石材幕墻設(shè)計要點分析

1、石材幕墻設(shè)計要點分析摘要：天然石材以其獨特的美學(xué)裝飾性，廣泛地應(yīng)用于各類建筑裝飾中，本文主要介紹了外墻干掛石材的設(shè)計要點及構(gòu)造措施。關(guān)鍵詞：石材幕墻； 干掛； 設(shè)計要點； 構(gòu)造分析一、引言 外墻干掛花崗巖石材幕墻指由天然花崗石板做面板的幕墻，主要由石板面材、金屬掛件、鋼龍骨等結(jié)構(gòu)組成；面板石材可根據(jù)建筑總體效果要求，采用適合的顏色、種類和質(zhì)地的石材成品，易于與玻璃及其他裝飾材料相協(xié)調(diào)，外觀莊重華麗、使用壽命長，目前正越來越多地被用于高級賓館、商業(yè)寫字樓、機(jī)關(guān)辦公樓及大型公共建筑的外立面裝飾工程中。本文主要介紹了外墻干掛花崗巖的設(shè)計要點及構(gòu)造措施。 二、石材面板選用分析 裝飾石材主要分為大理石與

2、花崗石兩種，由于花崗石的密度、抗壓強度、抗彎強度等均高于大理石，在石材幕墻中應(yīng)用廣泛；大理石及其他石材采用后期補強措施后，如能達(dá)到吸水率小于0.8，彎曲強度不小于8.0MPa的規(guī)范要求，亦可用于外墻干掛?；◢徥谋砻嫣幚碛卸喾N的加工方法，常用的有：拋光面是指表面平整，用樹脂磨料等在表面進(jìn)行拋光，使之具有鏡面光澤的板材。其特點是光度高，對光的反射強，能充分地展示石材本身豐富艷麗的色彩和天然的紋理。多用于對光度有一定要求的高檔建筑中。荔枝面荔枝面是用形如荔枝皮的錘在石材表面敲擊而成，從而在石材表面形成形如荔枝皮的粗糙表面，多見于雕刻品表面或廣場石等的表面。分為機(jī)荔面(機(jī)器)和手荔面(手工)兩種，一

3、般而言手荔面比機(jī)荔面更細(xì)密一些，但費工費時。蘑菇面是指在石材表面用鑿子和錘子敲擊成形如起伏山形的板材。此加工方法對石材的厚度有一定的要求，一般底部厚最少要30mm，凸起部份可根據(jù)實際要求在20mm及以上。蘑菇石大量地運用在經(jīng)濟(jì)型的圍上?；馃媸侵赣糜靡胰?、氧氣或丙烷，氧氣，或石油液化氣，氧氣為燃料產(chǎn)生的高溫火焰對石材表面加工而成的粗面飾面。其特點是表面粗糙自然，不反光，加工快，具有較高的性價比。自然面是指在用錘子將一塊石材從中間自然分裂開來，形成狀如自然界石頭表面極度凹凸不平的加工方法。自然面極為粗獷，等很高的體現(xiàn)建筑物自然奔放的風(fēng)格，對石材的選用要根據(jù)工程具體要求而加工運用。 三、石材干掛種

4、類及設(shè)計要點 石材干掛種類一般有：鋼銷式、短槽式、通槽式、背栓式等方式。 鋼銷式是在石材上、下邊打孔，用安裝在連接板上的鋼銷插入孔中，連接板與結(jié)構(gòu)體系連接，使石板材固定安裝在結(jié)構(gòu)體系上。鋼銷和托板一般應(yīng)采用1Cr18Ni9或OCr19Ni9不銹鋼，鋼銷直徑46mm，入孔深2030mm，連接板一般采用40mm4mm，石板上開孔直徑宜為68mm，孔深2233mm，孔位距板邊不小于3T不大于180mm，兩銷距離不宜大于600mm。石板材用鋼銷連接時，由于一個鋼銷要插入上下兩塊石板材，并且從上到下連續(xù)互插，當(dāng)中間一塊破損時，無法單獨更換，需從頂部一直折至該板塊為止，才能進(jìn)行更換，費工費時，并且可能影響

