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(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，可上面安裝玻璃幕墻，下

2、面安裝石材幕墻。b5E2RGbCAP 背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻已有二十多年歷史，我國在二十世紀(jì)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(diǎn)連接花崗石幕墻，復(fù)蓋主體結(jié)構(gòu)表面15000m2，花崗石幕墻（其構(gòu)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（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100萬m2。p1EanqFDPw

3、“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，在建造這些幕墻時，除按慣例進(jìn)行風(fēng)壓變形，空氣滲透，雨水滲漏三項(xiàng)物理性能檢測外，還對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臺試驗(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，同時找出了局部構(gòu)造改進(jìn)的方向。下面進(jìn)行詳細(xì)討論：DXDiTa9E3d 1.背栓拉伸試驗(yàn)。從調(diào)查資料看出，背栓的材質(zhì)與A2-70不銹鋼螺栓相近，其極限抗拉強(qiáng)度接近700N/mm2，非比例伸長應(yīng)力大于480N/mm2，一顆12mm（8mm、6m

4、m）背栓應(yīng)力截面積為84.3mm2 (36.6mm2、20.1mm2)，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。RTCrpUDGiT背栓伸拉試驗(yàn)對試驗(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fk=f-1.645f ，背栓抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值按GB50017可取為ftb=fub/2.174，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fvb=fub/2.857。5PCzVD7HxA現(xiàn)在有的廠商提供的參數(shù)，取fk=uf-2.57f.及抗拉材料分項(xiàng)系數(shù)1.8,和抗剪材料分項(xiàng)系數(shù)3.2和GB50068和

5、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”。我個人意見還是按GB50068執(zhí)行。jLBHrnAILg2.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，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，基材強(qiáng)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，12m

6、m背栓抗拉拔承載能力為6KN12KN。xHAQX74J0X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fK=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fTV=fK/2.143/2。.對只進(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：LDAYtRyKfE=P/*h/cos*(D+h*tan)fT3、錨固件錨固的長期靜載試驗(yàn)錨固件長期靜載試驗(yàn)，測試背栓錨固不同強(qiáng)度的基材在長期靜載下的位移松動及徐變性能，設(shè)計(jì)試驗(yàn)時間為一年（8500H），試驗(yàn)分長期荷載抗剪試驗(yàn)和抗拔試驗(yàn)，抗剪試驗(yàn)是指背栓

7、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(yàn)與未經(jīng)長期荷載試驗(yàn)的試件作對比，試驗(yàn)結(jié)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（0.3mm）外未見其他破壞，在長期抗拉拔試驗(yàn)中未見破壞和明顯位移。Zzz6ZB2Ltk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(yàn)，即反復(fù)荷載的疲勞試驗(yàn)。在正壓300萬次+負(fù)壓300萬次往復(fù)動力載荷耐疲勞度試驗(yàn)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(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)百萬次強(qiáng)勁往復(fù)動力荷載耐疲勞試驗(yàn)中未見損壞和明顯位移，而單切面背栓由于背栓本身活動

8、，在往復(fù)動力的壓、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。dvzfvkwMI15、抗震試驗(yàn)華南城建學(xué)院抗震中心、中國建筑科學(xué)研究院、中國水科科學(xué)研究院進(jìn)行多次石材幕墻抗震性能振動臺試驗(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時背栓有松動跡象，0.8g時（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(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

9、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，背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻仍完好無損，而且經(jīng)過抗震試驗(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)的試件幾乎沒有區(qū)別。rqyn14ZNXI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（68度區(qū)）時，可以采用無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，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。EmxvxOtOco二、設(shè)計(jì)與計(jì)算1、 構(gòu)造設(shè)計(jì)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(jié)在一起，它屬于可以自由拆卸的

10、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。SixE2yXPq5 石材與連接件的連接，視石板材尺寸和構(gòu)造要求可采用一個背栓、兩個背栓、四個背栓等。 當(dāng)采用一個背栓時，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個尼龍螺栓頂住板內(nèi)側(cè)，保持板的穩(wěn)定。6ewMyirQFL 當(dāng)采用二個背栓時，孔中到板頂邊距離不大于400mm，至側(cè)邊不大于300mm，在背栓兩側(cè)用尼龍螺栓頂住板內(nèi)側(cè)，保持板的穩(wěn)定。kavU42V

11、RUs 當(dāng)采用四個螺栓時，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 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FZP11×12M6/3A41112M6313.520FZP11×12M6/9A41112M6913.520FZP11×15M6/6A41115M6613.528FZP13×15M8/4A41315M8415.528FZP13×15M8/25A41315M82515.535FZP13×20M8/10A41320M81015.535FZP13×21M8w/5A41321M851

12、5.535FZP13×21M8w/20A41321M82015.535FZP11×19M6/6kt/3AL111014M6313.520FZP11×21M6/6kt/4AL111216M6413.520FZP13×24M6/6kt/3AL131519M8315.530FZP13×26M8/6kt/5AL131721M8515.534FZP11×21M6/ES/4AL111216M6413.520FZP13×24M8/ES/4AL131519M8415.530 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

