建筑幕墻深化設(shè)計(jì)的重要性

1、建筑幕墻深化設(shè)計(jì)的重要性通過對(duì)石材墓墻的深化設(shè)計(jì)，闡述建筑幕墻深化設(shè)計(jì)的重要性。石材幕墻深化設(shè)計(jì)依 據(jù)單塊石材的重量、尺寸及抗震、抗風(fēng)壓等各項(xiàng)要求，進(jìn)行相關(guān)的力學(xué)強(qiáng)度計(jì)算， 確定石材的干掛方式及龍骨體系。在確定干掛石材的具體形狀及加工尺寸時(shí)，需精 確核實(shí)，以免造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。建筑幕墻深化設(shè)計(jì)是在設(shè)計(jì)院審定的建筑立面圖、安裝立面圖及節(jié)點(diǎn)大樣圖并經(jīng) 建筑師批準(zhǔn)后，按照安裝立面圖上的材料（玻璃、石材或各類金屬板）尺寸分格及節(jié) 點(diǎn)大樣圖的細(xì)節(jié)進(jìn)行加工詳圖設(shè)計(jì)，該詳圖在施工現(xiàn)場(chǎng)也稱（玻璃、石材或各類金屬 板）材料加工單。石材幕墻的深化設(shè)計(jì)，通常根據(jù)建設(shè)單位提供的建筑圖紙來確定石材的精確分格 尺寸、

2、顏色、材質(zhì)、嵌縫材料等，并繪出尺寸詳盡的石材立面圖及各復(fù)雜部位的節(jié) 點(diǎn)詳圖，然后依單塊石材的重量、尺寸及抗震、抗風(fēng)壓等各項(xiàng)要求，進(jìn)行相關(guān)的力 學(xué)強(qiáng)度計(jì)算、確定石材的干掛方式及龍骨體系。在確定干掛石材的具體形狀及加工 尺寸時(shí)，需精確核實(shí)，確保萬無一失（尤其在米用較昂貴的進(jìn)口石材時(shí)），以免造成 巨大的經(jīng)濟(jì)損失。目前，設(shè)計(jì)單位對(duì)幕墻干掛石材通常只提供立面分格形式和少量節(jié)點(diǎn)圖，施工單 位無法依圖施工，因此，需要對(duì)石材板及相關(guān)的干掛體系進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，而這一般 由掛板施工單位負(fù)責(zé)。由于技術(shù)水平參差不齊，許多石材工程甚至沒有相應(yīng)的力學(xué) 計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，選擇和確定石材及干掛體系均依據(jù)日常的施工經(jīng)驗(yàn)，很有可

3、 能因強(qiáng)度不足留下隱患或強(qiáng)度過大而浪費(fèi)材料。石材幕墻的深化設(shè)計(jì)需確認(rèn)石材板 塊材料、選擇的干掛方式和對(duì)石材及干掛體系進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，確定龍骨體系、埋件、 連接件等的尺寸規(guī)格。并在有條件的情況下，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的力學(xué)性能試驗(yàn)， 以確保石材幕墻的安全性。選擇石材深化設(shè)計(jì)應(yīng)配合設(shè)計(jì)單位和建設(shè)方，根據(jù)設(shè)計(jì)方對(duì)幕墻分格形式及材質(zhì)顏色等建 筑效果的要求，向建設(shè)方提供各種石材樣本，以協(xié)助其盡快確定所用石材。應(yīng)依據(jù) 所掌握的石材資料，重點(diǎn)考慮擬用石材的表面特征、顏色和紋理等技術(shù)性能指標(biāo)。 盡管石材供應(yīng)商會(huì)提供石材的物理性能指標(biāo)，但作為一種天然材料，石材的物理性 質(zhì)變化很大，應(yīng)再次予以確認(rèn)，以便為石材的設(shè)計(jì)確

