室內(nèi)裝修 背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻

1、背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻一.概述用背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻進(jìn)行建筑外飾面花崗石施工是建筑外飾面施工技術(shù)的重大突破, 它開(kāi)避了石 材幕墻施工工藝的新紀(jì)元。使石材幕墻有了廣闊的使用領(lǐng)域,即任何建筑物、任何高度、任何部位、任何 構(gòu)造形式都可以采用背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻。 背栓點(diǎn)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(shè)計(jì),而鋼銷(xiāo)式,短槽式,通槽式的鋼銷(xiāo)(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(diǎn)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 上面安裝玻璃幕

2、墻,下面安裝石材幕墻。背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻已有二十多年歷史,我國(guó)在二十世紀(jì)九十年代開(kāi)始使用。 1998年建成的上海中 銀大廈(浦東國(guó)際金融大廈高 235m , +139m以下采用了背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻,復(fù)蓋主體結(jié)構(gòu)表面 15000m 2,花崗石幕墻(其構(gòu)造型式為凸梯形與凸矩形組合展開(kāi)面積 22000m 2,使用了約 3萬(wàn)塊花崗石, 6萬(wàn)個(gè)背栓,花崗石尺寸為(H B 2.05m 0.3m ,花崗石幕墻最高點(diǎn)為 139m 。 1999年建成的上海交銀 大廈采用的背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻最高標(biāo)高達(dá) 196m ,全國(guó)還有很多工程采用了背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻, 總用量超過(guò) 100萬(wàn) m 2?！皩?shí)踐是檢驗(yàn)真理的

3、唯一標(biāo)準(zhǔn)” ,在建造這些幕墻時(shí),除按慣例進(jìn)行風(fēng)壓變形,空氣滲透,雨水滲漏三項(xiàng) 物理性能檢測(cè)外,還對(duì)背栓和背栓錨固石材的連接部位進(jìn)行了背栓拉伸試驗(yàn),背栓錨固石材的拉拔試驗(yàn), 背栓錨固的長(zhǎng)期(8500h 靜載抗剪、抗拉試驗(yàn),背栓錨固的疲勞試驗(yàn),以及背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻的抗 震性能振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),積累了大量試驗(yàn)參數(shù),證明了背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻有很高的可靠性,同時(shí)找出了局 部構(gòu)造改進(jìn)的方向。下面進(jìn)行詳細(xì)討論:1. 背栓拉伸試驗(yàn)。從調(diào)查資料看出,背栓的材質(zhì)與 A 2-70不銹鋼螺栓相近,其極限抗拉強(qiáng)度接近 700N/mm2, 非比例伸長(zhǎng)應(yīng)力大于 480N/mm2, 一顆 12mm (8mm 、 6mm 背栓

4、應(yīng)力截面積為 84.3mm 2 (36.6mm2、 20.1mm 2 ,其極限拉伸強(qiáng)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(shuō)背栓錨固石材只會(huì)是石材沖切破壞,因此只要選對(duì)背栓的鋼號(hào)就行了。背栓伸拉試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)后,應(yīng)按 GB50068第 5.0.3條規(guī)定取 f k =f -1.645f ,背栓抗 拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值按 GB50017可取為 f t b =fu b /2.174,抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 f v b =fu b /2.857?，F(xiàn)在有的廠商提供的參數(shù),取 f k =uf -2.57f . 及抗拉材料分項(xiàng)系數(shù) 1.8, 和抗剪材料分

5、項(xiàng)系數(shù) 3.2和 GB50068和 GB50017不一致 ,GB50068第 1.0.3條規(guī)定:“制定結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范以及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 -等設(shè) 計(jì)規(guī)范應(yīng)遵守本規(guī)范的規(guī)定” 。我個(gè)人意見(jiàn)還是按 GB50068執(zhí)行。2. 錨固件抗拉拔承載能力試驗(yàn),從試驗(yàn)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(qiáng)度,其中錨深影響最直接,而且當(dāng)錨深等于小于 12mm 時(shí),承載能力 破壞的離散性較大,經(jīng)回歸統(tǒng)計(jì),抗拉拔承載能力按錨深的指數(shù) 1.5增長(zhǎng),基材強(qiáng)度對(duì)抗拉拔承載能力按 指數(shù) 0.5增長(zhǎng), 6mm 背栓連接抗拉拔承載能力為 4.5KN8