5、建筑物正常使用。同時連接板要伸出鋼銷外57mm，在安裝時往往因為施工偏差，設(shè)計板縫不能與連接板相配合，要在現(xiàn)場將連接處石板材邊打磨而使石板材邊受損，影響外觀，現(xiàn)在已較少使用。 通槽式是將“鋼銷式”進(jìn)行了改進(jìn)。采用”L”, ”T”型通長的插片式掛件作為龍骨，將切好槽的石材安裝在”L”,”T”型龍骨上，形成石材幕墻。上下層石材板連接處相互之間荷載不累積，受力簡潔明了。通槽式方法還大大增加了龍骨作為支撐構(gòu)件的受力面積，克服了掛件受力面積小，應(yīng)力集中等力學(xué)性能差的缺點。 短槽式石材安裝采用在石材上開槽的方式，用不銹鋼勾板實現(xiàn)石材的定位，達(dá)到定位安裝之目的。橫豎龍骨選用型鋼，表面熱浸鍍鋅處理，不僅使用壽

6、命長，且強度高，剛度大，抗風(fēng)壓變形性能好。石材端面開槽可在工廠內(nèi)加工完畢，勾板與槽口間塞膠墊，并施結(jié)構(gòu)膠，以滿足強度和彈性要求。短槽式結(jié)構(gòu)方案，即經(jīng)濟(jì)實惠、又安全可靠，該結(jié)構(gòu)具有如下設(shè)計特點(如圖1)。 圖1 短槽式干掛法節(jié)點 背栓式該工藝式是幕墻最先進(jìn)的石材幕墻施工方式，具體方法是在石材上進(jìn)行錐形轉(zhuǎn)孔，同樣是錐形設(shè)計的沉頭螺桿與梅花狀擴(kuò)張墊片緊密配合，在撐開后與板材的倒錐形背栓孔成面狀接觸，從而形成物理結(jié)構(gòu)鎖定，而又不存在對材料的膨脹應(yīng)力。背栓再通過鋁合金卡件與骨架連接。由于其獨特的固定方式，每塊石材均為一個獨立的單元，所以既可以實現(xiàn)復(fù)雜表面的拼接，又便于后期的維修，更換時不會破壞周邊的石材

7、。相比與其他形式，背栓式干掛石材造價較高，施工精度也要求較高。其典型節(jié)點構(gòu)造如圖2所示。 圖2背栓式干掛法節(jié)點 四、安裝骨架設(shè)計分析 主次龍骨設(shè)計要考慮其受力合理、傳力明確、安裝方便等因素，主次龍骨固定應(yīng)考慮建筑物的結(jié)構(gòu)形式，目前常見的有框架結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)和磚混結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)鋼骨架固定方便，但框架結(jié)構(gòu)的填充墻體部分和磚混結(jié)構(gòu)，因墻體不能預(yù)埋埋件(如鋼板)，故在主體結(jié)構(gòu)施工時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)主次龍骨、預(yù)埋埋件位置，在填充墻體時綜合考慮設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造梁柱，以便固定骨架。常用的主龍骨為槽鋼或方鋼管，次龍骨為角鋼，鋼骨架材質(zhì)有主要為經(jīng)表面熱浸鍍鋅處理的鋼材，主次龍骨的規(guī)格根據(jù)干掛石材的大小

8、、形狀及相對龍骨的位置按彈塑性理論計算確定。 (1)主龍骨設(shè)計 主龍骨與主體結(jié)構(gòu)的連接除每層框架梁處可采用雙碼或單碼固定，為減小主龍骨截面尺寸，控制主龍骨撓度，亦可增加支撐點。 如果按單跨簡支梁計算其內(nèi)力，即跨中最大彎矩為: M = qL2/8 跨中最大撓度為: 5qL4/(384EI) 主龍骨截面承載力應(yīng)符合下列要求: 按簡支梁(受拉)立柱抗彎強度公式，應(yīng)滿足： N/An+Mx/Wnxfs 6.3.7(1) 按簡支梁(偏心受壓)立柱抗彎強度公式，應(yīng)滿足： N/An+Mx/Wnxfs6.3.8(2) 上式中： N：立柱軸力設(shè)計值(N)； Mx：立柱彎矩設(shè)計值(Nmm)； An：立柱凈截面面積(

