背栓點連接花崗石幕墻

1、背栓點連接花崗石幕墻日期:背栓點連接花崗石幕墻概述用背栓點連接花崗石幕墻進行建筑外飾面花崗石施工是建筑外飾面施工技術的重大突破，它開避了石 材幕墻施工工藝的新紀元。使石材幕墻有了廣闊的使用領域，即任何建筑物、任何高度、任何部位、任何 構造形式都可以采用背栓點連接花崗石幕墻。背栓點連接花崗石幕墻的背栓僅用作石板材與連接件的緊固 件，這樣連接件可按需要靈活設計，而鋼銷式，短槽式，通槽式的鋼銷鋼鉤既和橫梁立柱連接，又和石材連接，它的使用部位和方法帶有很大局限性，背栓點連接方法為石材幕墻和玻璃金屬)幕墻組合成組合幕墻創(chuàng)造了條件，即在同一立柱上可左面安裝玻璃幕墻，右面安裝石材幕墻，在同一橫梁上，可上面安

2、裝玻璃幕墻，下面安裝石材幕墻。背栓點連接花崗石幕墻已有二十多年歷史，我國在二十世紀九十年代開始使用。1998年建成的上海中銀大廈浦東國際金融大廈高235m,+139m以下采用了背栓點連接花崗石幕墻，復蓋主體結構外表15000m2，花崗石幕墻(其構造型式為凸梯形與凸矩形組合)展開面積22000m2,使用了約3萬塊花崗石，6萬個背栓，花崗石尺寸為HX B2.05mX 0。3m，花崗石幕墻最高點為139m。1999年建成的上海交銀大廈采用的背栓點連接花崗石幕墻最高標高達196m,全國還有很多工程采用了背栓點連接花崗石幕墻，總用量超過100萬m2?！皩嵺`是檢驗真理的唯一標準"，在建造這些幕墻

3、時，除按慣例進行風壓變形，空氣滲透，雨水滲漏三項物理性能檢測外，還對背栓和背栓錨固石材的連接部位進行了背栓拉伸試驗，背栓錨固石材的拉拔試驗，背栓錨固的長期8500h靜載抗剪、抗拉試驗，背栓錨固的疲勞試驗，以及背栓點連接花崗石幕墻的抗震性能 振動臺試驗，積累了大量試驗參數(shù)，證明了背栓點連接花崗石幕墻有很高的可靠性，同時找出了局部構造改良的方向。下面進行詳細討論：1。 背栓拉伸試驗。從調查資料看出，背栓的材質與A2 70不銹鋼螺栓相近，其極限抗拉強度接近700N/mm2,非比例伸長應力大于 480N/mm 2, 顆$ 12mm$ 8mm、$ 6mm背栓應力截面積為 84。3mm2 (36.6mm2

4、、20.1mm2),其極限拉伸強度為 59KN(25.6KN、14KN)是背栓錨固石材拉拔力的2。5倍10倍，也就是說背栓錨固石材只會是石材沖切破壞，因此只要選對背栓的鋼號就行了。背栓伸拉試驗對試驗結果進行數(shù)理統(tǒng)計后，應按GB50068第5。0.3條規(guī)定取fk=卩f-1.645 <r f，背栓抗拉強度設計值按 GB50017可取為ftb=fub/2.174，抗剪強度設計值fvb=fub/2。857.現(xiàn)在有的廠商提供的參數(shù)，取 fk=uf 2。57 c f.及抗拉材料分項系數(shù) 1。8,和抗剪材料分項系數(shù) 3。2和 GB50068和GB50017不一致，GB50068第1.0。3條規(guī)定：“制