6、KN, 8mm 背栓抗拉拔承載能力為 5KN10KN, 12mm 背栓抗拉拔承載能力為 6KN12KN。上述為承載能力標(biāo)準(zhǔn)值,即將拉拔試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì),將平均值減去 1.645倍標(biāo)準(zhǔn)差,前述錨深 12mm 離散性較大,其標(biāo)準(zhǔn)差也大,按 f K =f -1.645f 計(jì)算已考慮了離散性,不必再用系數(shù)折減。其設(shè) 計(jì)值 f TV =fK /2.143/2。 . 對(duì)只進(jìn)行了石材抗壓(抗彎試驗(yàn)的工程可用應(yīng)力法計(jì)算抗剪強(qiáng)度:=P/*h/cos*(D+h*tan f T3、錨固件錨固的長(zhǎng)期靜載試驗(yàn)錨固件長(zhǎng)期靜載試驗(yàn), 測(cè)試背栓錨固不同強(qiáng)度的基材在長(zhǎng)期靜載下的位移松動(dòng)及徐變性能, 設(shè)計(jì)試驗(yàn) 時(shí)間為一年(8

7、500H ,試驗(yàn)分長(zhǎng)期荷載抗剪試驗(yàn)和抗拔試驗(yàn),抗剪試驗(yàn)是指背栓在承受荷載抗剪作用下 經(jīng) 8500H 后,對(duì)受拉試件做極限拉拔力試驗(yàn)與未經(jīng)長(zhǎng)期荷載試驗(yàn)的試件作對(duì)比,試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明抗剪性能 良好,除加載初期觀察到較小因裝配間隙位移( 0.3mm 外未見(jiàn)其他破壞,在長(zhǎng)期抗拉拔試驗(yàn)中未見(jiàn)破 壞和明顯位移。說(shuō)明背栓與石材的連接即使在長(zhǎng)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(yàn),即反復(fù)荷載的疲勞試驗(yàn)。在正壓 300萬(wàn)次 +負(fù)壓 300萬(wàn)次往復(fù)動(dòng)力載荷耐疲勞度試驗(yàn)中,對(duì)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(yīng), 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(wàn)次強(qiáng)勁往復(fù)動(dòng)

8、力荷 載耐疲勞試驗(yàn)中未見(jiàn)損壞和明顯位移,而單切面背栓由于背栓本身活動(dòng),在往復(fù)動(dòng)力的壓、拉作用下,最 差的在 126次負(fù)壓破壞,因此可以看出背栓最好要帶尼龍?zhí)讐|,并采用雙切面即背栓與石材要首先緊固。 5、抗震試驗(yàn)華南城建學(xué)院抗震中心、 中國(guó)建筑科學(xué)研究院、 中國(guó)水科科學(xué)研究院進(jìn)行多次石材幕墻抗震性能振動(dòng) 臺(tái)試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明在地震加速度 0.6g 以下(相當(dāng)于烈度 9.7度時(shí)一切正常,華南城建學(xué)院抗震中心 試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)在 0.6g 時(shí)背栓有松動(dòng)跡象, 0.8g 時(shí)(相當(dāng)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(wú)尼龍?zhí)讐|的背栓, 幕墻組件的掛勾與橫梁

9、搭接量小于 6mm 。 其他試驗(yàn)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(dāng)于烈度 10.2度 、層間變位達(dá)到 1/54時(shí),背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻仍完好無(wú)損,而且經(jīng)過(guò)抗震試驗(yàn)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(yàn)的試件幾乎沒(méi)有區(qū)別。從以上試驗(yàn)可以看出,背栓式點(diǎn)連接花崗石幕墻在規(guī)范規(guī)定的使用范圍(6 8度區(qū)時(shí),可以采用 無(wú)尼龍塑料套墊的單切面背栓, 當(dāng)用于 9度區(qū)及 9度以上烈度區(qū)時(shí), 應(yīng)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(yīng)不少于 10mm 。二、設(shè)計(jì)與計(jì)算1、構(gòu)造設(shè)計(jì)首先要樹(shù)立一個(gè)概念:背