13、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，y6v3ALoS89孔深+0.4mm、-0.1mm，底部擴(kuò)孔直徑±0.3mm。2.設(shè)計(jì)計(jì)算A. 一塊板用一個背栓 P=qA =（P/t2）*0.5456Ln(0.64L/t)+1.062fT 或 =（P/t2）*1.2563lg(0.64L/t)+1.062fT M2ub6vSTnP u=C×(P×L2/E×t3) 表2 LX/LY(LY/LX)C1.00.12651.10.13811.20

14、.14781.40.16211.60.17141.80.17692.00.18033.00.1840.1849 =P/*h/cos*(D+h*tan) 式中: LLX、 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(jì)算 MA=MB= qa2/2 R=qL/2 M=qL2/8×14×（a/L）2 uC=uD=qaL2/24EI1+6（a/L）2+3（a/L）3 u=qL4/384EI5-24（a/L）2 =R/*h/cos*（D+h*tan）C 一塊板用四個背栓錨固，按四角支承板

15、計(jì)算 =6mqL2/t2 式中： LLX、Ly中較大； m彎距系數(shù)。 =（qa/4*1.25）/*h/cos*(D+h*tan) 表3 彎距系數(shù)表 LX/LYm 0500130405501320060013390650136107001384075014080800143508501464090014940950152610001559 表4 天然花崗石板強(qiáng)度分級表 N mm2 t0YujCfmUCw等級強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fr抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ftv彈性模量 E線脹系數(shù) 泊松比 抗壓抗彎MU11011083.71.90.8*1040.8*10-50.125MU13013094.22.1MU1

16、50150104.72.31*104MU170170115.12.6MU190190125.62.8MU210210136.13.01.1*104MU230230146.53.3MU250250157.03.5MU270270167.53.8MU2902901784.0例1 MU110級(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，驗(yàn)算花崗石抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度。eUts8ZQVRd WK=4000N/m2, qEK=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 qE=1.3qEK =

17、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/mm2sQsAEJkW5T 背栓處集中力 P=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/mm2>3.7N/mm2 GMsIasNXkA 或 = （P/t2）*1.2563lg(0.64L/t)+1.062 =（1466/302）*1.2563lg(0.64*500/

18、30)+1.062=3.83N/mm2>3.7N/mm2TIrRGchYzg 需改用MU130級(抗彎強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值9N/mm2)花崗石fT=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)=1466/15/cos250*3.14159*(13.5+15*tan250)=1.38N/mm2<1.9N/mm27EqZcWLZNX 例2上例條件1000mm*1000*30mm花崗石，背栓11*15M6四個，驗(yàn)算花崗石抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度。lzq7IGf02E解： 板長寬比 LX/LY=0.7/0.7=1 查彎距系數(shù) mOY=0.1559 石板

19、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/mm2<3.7N/mm2zvpgeqJ1hk 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*3.14159*(13.5+15*tan25o) =1.72N/mm2<1.9N/mm2NrpoJac3v1 例3用MU130級(抗彎標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)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(yàn)算花崗石抗彎強(qiáng)度、抗

20、剪強(qiáng)度。解：石板自重標(biāo)準(zhǔn)值 GK=28000*0.03=840N/m2地震作用標(biāo)準(zhǔn)值 qEK=emaxGK=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*5162=1549N/m2背栓處支座反力 R1=R2= q線L/2=1549*2.05/2=1588N彎矩 M=qL2/81-4(a/L)2 =1549*1.252/8*1-4*(0.4/1.25)2=178.619N/m=178619N/mm1nowfTG4KI石板截面抵抗矩 W=bt2

21、/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/mm2<4.2N/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)fjnFLDa5Zo=1.37N/mm2<2.1N/mm2 三背栓點(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。tfnNhnE6e5四雨幕原理（The Rain Screen Princ

22、iple）和石材幕墻防水構(gòu)造設(shè)計(jì) 雨幕原理是一個設(shè)計(jì)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(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口處于敞開狀態(tài)，使空腔與室外空氣流通，以達(dá)到壓力平衡。這個效應(yīng)是由外壁后面留有空腔所形成，此空腔必須和室外聯(lián)通才能達(dá)到上述目的，由于風(fēng)的隨機(jī)性造成的陣風(fēng)波動亦需在外壁兩側(cè)加以平衡。HbmVN777sL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(jìn)入幕墻內(nèi)

23、部的作用。這三個要素中如果缺少一項(xiàng)滲漏就不會發(fā)生（如果將這三個要素的效應(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(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)來達(dá)到，外壁內(nèi)、外側(cè)等壓，水進(jìn)不了等壓腔，就沒有水淋到內(nèi)壁，內(nèi)壁縫隙周圍沒有水，內(nèi)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(nèi)了。這個設(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)壁縫隙周圍無水，即在內(nèi)壁消除滲漏三要素中水的因素來達(dá)到整體單元式幕

24、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)引起的壓力在時間上和空間上都是動態(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(fēng)壓在幕墻外表的分布也是不平衡的，風(fēng)壓隨高度增加，有時幕墻外表面也有局部（邊角、頂部）呈負(fù)風(fēng)壓狀態(tài)，當(dāng)兩個開口處風(fēng)壓不等或一處為正風(fēng)壓另一處為負(fù)風(fēng)壓時，等壓腔內(nèi)壓力約為兩個開口處風(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口處就會有雨水滲入等壓腔，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，對少量滲入等壓腔的雨水能即時排出，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，但不是說我們就無能為力了，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)