5、定結構荷載標準以及鋼結構設計標準 - 等設計標準應遵守本標準的規(guī)定"。我個人意見還是按GB50068執(zhí)行.2。錨固件抗拉拔承載能力試驗，從試驗情況看背栓與石材的錨固處全部是石材沖切破壞，破壞狀態(tài)為石材錐度破壞，影響破壞的因素有背栓直徑，背栓錨深，石材本身強度，其中錨深影響最直接，而且當錨深等于小于12mm時，承載能力破壞的離散性較大，經(jīng)回歸統(tǒng)計，抗拉拔承載能力按錨深的指數(shù)1。5增長，基材強度對抗拉拔承載能力按指數(shù)0。5增長，6mm背栓連接抗拉拔承載能力為4。5KN8KN , $ 8mm背栓抗拉拔承載能力為5KN10KN ,0 12mm背栓抗拉拔承載能力為6KN12KN 。上述為承載能

6、力標準值，即將拉拔試驗結果進行數(shù)理統(tǒng)計，將平均值減去1.645倍標準差，前述錨深w12mm離散性較大，其標準差也大，按fK=y f-1.645 c f計算已考慮了離散性，不必再用系數(shù)折減其設計值fTv=fK/2.143/2。對只進行了石材抗壓（抗彎試驗的工程可用應力法計算抗剪強度：t =P/ n *h/cos a* （D+h*ta n a w fT3、錨固件錨固的長期靜載試驗錨固件長期靜載試驗，測試背栓錨固不同強度的基材在長期靜載下的位移松動及徐變性能，設計試驗時間為一年8500H，試驗分長期荷載抗剪試驗和抗拔試驗，抗剪試驗是指背栓在承受荷載抗剪作用下經(jīng)8500H后，對受拉試件做極限拉拔力試驗

7、與未經(jīng)長期荷載試驗的試件作比照，試驗結果說明抗剪性能良好，除加載初期觀察到較小因裝配間隙位移w 0.3mm）外未見其他破壞，在長期抗拉拔試驗中未見破壞和明顯位移。說明背栓與石材的連接即使在長期外荷載下作用也有很大的可靠性。4、錨固件錨固的荷載疲勞試驗，即反復荷載的疲勞試驗。在正壓300萬次+負壓300萬次往復動力載荷耐疲勞度試驗中，對帶尼龍塑料套墊的背栓在栓與孔之 間起到三向隔震減震效應，在沖擊作用下起到緩沖作用，使背栓錨固連接部位在數(shù)百萬次強勁往復動力荷 載耐疲勞試驗中未見損壞和明顯位移，而單切面背栓由于背栓本身活動，在往復動力的壓、拉作用下，最 差的在126次負壓破壞，因此可以看出背栓最好

8、要帶尼龍?zhí)讐|，并采用雙切面即背栓與石材要首先緊固。5、抗震試驗華南城建學院抗震中心、中國建筑科學研究院、中國水科科學研究院進行屢次石材幕墻抗震性能振動 臺試驗。試驗結果說明在地震加速度0。6g以下相當于烈度 9。7度時一切正常，華南城建學院抗震中心試驗中發(fā)現(xiàn)在 0.6g時背栓有松動跡象,0.8g時相當于烈度10度幕墻掛勾有脫出橫梁的可能，經(jīng)分 析是主要是栓孔未按公差要求加工，采用單切面無尼龍?zhí)讐|的背栓，幕墻組件的掛勾與橫梁搭接量小于 6mm.其他試驗采用了帶尼龍?zhí)讐|的雙切面背栓，幕墻單元組件掛勾與橫梁搭接高度大于10mm,即使在0。9g相當于烈度10.2度）、層間變位到達1/54時，背栓點連接

9、花崗石幕墻仍完好無損，而且經(jīng)過抗震試驗 的試件背栓與石材錨固處的石材抗拉拔能力與未經(jīng)抗震試驗的試件幾乎沒有區(qū)別。從以上試驗可以看出，背栓式點連接花崗石幕墻在標準規(guī)定的使用范圍6-8度區(qū)）時，可以采用無尼龍塑料套墊的單切面背栓，當用于9度區(qū)及9度以上烈度區(qū)時，應采用帶尼龍塑料套墊的雙切面背栓。幕墻組件掛勾與橫梁的搭接高度應不少于10mm。二、設計與計算1、構造設計首先要樹立一個概念：背栓是一個緊固件，它把石材和石材幕墻組件中的連接件聯(lián)結在一起，它屬 于可以自由拆卸的緊固件，連接件可按需要即按照每幅幕墻中與石材幕墻相組合的玻璃（金屬幕墻的構造相匹配的構造要求來設計連接件.例如和外插式隱框幕墻（小單