10、栓是一個(gè)緊固件,它把石材和石材幕墻組件中的連接件聯(lián)結(jié)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(gòu) 造相匹配的構(gòu)造要求來(lái)設(shè)計(jì)連接件。例如和外插式隱框幕墻(小單元幕墻相組合時(shí)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(gòu)造要求可采用一個(gè)背栓、兩個(gè)背栓、四個(gè)背栓等。當(dāng)采用一個(gè)背栓時(shí),孔一般應(yīng)位于板中心,孔中到板邊距離不大于 300mm ,板與連接件還應(yīng)采用 4個(gè)尼龍螺栓頂住板內(nèi)側(cè),保持板的穩(wěn)定。當(dāng)采用二個(gè)背栓時(shí), 孔中到板頂邊距離不大于 400mm , 至側(cè)邊不大于 300mm , 在背

11、栓兩側(cè)用尼龍螺栓 頂住板內(nèi)側(cè),保持板的穩(wěn)定。當(dāng)采用四個(gè)螺栓時(shí),孔中到板邊距離不大于 250mm 。背栓及孔的構(gòu)造要求如下表:表 1 背栓與石材錨固部位的施工質(zhì)量的重要一環(huán)是極限(公差配合的確定和檢驗(yàn),要求孔位偏差0.5mm ,孔距偏差0.5mm ,孔距與孔位偏差之和不得大于1.0mm ,孔徑 (68mm+0.4mm、 -0.2mm , 孔深 +0.4mm、 -0.1mm ,底部擴(kuò)孔直徑0.3mm 。2. 設(shè)計(jì)計(jì)算A. 一塊板用一個(gè)背栓P=qA=(P/t2 *0.5456Ln (0.64L/t+1.062 f T 或 =(P/t2 *1.2563lg (0.64L/t+1.062 f Tu=C(

12、PL 2/Et 3表 2 =P/*h/cos*(D+h*tan式中 : L L X 、 L y 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(gè)背栓錨固,可簡(jiǎn)化為兩端帶懸臂的簡(jiǎn)支板計(jì)算M A =MB = -qa 2/2R=qL/2M =qL2/81-4(a/L 2u C =uD =qaL2/24EI-1+6(a/L 2+3(a/L 3u =qL4/384EI5-24(a/L 2=R/*h/cos*(D+h*tan C . 一塊板用四個(gè)背栓錨固,按四角支承板計(jì)算=6mqL2/t2式中:L L X 、 L y 中較大;m 彎距系數(shù)。=(qa/

13、4*1.25 /*h/cos*(D+h*tan表 3 彎距系數(shù)表 表 4 天然花崗石板強(qiáng)度分級(jí)表 N mm 2t 例 1. MU110級(jí) (抗彎強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 8N/mm2 花崗石 500mm*500*30mm,用背栓 11*15M6一個(gè),驗(yàn)算花崗 石抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度。W K =4000N/m2, q EK =336N/m2, 。解:風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值 W=1.4WK =1.4*4000=5600N/m2地震(作用設(shè)計(jì)值 q E =1.3qEK =1.3*336=437N/mm2荷載(作用組合設(shè)計(jì)值 q=1.0 W+ 0.6 qE =1.0*5600+0.6*437=5862N/mm2背栓處集中力 P

14、=abq=0.5*0.5*5862=1466N石板抗彎截面最大設(shè)計(jì)正應(yīng)力值=(P/t2 *0.5456Ln (0.64L/t+1.062=(1466/302 *0.5456ln (0.64*500/30+1.062=3.83N/mm23.7N/mm2或 =(P/t2 *1.2563lg (0.64L/t+1.062=(1466/302 *1.2563lg (0.64*500/30+1.062=3.83N/mm23.7N/mm2需改用 MU130級(jí) (抗彎強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 9N/mm2 花崗石 f T =4.2N/mm2石板抗剪截面最大設(shè)計(jì)剪應(yīng)力值=P/*h/cos250*(D+h*tan250=14