9、mm2)； Wnx：在彎矩作用方向的凈截面抵抗矩(mm3)； x：塑性發(fā)展系數(shù)： 對于冷彎薄壁型鋼龍骨，按冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范GB 50018-2002，取1.00； 對于熱軋型鋼龍骨，按JGJ133或JGJ102規(guī)范,取1.05； 對于鋁合金龍骨，按最新鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB 50429-2007，取1.00； fs：型材的抗彎強度設(shè)計值； 此外，主龍骨由風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值和地震作用力標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的撓度u，可按相應(yīng)的結(jié)構(gòu)支承條件進(jìn)行計算，并應(yīng)符合以下要求: u L/300, u15mm(3) 式中 L:支承點間的距離。 (2)次龍骨 單跨次龍骨可按簡支梁計算，應(yīng)做如下計算: 次龍骨截面的抗彎承載

10、力應(yīng)符合下列要求: 按橫梁抗彎強度計算公式，應(yīng)滿足： Mx/xWnx+My/yWnyfs6.2.4(4) 上式中： Mx：橫梁繞X軸方向(幕墻平面內(nèi)方向)的彎矩設(shè)計值(Nmm)； My：橫梁繞Y軸方向(垂直于幕墻平面方向)的彎矩設(shè)計值(Nmm)； Wnx：橫梁繞X軸方向(幕墻平面內(nèi)方向)的凈截面抵抗矩(mm3)； Wny：橫梁繞Y軸方向(垂直于幕墻平面方向)的凈截面抵抗矩(mm3)； x，y：塑性發(fā)展系數(shù)： 對于冷彎薄壁型鋼龍骨，按冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范GB 50018-2002，取1.00； 對于熱軋型鋼龍骨，按JGJ133或JGJ102規(guī)范,取1.05； 對于鋁合金龍骨，按最新鋁合金結(jié)構(gòu)

11、設(shè)計規(guī)范GB 50429-2007，取1.00； fs：型材的抗彎強度設(shè)計值。 次龍骨除滿足強度要求外, 其撓度值還須滿足下列條件: u = u L/300 且u 15mm(5) 式中 u : 次龍骨的撓度，mm； ux :次龍骨在水平方向荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下產(chǎn)生的撓度，mm； uy :次龍骨在垂直方向荷載標(biāo)準(zhǔn)值作用下產(chǎn)生的撓度, mm； L :次龍骨支承點間跨度，mm。 五、構(gòu)造要求 (1)連接件的材料。膨脹螺栓、連接件等均應(yīng)采用不銹鋼，其規(guī)格應(yīng)根據(jù)其(抗彎、抗剪)強度確定。 (2)膠粘劑。主要用于鉚釘、掛鉤與石材連接處的空隙內(nèi)起固定作用。目前常用的有“大力士”大理石膠、環(huán)氧樹脂膠等。石板與不銹

12、鋼掛件間應(yīng)采用環(huán)氧樹脂型石材專用結(jié)構(gòu)膠(A/B膠)黏結(jié)，不宜采用不飽和聚酯樹脂型結(jié)構(gòu)膠(云石膠)。 (3)密封膠。主要用于石材塊之間的縫隙, 起密封作用。目前常用的有中性硅酮密封膠。 (4)基層防水與防火構(gòu)造。加氣混凝土外墻面抹1:2水泥砂漿內(nèi)摻5%防水劑，防止雨水滲入墻體。為防止干掛花崗巖空腔內(nèi)竄煙竄火，在每層梁底設(shè)置一圈大于100mm的防火層，上下采用1.5mm以上鍍鋅鋼板，中間100mm以上的巖棉隔火帶，以滿足消防要求。 (5)伸縮縫的問題。由于干掛花崗巖長期位于室外，冬夏溫差大，故主次龍骨均需要預(yù)留伸縮縫。主龍骨采用上端固定，下端伸縮的拉彎受力結(jié)構(gòu)，連接位置設(shè)置20mm以上伸縮縫；次龍骨一端與主龍骨焊接，一端與主龍骨上的設(shè)置有長孔的安裝碼采用螺栓連接。 六、結(jié)束語 干掛石材幕墻是石材安裝在