10、元幕墻相組合時可采用與外插式相匹配的 連接件，用背栓將石材固定在外插式付框上。石材與連接件的連接，視石板材尺寸和構造要求可采用一個背栓、兩個背栓、四個背栓等。當采用一個背栓時，孔一般應位于板中心，孔中到板邊距離不大于300mm，板與連接件還應采用4個尼龍螺栓頂住板內側，保持板的穩(wěn)定當采用二個背栓時，孔中到板頂邊距離不大于400mm，至側邊不大于 300mm,在背栓兩側用尼龍螺栓頂住板內側，保持板的穩(wěn)定。當采用四個螺栓時，孔中到板邊距離不大于250mm。背栓及孔的構造要求如下表 ：表1型號鉆孔直徑錨固深度連接螺栓最大錨固厚度底孔直徑最小板厚FZP11 x 12M6/3A41112M6313。52

11、0FZP11 x 12M6/9A41112M6913.520FZP11 x 15M6/6A41115M6613。528FZP13 x 15M8/4A41315M8415.528FZP13 x 15M8/25A41315M82515.535FZP13 x 20M8/10A41320M81015。535FZP13 x 21M8w/5A41321M8515。535FZP13 x 21M8w/20A41321M82015.535FZP11 x 19M6/6kt/3AL111014M6313.520FZP11 x 21M6/6kt/4AL111216M6413。520FZP13 x 24M6/6kt/3

12、AL131519M8315.530FZP13 x 26M8/6kt/5AL1317 21M8515.534FZP11 x 21M6/ES/4AL1112 16M6413.520FZP13 x 24M8/ES/4AL131519M8415。530背栓與石材錨固部位的施工質量的重要一環(huán)是極限公差配合確實定和檢驗，要求孔位偏差± 0.5mm ,孔距偏差土 0.5mm,孔距與孔位偏差之和不得大于土1。0mm,孔徑$ 68mm)+0.4mm、-0。2mm,孔深+0.4mm、一 0.1mm,底部擴孔直徑土 0.3mm.2.設計計算A. 一塊板用一個背栓P=qAd =P/t2* 0。5456Ln(

13、0.64L/t)+1.062 fT 或<r =P/t2)*1。2563lg(0。64L/t+1。062:W fTu=Cx (Px l2/E x t3Lx/Ly Ly/LxC1。00.12651.10。 13811。20.14781。40。 16211.60.17141.80.17692。00。 18033。00。184OO0.1849t =P/ n *h/cos a * D+h * tan a )式中：L- Lx、Ly 中較小者（mm； t板厚（mm；D-錨孔直徑mm；h錨孔深度（mm。B. 一塊板用兩個背栓錨固，可簡化為兩端帶懸臂的簡支板計算Ma=Mb= qa2/2R=qL/2M e

14、=qL2/8X 1 4x a/L2 uc=UD=qaL2/24EI : 1+6a/L2+3a/L3 u e=qL4/384EI : 5-24 a/L2 t =R/ n *h/cos a *（D+h 玄 tan aC. 一塊板用四個背栓錨固，按四角支承板計算cr =6mqL2/t2式中：LLx、Ly中較大；m彎距系數(shù).t = qa/4*1。 25/ n *h/cos a* D+h 衣 tan a ）表3彎距系數(shù)表Lx/Lym0. 500. 13040. 550. 13200. 600. 13390. 650. 13610. 700. 13840. 750. 14080. 800. 14350.