15、66/15/cos250*3.14159*(13.5+15*tan250=1.38N/mm21.9N/mm2 例 2. 上例條件 1000mm*1000*30mm花崗石, 背栓 11*15M6四個(gè), 驗(yàn)算花崗石抗彎強(qiáng)度、 抗剪強(qiáng)度。 解:板長(zhǎng)寬比 L X /LY =0.7/0.7=1 查彎距系數(shù) m OY =0.1559石板抗彎截面最大設(shè)計(jì)正應(yīng)力值=6mqLY 2=6*0.1559*5.862*10-3*7002/302=2.98N/mm23.7N/mm2石板抗剪截面最大設(shè)計(jì)剪應(yīng)力值=qa/4*1.25/*h/cos*(D+h*tan=(5862/4 *1.25/(15/cos250*3.14

16、159*(13.5+15*tan25o =1.72N/mm21.9N/mm2例 3.用 MU130級(jí) (抗彎標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度 9N/mm2的花崗石 300mm*2050mm*30mm,兩個(gè) 13*15M8背栓各距板端 400mm,W K =3500N/mm2,驗(yàn)算花崗石抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度。解:石板自重標(biāo)準(zhǔn)值 G K =28000*0.03=840N/m2地震作用標(biāo)準(zhǔn)值 q EK =e max G K =5*0.08*840=336N/m2面荷載(作用組合設(shè)計(jì)值q 面 =1.4W+0.78 qEK =1.4*3500+0.78*336=5162N/m2線荷載(作用組合設(shè)計(jì)值 q 線 =b q面 =0.3

17、*5162=1549N/m2背栓處支座反力 R 1=R2= q線 L/2=1549*2.05/2=1588N彎矩 M=qL2/81-4(a/L2 =1549*1.252/8*1-4*(0.4/1.252=178.619N/m=178619N/mm 石板截面抵抗矩 W=bt2/6=300*302/6=45000mm3石板抗彎截面最大設(shè)計(jì)正應(yīng)力值=M/W=178619/45000=3.97N/mm24.2N/mm2石板抗剪截面最大設(shè)計(jì)剪應(yīng)力值=R/*h/cos*(D+h*tan =1585/15/cos250*3.14159*(15.5+15/tan25o =1.37N/mm22.1N/mm2三.

18、背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻用于復(fù)什部位連接設(shè)計(jì)下圖為有五個(gè)凸角, 三個(gè)凹角組成的裝飾線, 用背栓將石材緊固在五個(gè)連接件上順利完成了裝飾要求, 這對(duì)鋼銷(xiāo)、鋼勾是無(wú)法完成的。四.雨幕原理(The Rain Screen Principle 和石材幕墻防水構(gòu)造設(shè)計(jì)雨幕原理是一個(gè)設(shè)計(jì)原理，它指出雨水對(duì)這一層“幕”的滲透將如何被阻止的原理，在這一原理應(yīng)用 中其主要因素為在接縫部位內(nèi)部設(shè)有空腔， 其外表面的內(nèi)側(cè)的壓力在所有部位上一直要保持和室外氣壓相 等，以使外表面兩側(cè)處于等壓狀態(tài)，其中提到的外表面即“雨幕” 。壓力平衡的取得是有意使開(kāi)口處于敞 開(kāi)狀態(tài)，使空腔與室外空氣流通，以達(dá)到壓力平衡。這個(gè)效應(yīng)是由外壁后面

