一、項目概況：
天津美術(shù)館坐落于天津市河西區(qū)友誼路與平江路交口，地處文化廣場的核心位置，總建筑面積2.8萬平方米，臨湖而建，建筑外觀簡潔大方，極富現(xiàn)代氣息，內(nèi)部設(shè)施完善，既提供了永久性和臨時性展覽空間，也提供了公共教育與文化休閑的空間，是中國最具現(xiàn)代化標(biāo)準(zhǔn)的美術(shù)展覽館之一，與同處文化廣場地區(qū)的天津博物館、天津大劇院、天津圖書館、天津自然博物館等共同構(gòu)成天津城市標(biāo)志性文化建筑群。
天津美術(shù)館由德國KSP尤根恩格爾建筑師事務(wù)所設(shè)計，整體造型猶如一塊巨型的方形石材盒子擱在地面上，建筑本身就是一件巨大的藝術(shù)品。美術(shù)館總建筑面積為2.8萬多平方米，地上四層，地下一層。總展廳面積9000平方米，可同時舉辦多個高質(zhì)量、高規(guī)格的國內(nèi)外大型藝術(shù)展覽及活動。
其中，四層設(shè)有基本陳列展廳，全部為恒溫恒濕封閉展柜，主要展出館內(nèi)策劃的常設(shè)陳列展 ，包括精選館藏、精品文物及重要藝術(shù)家專題展等。
二、三層是特展廳，均為敞開式現(xiàn)代化展廳，適合展示豐富多樣的各類當(dāng)代藝術(shù)作品以及承辦大型文藝類活動。
一層展廳既可用于臨時性展覽，也可作為開幕式大廳舉辦開幕式、酒會、信息發(fā)布會等。美術(shù)館中還有一些備展區(qū)、開放空間展區(qū)，為藝術(shù)家展現(xiàn)其創(chuàng)造力和挑戰(zhàn)性提供了可能。
藏品庫房位于地下一層，全部為按照博物館庫房標(biāo)準(zhǔn)體系建造的恒溫恒濕庫房。
二、幕墻概況
本項目幕墻屋檐標(biāo)高29.9米，主要包含石材(土耳其洞石)幕墻，石材百葉、超大的石材平移門、鋼骨架全隱框玻璃幕墻、超大及大跨玻璃肋全玻幕墻、鋁單板幕墻、玻璃采光頂、復(fù)合石材吊頂、電動排煙窗等幕墻形式。洞石使用面積達(dá)13000平方米。全玻幕墻高度達(dá)14.2米。
下面主要介紹難度較大的洞石幕墻及超高的全玻幕墻。
三、洞石幕墻
1、洞石分布及分格設(shè)置
本項目石材采用進(jìn)口的30mm厚土耳其米白洞石，主要分布在該建筑的四個立面上。石材百葉主要分布在四個立面的玻璃幕墻及鋁單板幕墻前端，作為裝飾及遮陽用途。建筑師對石材的分格及凹凸效果做了嚴(yán)格的要求。具體如下：石材橫向分格以360mm為基本模數(shù)（詞條“基本模數(shù)”由行業(yè)大百科提供），橫向分格主要為720mm、1080mm、 1440mm、1800mm、2160mm、2520mm等，豎向分格以150mm為基本模數(shù)，豎向分格主要有150mm、300mm、450mm、 600mm等。
這些分格間無序組合，看似雜亂無章，實則每隔幾個分格就會出現(xiàn)上下對齊的石材接縫，又似有章可循，等循著規(guī)律往前找的時候，又發(fā)現(xiàn)原來并沒有規(guī)律。石材在豎向上建筑師考慮了讓150mm高的板塊內(nèi)凹15mm，在立面上形成層疊的感覺。建筑立體效果進(jìn)一步凸顯。建筑師正是通過這種無序組合及凹凸手法來體現(xiàn)石材的天然質(zhì)感、狀態(tài)。
2、洞石介紹
要設(shè)計及使用好洞石，首先得了解洞石。