15、850. 14640. 900. 14940. 950. 15261. 000. 1559表4天然花崗石板強度分級表N / mm2t等級強度標準值抗彎強度設計值fr抗剪強度設計值ftv彈性模量E線脹系數(shù)a泊松比V抗壓抗彎MU11011083.71。90。8*1040。8*10-50。125MU13013094.22.1MU150150104.72.31 * 104MU170170115。12。6MU190190125.62。8MU210210136.13.041.1*104MU230230146.53.3MU250250157。03。5MU270270167.53。8MU2902901784。

16、0例1.MU110級抗彎強度標準值 8N/mm2）花崗石500mm玄500*30mm，用背栓11*15M6 一個,驗算花崗石抗彎強度、抗剪強度解:風荷載設計值地震（作用設計值荷載作用組合設計值 背栓處集中力石板抗彎截面最大設計正應力值d = P/t 2）*0.5456L n（0.64L/t）+1WK=4000N/m 2, qEK=336N/m 2W=1.4W k=1。4*4000=5600N/m 2qE=1.3qEK =1.3*336=437N/mm 2q=1.0 W+ 0.6 q e =1.0*5600+0.6 * 437=5862N/mm 2* 5862=1466N062=(1466/30

17、 2) * 0.5456ln(0.64*500/30)+1。062 =3.83N/mm 2>3.7N/mm 2 或 d = (P/t 2*1.25631 g 0。64L/t)+1.062:=1466/302*】 1.2563lg 0.64 * 500/30+1.062=3.83N/mm 2>3.7N/mm2 需改用MU130級抗彎強度標準值9N/mm2花崗石fr=4.2N/mm 2石板抗剪截面最大設計剪應力值t =P/ n *h/cos25°* D+h*tan25 0 =1466/15/cos25 0 * 3.14159*(13.5+15 * tan250) =1.38N

18、/mm 1。9N/mm 2例2 .上例條件1000mm*1000 * 30mm花崗石，背栓11* 15M6四個，驗算花崗石抗彎強度、抗剪強 度。解：板長寬比Lx/Ly=O。7/0.7=1 查彎距系數(shù)moY=0。1559石板抗彎截面最大設計正應力值d =6mqL y 2=6 * 0。1559 * 5。862*10 3 * 7002/302=2.98N/mm 2<3.7N/mm 2石板抗剪截面最大設計剪應力值t =qa/4*1.25/ n *h/cos a *(D+h*tan a )=5862/4) *1.25/ 15/cos25°* 3.14159* 13。5+15*tan25o

19、)=1。72N/mm2<1.9N/mm 2例3 .用MU130級抗彎標準強度 9N/mm2的花崗石300mm * 2050mm * 30mm，兩個 13*15M8 背栓各距板端 400mm,WK=3500N/mm2,驗算花崗石抗彎強度、抗剪強度.解：石板自重標準值GK=28000*0.03=840N/m 2地震作用標準值qEK= 3 ea maxGK=5 * 0.08* 840=336N/m 2面荷載作用組合設計值q 面=1.4W+0.78 q ek =1。4*3500+0。78 * 336=5162N/m 2 線荷載(作用組合設計值q線=b q面=0.3*5162=1549N/m 2背

20、栓處支座反力R1=R2= q 線L/2=1549*2。05/2=1588N彎矩M=qL2/8 1-4(a/L牛=1549 * 1.252/8*1-4 * 0。4/1。252=178.619N/m=178619N/mm石板截面抵抗矩W=bt 2/6=300*30 2/6=45000mm3石板抗彎截面最大設計正應力值d =M/W=178619/45000=3。97N/mm 2<4.2N/mm 2石板抗剪截面最大設計剪應力值t =R/ n *h/cos a *(D+h * tana=1585/ : 15/cos250*3.14159* 15。5+15/ta n25o=1。37N/mm2<

