐標EAD-330030的基礎上，指標略有降低。測試樣品應當先浸入水中，然后進行凍融循環。
(3)浸水抗拉性能
測試樣品應當先浸入水中，直到其到達了100%的飽和。然后要進行常規拉力試驗。將背栓固定于指定基準板材試塊中，然后將測試樣品浸入水中，達到設定的時間。在完成以上操作后，進行拉力試驗。
(4)系統的抗震（詞條“抗震”由行業大百科提供）性能
背栓系統應按照GB/T18575-2017《建筑幕墻抗震性能振動臺試驗方法》進行抗震試驗，并滿足相關要求。
三、 小結
通過規范的編制，希望在解決背栓材料要求、物理性能指標和產品規格等問題的同時，給出一套合理適用的幕墻用背栓產品性能測試方法，以及背栓與不同板材(石材、陶瓷板和其它人造板材等)連接時的承載力計算方法規范幕墻用背栓的市場，提高背栓產品質量，進而提高建筑幕墻的安全性，有效防止幕墻發生安全事故，為全社會公共安全提供保障。
作者單位：中國建筑設計研究院有限公司