洞石，學(xué)名叫做石灰華， 英文名：(Travertine)是一種多孔的巖石，所以通常人們也叫它洞石。洞石屬于陸相沉積巖，它是一種碳酸鈣的沉積物。洞石大多形成于富含碳酸鈣的石灰石地形，是由溶于水中的鈣碳酸鈣及其他礦物沉積于河床、湖底等地而形成的。由于在重堆積的過程中有時會出現(xiàn)孔隙，同時由于其自身的主要成分又是碳酸鈣，自身就很容易被水溶解腐蝕，所以這些堆積物中會出現(xiàn)許多天然的無規(guī)則的孔洞。
洞石是因為石材的表面有許多孔洞而得名，其石材的學(xué)名是凝灰石或石灰華，商業(yè)上，將其歸為大理石類。人類對該石材的使用年代很久遠(yuǎn)，最能代表羅馬文化的建筑——角斗場就是洞石原杰作。
洞石的色調(diào)以米黃居多，又使人感到溫和，質(zhì)感豐富，條紋清晰，促使裝飾的建筑物常有強烈的文化和歷史韻味，被世界上多處建筑使用。由美國貝聿銘建筑事務(wù)所設(shè)計的位于北京西單路口中國銀行大廈的內(nèi)外裝修，就選擇了意大利羅馬洞石，共用了20000㎡。為什么不叫它大理石，是因為它的質(zhì)感和外觀與傳統(tǒng)意義上的大理石截然不同，裝飾界索性就約定俗成。關(guān)于它的形成一般認(rèn)為是在大氣條件下從含碳酸鹽泉水(通常是熱泉)中沉淀成的一種鈣質(zhì)材料。具體的形成是含有地氧化碳的循環(huán)地下水帶走廠溶液中的大量的鈣質(zhì)碳酸鹽，當(dāng)?shù)叵滤竭_(dá)泉水表面時，一些二氧化碳釋放出來并凝聚在鈣質(zhì)碳酸鹽的沉積層中，形成了少見的氣泡(孔洞)，從而有了洞石。和海洋中的石灰石沉淀不同的是，凝灰石大多在河流或湖泊、池塘里快速沉積而成，這一快速的沉積使有機物和氣體不能釋放，從而出現(xiàn)美麗的紋理，但不利的是它也會產(chǎn)生內(nèi)部裂隙的分層，使它在與紋理方向一致的強度削弱。凝灰石因為有孔洞，它的單位密度并不大，適合作覆蓋材料，而不適合作建筑的結(jié)構(gòu)材料、基礎(chǔ)材料。在以前人們曾用洞石大量作為建筑的基礎(chǔ)材料和結(jié)構(gòu)材料，但有了混凝土后，現(xiàn)在已不多用了。洞石除了有黃色的外，還有綠色、白色、紫色、粉色、咖啡色等多種。我國河南也有洞石發(fā)現(xiàn)和產(chǎn)出。
洞石主要應(yīng)用在建筑外墻裝飾和室內(nèi)地板、墻壁裝飾。
洞石一般有白洞石和米黃洞石之分，顏色有深淺兩種，有的稱黃窿石、白窿石，英文名稱為travertine，直接翻譯為凝灰石或石灰華。其主要特點是碳酸鹽礦物在沉積過程中有氣體存在，形成很多孔洞而得名。各類一般有羅馬洞石、伊朗洞石和產(chǎn)自土耳其等地的洞石。羅馬洞石顏色較深，紋理較明顯，材質(zhì)較好;健康洞石顏色較淺，質(zhì)地酥松，強度較差。該類石材可以被拋光，具有明顯的紋理特征，彎曲強度（詞條“彎曲強度”由行業(yè)大百科提供）呈各向異性，垂直紋理方向(強向)的彎曲強度在6MPa左右，部分超過 7MPa;平行紋理方向(弱向)的彎曲強度為4MPa左右，材質(zhì)和花紋不同有時在5MPa左右;有時有極低的不超過2Mpa;亂紋方向介于其中，此時的紋理在厚度方向。
3、洞石的優(yōu)點
3.1、洞石的巖性均一，質(zhì)地軟硬度小，非常易于開采加工，比重(密度)輕，易于運輸，是一種用途很廣的建筑石料;
3.2、洞石具有良好的加工性、隔音性和隔熱（詞條“隔熱”由行業(yè)大百科提供）性，可深加工應(yīng)用，是優(yōu)異的建筑裝飾材料;
3.3、洞石的質(zhì)地細(xì)密，加工適應(yīng)性高，硬度小，容易雕刻，適合用作雕刻用材和異型用材;