21、2。1N/mm2三. 背栓點連接花崗石幕墻用于復什部位連接設計下列圖為有五個凸角，三個凹角組成的裝飾線，用背栓將石材緊固在五個連接件上順利完成了裝飾要求 這對鋼銷、鋼勾是無法完成的。四. 雨幕原理(The RainScreen Principle丨和石材幕墻防水構造設計雨幕原理是一個設計原理，它指出雨水對這一層“幕的滲透將如何被阻止的原理，在這一原理應用中其主要因素為在接縫部位內部設有空腔，其外外表的內側的壓力在所有部位上一直要保持和室外氣壓相 等，以使外外表兩側處于等壓狀態(tài)，其中提到的外外表即“雨幕'。壓力平衡的取得是有意使開口處于敞開狀態(tài)，使空腔與室外空氣流通，以到達壓力平衡。這個

22、效應是由外壁后面留有空腔所形成，此空腔必須和室外聯(lián)通才能到達上述目的，由于風的隨機性造成的陣風波動亦需在外壁兩側加以平衡。大家知道，幕墻發(fā)生滲漏要具備三個要素：A 幕墻面上要有縫隙；B 縫隙周圍要有水；C 有使水通過縫隙進入幕墻內部的作用。這三個要素中如果缺少一項滲漏就不會發(fā)生如果將這三個要素的效應減少到最低程度，那么滲漏可降低到最小程度。在外壁水和縫隙是無法消除的，只有在作用上下功夫，通過消除作用來使水不通過外壁 縫隙進入等壓腔。在內壁，縫隙和作用特別是壓差不能消除，要到達內壁不滲漏，那么要使水淋不到內壁，這正好由外壁雨幕發(fā)揮的效應來到達，外壁內、外側等壓，水進不了等壓腔，就沒有水淋到內壁，

23、內壁縫隙周圍沒有水， 內壁就不會發(fā)生滲漏，這樣單元式幕墻對插部位就不會有水滲入室內了。這個設計的核心原理就是外壁雨幕內、外側等壓，使雨水進不了等壓腔，到達內壁縫隙周圍無水，即在內壁消除 滲漏三要素中水的因素來到達整體單元式幕墻接縫體系不滲漏。但是，要到達完全等壓是困難的，甚至在 某些情況下是做不到的，這是由于外壁上的壓力是由風引起的，這種由風引起的壓力在時間上和空間上都 是動態(tài)變化的由陣風所形成的風壓變化，使外壁兩側的壓力隨之變化。在陣風波動的瞬間，外壁內外兩側壓力是不等的（即等壓腔內壓力與室外壓力不相等，要通過空氣流通來平衡，在空氣流通時就有可能將水 帶入等壓腔。風壓在幕墻外表的分布也是不平

24、衡的，風壓隨高度增加，有時幕墻外外表也有局部邊角、 頂部呈負風壓狀態(tài)，當兩個開口處風壓不等或一處為正風壓另一處為負風壓時，等壓腔內壓力約為兩個 開口處風壓負風壓的平均值，雨水總是沿著壓力降方向滲入，外側壓力大于等壓腔壓力的開口處就會 有雨水滲入等壓腔，因此應該考慮雨幕層外壁必然有少數(shù)偶然滲漏的可能 ，這樣就要使已滲入等壓腔的水即時排出至室外。這樣單元式幕墻接縫處防水構造要使外壁具有防止大量雨水滲入的能力，對少量滲入 等壓腔的雨水能即時排出，使水淋不到內壁，在內壁消除滲漏三要素中水的因素，從而到達雨水不滲漏到室內的目的還必須指出這僅是理論上闡述的原理，實際工程中要完全消滅滲漏三要素中任何一項為哪一項不容易做到的，但不是說我們就無能為力了，雖然不能到達完全消滅滲漏三要素中任何一項的目的，但可采取措施使?jié)B漏三要素每一項減少到最最低程度這樣在學習國外經(jīng)驗， 總結本國經(jīng)驗根底上，