19、留有空腔所形成，此空腔必須 和室外聯(lián)通才能達(dá)到上述目的，由于風(fēng)的隨機(jī)性造成的陣風(fēng)波動(dòng)亦需在外壁兩側(cè)加以平衡。 大家知道，幕墻發(fā)生滲漏要具備三個(gè)要素： A幕墻面上要有縫隙； B縫隙周?chē)兴?C有使水通過(guò)縫隙進(jìn)入幕墻內(nèi)部的作用。 這三個(gè)要素中如果缺少一項(xiàng)滲漏就不會(huì)發(fā)生（如果將這三個(gè)要素的效應(yīng)減少到最低程度，則滲漏可 降低到最小程度） 。在外壁水和縫隙是無(wú)法消除的，只有在作用上下功夫，通過(guò)消除作用來(lái)使水不通過(guò)外 壁縫隙進(jìn)入等壓腔。在內(nèi)壁，縫隙和作用（特別是壓差）不能消除，要達(dá)到內(nèi)壁不滲漏，則要使水淋不到 內(nèi)壁，這正好由外壁（雨幕）發(fā)揮的效應(yīng)來(lái)達(dá)到，外壁內(nèi)、外側(cè)等壓，水進(jìn)不了等壓腔，就沒(méi)有水淋到內(nèi)

20、 壁，內(nèi)壁縫隙周?chē)鷽](méi)有水，內(nèi)壁就不會(huì)發(fā)生滲漏，這樣單元式幕墻對(duì)插部位就不會(huì)有水滲入室內(nèi)了。這個(gè) 設(shè)計(jì)的核心原理就是外壁（雨幕）內(nèi)、外側(cè)等壓，使雨水進(jìn)不了等壓腔，達(dá)到內(nèi)壁縫隙周?chē)鸁o(wú)水，即在內(nèi) 壁消除滲漏三要素中水的因素來(lái)達(dá)到整體單元式幕墻接縫體系不滲漏。但是，要達(dá)到完全等壓是困難的， 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(fēng)引起的，這種由風(fēng)引起的壓力在時(shí)間上和空 間上都是動(dòng)態(tài)變化的。由陣風(fēng)所形成的風(fēng)壓變化，使外壁兩側(cè)的壓力隨之變化。在陣風(fēng)波動(dòng)的瞬間，外壁 內(nèi)外兩側(cè)壓力是不等的（即等壓腔內(nèi)壓力與室外壓力不相等） ，要通過(guò)空氣流通來(lái)平衡，在空氣流通時(shí)就 有可能將水帶入等壓腔。風(fēng)壓在幕墻

21、外表的分布也是不平衡的，風(fēng)壓隨高度增加，有時(shí)幕墻外表面也有局 部（邊角、頂部）呈負(fù)風(fēng)壓狀態(tài)，當(dāng)兩個(gè)開(kāi)口處風(fēng)壓不等或一處為正風(fēng)壓另一處為負(fù)風(fēng)壓時(shí)，等壓腔內(nèi)壓 力約為兩個(gè)開(kāi)口處風(fēng)壓（負(fù)風(fēng)壓）的平均值，雨水總是沿著壓力降方向滲入，外側(cè)壓力大于等壓腔壓力的 開(kāi)口處就會(huì)有雨水滲入等壓腔，因此應(yīng)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(shí)排出至室外。這樣單元式幕墻接縫處防水構(gòu)造要使外壁具有防止大量雨水滲入的能 力，對(duì)少量滲入等壓腔的雨水能即時(shí)排出，使水淋不到內(nèi)壁，在內(nèi)壁消除滲漏三要素中水的因素，從而達(dá) 到雨水不滲漏到室內(nèi)的目的。還必須指出這僅是理論上闡述的原理，實(shí)際工程中要完全消滅滲漏三要素中 任何一項(xiàng)是不容易做到的，但不是說(shuō)我們就無(wú)能為力了，雖然不能到達(dá)完全消滅滲漏三要素中任何一項(xiàng)的 目的， 但可采取措施使?jié)B漏三要素每一項(xiàng)減少到最最低程度。 這樣在學(xué)習(xí)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)， 總結(jié)本國(guó)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上， 對(duì)單元式幕墻對(duì)插接縫處防水構(gòu)造設(shè)計(jì)已有一套較成熟技術(shù)方案，即在橫（豎）向接縫的外側(cè)設(shè)置雨披， 僅在兩單元組件連接處留一個(gè)小開(kāi)口，使等壓腔與室外空氣流通，以維持壓力平衡，這樣形成一個(gè)自上而 下、自左到右