3.4、洞石的顏色豐富，紋理獨特，更有特殊的孔洞結(jié)構(gòu)，有著良好的裝飾性能，同時由于洞石天然的孔洞特點和美麗的紋理，也是做盆景、假山等園林用石的好材料。
4、洞石的缺點
4.1洞石因其成因存在孔洞，這既是洞石的優(yōu)點，也是洞石的缺點。由于孔洞的存在，造成洞石結(jié)構(gòu)不連續(xù)、不飽滿、不致密，因而彎曲強度較之花崗巖普遍較低。由于孔洞的存在，造成洞石容易吸水，較之花崗巖吸水率高，強度減弱。
4.2洞石主要成分為碳酸鈣，容易被水溶解腐蝕，更容易被酸性（詞條“酸性”由行業(yè)大百科提供）物質(zhì)腐蝕，因而洞石不宜用于存在酸雨環(huán)境地區(qū)及海洋地區(qū)的建筑外立面。
4.3洞石存在大量的紋理、泥質(zhì)線、泥質(zhì)帶、裂紋等天然缺陷，這種材料的性能均勻性（詞條“均勻性”由行業(yè)大百科提供）很差。尤其是彎曲強度的分散性非常大。
4.4洞石存在紋理，彎曲強度呈各向異性，各向強度偏差較大。
4.5洞石耐凍融（詞條“凍融”由行業(yè)大百科提供）性很差，不宜用在寒冷地區(qū)、嚴(yán)寒地區(qū)及年溫差變化較大地區(qū)。
5、洞石幕墻設(shè)計采取的有效措施
考慮到洞石存在的缺點，在洞石幕墻設(shè)計時采取了以下措施，確保洞石幕墻的安全性、功能性。
5.1洞石除正面外，其余五面均采取了洞石石礫及環(huán)氧膠粘劑修補孔洞。較大的孔洞采用洞石石礫及膠粘劑相結(jié)合的方式修補孔洞;較小的孔洞直接用膠粘劑修補。
5.2洞石六面采用合適的防水劑做防護。防水劑應(yīng)不會使洞石變色及污染。選擇防水劑時，應(yīng)做一定數(shù)量的實驗，確保防水劑不會污染洞石。
5.3洞石背面粘帖纖維網(wǎng)格布，加強洞石的強度，減少洞石破裂的概率及增加洞石破裂后的安全度。
5.4洞石紋理設(shè)計盡量沿水平方向布置，因該項目水平向石材寬度較大，最大達(dá)2520mm，豎向高度較小，最小150mm，最大600mm。充分利用洞石垂直紋理方向的彎曲強度，取長棄短。
5.5在選材上，盡量選用強度高，重力密度大的洞石，確保洞石的強度及致密性，提高洞石的凍融能力。
5.6洞石進(jìn)場前按批次按比例取樣做彎曲強度檢測，不合格的批次堅決不讓進(jìn)場使用。
5.7設(shè)計連接節(jié)點形式上采用石材背栓做法。增強了連接的可靠性（詞條“可靠性”由行業(yè)大百科提供）及安全性。背栓孔嚴(yán)格檢查，發(fā)現(xiàn)背栓孔位置有孔洞的堅決廢棄，或采取移位重新打孔，或更換石材板塊。設(shè)計沒有采取石材邊部連接形式，避免了洞石邊部強度較弱，容易崩邊破壞，從而造成幕墻安全失效的隱患。
6、洞石在外墻上的使用建議
隨著近幾年玻璃幕墻不斷發(fā)生的事故，幕墻的安全性進(jìn)入公眾視野，人們也越來越關(guān)心幕墻的安全功能。上海及江蘇地區(qū)先后出臺了相應(yīng)的管理辦法及地方標(biāo)準(zhǔn)。禁止或限制使用玻璃幕墻，特別是隱框玻璃幕墻。有鑒于此，考慮到幕墻的安全功能，洞石幕墻也應(yīng)有一定的適用范圍、一定的使用限制。
6.1洞石不宜用在學(xué)校、幼兒園、托兒所、醫(yī)院、老年人居住的建筑的外墻上。
6.2洞石不宜用在商場、火車站、飛機場、展覽館、大劇院、辦公樓等人員流動性較大的建筑的外墻上。
6.3洞石不宜用在丁字路口正對馬路的外墻上。
6.4洞石不宜用在高層及超高層建筑外墻上。
6.5洞石不宜用在污染嚴(yán)重、存在酸雨環(huán)境地區(qū)及海洋環(huán)境地區(qū)。
6.6洞石不宜用在寒冷地區(qū)、嚴(yán)寒地區(qū)及年溫差變化較大地區(qū)。
6.7洞石用在外墻上時，洞石的單塊面積宜小于花崗巖的面積;且長短邊應(yīng)根據(jù)洞石的紋理考慮確定。
6.8洞石與鋼骨架的連接形式應(yīng)考慮洞石的邊部強度較弱的缺點。
6.9洞石的吸水率應(yīng)低于花崗巖。
6.10洞石用在外墻上時，應(yīng)檢查每批洞石的彎曲強度，不合格的嚴(yán)禁使用。
6.11洞石用在外墻上時，應(yīng)有一定的加強措施，確保洞石幕墻的安全。
6.12洞石用在超高層外墻上時，應(yīng)組織專家進(jìn)行可行性論證，論證可行時方可采用，并采取可靠的安全措施。
6.13協(xié)會有關(guān)專家提出對洞石的要求：
因洞石自身材質(zhì)性較差，總體而言不推薦用于幕墻。如果建筑設(shè)計非用不可，則至少應(yīng)考慮以下最低要求：
6.13.1用于幕墻的石板，每批都應(yīng)進(jìn)行抗彎強度試驗，其試驗值應(yīng)符合以下要求：
幕墻高度不超過80m時，試驗平均值不低于5N/㎜²，試驗最小值不低于4 N/㎜²;
幕墻高度超過80m時，試驗平均值不低于6N/㎜²，試驗最小值不低于4 .5N/㎜²;
單向受力的石板，在主要受力方向應(yīng)滿足以上要求;雙向受力的石板，在兩個受力方向上都應(yīng)符合以上要求。
6.13.2石板不應(yīng)夾雜軟弱的條紋和軟弱的礦脈。洞石的孔洞不宜過密，直徑不宜大于3mm，更不應(yīng)有通透的孔洞。
6.13.3吸水率不宜大于6%，加涂防水面層后不宜大于1%。
6.13.4凍融系數(shù)不宜小于0.8，不得小于0.6。
洞石應(yīng)用的試驗要求
因不同產(chǎn)地的洞石材質(zhì)性差別很大，在確定采用市場的礦脈前，應(yīng)進(jìn)行基本的材質(zhì)性試驗。
6.13.5抗彎試驗
確定礦脈時，選取石材試件進(jìn)行干燥抗彎試驗和飽和抗彎試驗，干燥抗彎試驗是材性的基本指標(biāo)。飽和抗彎強度有利于了解石材對水的敏感性。試驗時采用凈石材試件，不宜附有增強層和復(fù)合層。
6.13.6吸水率
未經(jīng)表面防水處理的石材和經(jīng)防水處理的石材都應(yīng)進(jìn)行試驗，經(jīng)防水處理后的石材，吸水率不宜大于1%。
6.13.7凍融系數(shù)
凍融系數(shù)指經(jīng)過一定次數(shù)凍融循環(huán)后的抗彎強度與未經(jīng)凍融循環(huán)的抗彎強度的比值。它決定了該種石材能否在寒冷地區(qū)應(yīng)用。在有可能出現(xiàn)負(fù)溫度的地區(qū)，應(yīng)進(jìn)行這項試驗。
只有通過基本材性試驗，確認(rèn)符合這些基本條件后，這種洞石才可以加工面板板材，用于幕墻工程。
加工完成的石材面板，還應(yīng)符合以下的基本要求：
6.13.8板材厚度
坐落于天津市河西區(qū)友誼路與平江道交口，地處文化廣場的核心位置，總建筑面積2.8萬平方米，臨湖而建，建筑外觀簡潔大方，極富現(xiàn)代氣息，內(nèi)部設(shè)施完善。
抗彎試驗表明：厚度大的面板石材，其抗彎強度低于厚度小的石材。但是由于板材的承載能力和厚度的平方成正比，厚的石材承載能力還是比薄的石材要大一些。
洞石板材的最小厚度可由抗彎強度標(biāo)準(zhǔn)值fk來決定：
fk≥8.0MPa時，最小厚度35mm。
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