4、立相應(yīng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)。選擇干掛方式石材的干掛方式有鋼銷式、通槽式、短槽式、背栓式等幾種形式，較常用的有短 槽式和背栓式2種。比較而言，短槽式成本較低，但安全性不如背栓式，通常用于 石材重量不太大或安全系數(shù)要求不太高時(shí);背栓式干掛牢靠穩(wěn)定，但成本較高，用于 較大塊石材（厚度30 mm時(shí)石材面積 1.5 m2）或?qū)κ陌踩阅芤筝^高時(shí)。石材及干掛體系的力學(xué)計(jì)算應(yīng)該先確定幕墻所受的荷載及作用形式，再確定石材的干掛方式，進(jìn)而確定石材 板塊的計(jì)算模型，并進(jìn)行受力安全性計(jì)算，最后根據(jù)干掛體系所受荷載值，確定干 掛體系的構(gòu)造形式和所用掛件、連接件、埋件及橫豎龍骨的規(guī)格尺寸。石材及其干 掛體系的設(shè)計(jì)應(yīng)符合國(guó)家行

5、業(yè)標(biāo)準(zhǔn)金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范（JGJ 133-2001） 的要求。3.1石材石材的計(jì)算主要包括掛板板塊自身的抗彎計(jì)算和掛板與掛件銷釘連接處的抗剪 計(jì)算，有時(shí)還應(yīng)計(jì)算石材的熱裂應(yīng)力。計(jì)算方式與石材的干掛方式有關(guān)（本文以背栓 式干掛石材固定體系為例說明）。石材板所受荷載包括水平向的風(fēng)荷載和地震荷載、 豎向的地震荷載和石材自重，以及溫度變化產(chǎn)生的熱裂應(yīng)力。背栓式干掛石材典型 的安裝體系是通過上下各2組（共4組）掛件將石材固定。其中，石材上面2組掛件 起支承石材重量及在垂直于石材平面的方向上約束石材的作用，下面的2組掛件在 垂直于石材平面的方向上起約束石材的作用。對(duì)石材進(jìn)行抗彎計(jì)算時(shí)，應(yīng)按支撐板

6、上4個(gè)點(diǎn)計(jì)算其應(yīng)力，所得最大彎曲應(yīng)力設(shè)計(jì)值不應(yīng)超過石材板的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。 對(duì)背栓掛件在石材板上產(chǎn)生的剪應(yīng)力進(jìn)行抗剪計(jì)算時(shí)，一般根據(jù)相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn) 行計(jì)算，要求石板所受剪應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值不大于板材抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。應(yīng)注意的是，豎 向剪應(yīng)力應(yīng)由上排的2組掛件承擔(dān)，而非全部4組掛件共同承擔(dān)。3.2荷載的確定計(jì)算時(shí)通常考慮材料的自重、所受風(fēng)荷載及地震荷載，并根據(jù)荷載作用方式對(duì)其 進(jìn)行組合。其相應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)及組合系數(shù)都應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范要求取用，對(duì)某些特殊的建 筑物，設(shè)計(jì)說明書中對(duì)相應(yīng)荷載計(jì)算取值會(huì)有特殊要求，在計(jì)算時(shí)應(yīng)對(duì)照規(guī)范取其 最大值。對(duì)干掛體系進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)剛體的力的傳遞特性，確定其所受荷載并 進(jìn)行力學(xué)

7、計(jì)算。當(dāng)有些荷載不易確定時(shí)，可通過模擬試驗(yàn)來確定其大小。3.3石材的允許應(yīng)力根據(jù)前述石材物理性能試驗(yàn)，可得到相應(yīng)的石材強(qiáng)度指標(biāo)。通常用于建筑物干掛 石材的有花崗巖、大理石和石灰石等，根據(jù)各種石材特有的性能特征及施工經(jīng)驗(yàn)， 對(duì)上述石材進(jìn)行力學(xué)計(jì)算時(shí)采用的安全系數(shù)應(yīng)有所不同。美國(guó)各種石材的工業(yè)協(xié)會(huì) 對(duì)相應(yīng)的石材都給出了推薦使用的安全系數(shù)，如對(duì)石灰石，美國(guó)石灰石行業(yè)推薦的 設(shè)計(jì)安全系數(shù)值為8。由實(shí)驗(yàn)得到的石材彎曲強(qiáng)度及壓縮強(qiáng)度除以相應(yīng)的設(shè)計(jì)安全 系數(shù)，即可得到時(shí)常的允許應(yīng)力。3.4干掛體系的設(shè)計(jì)在石材幕墻工程中，石材干掛體系的設(shè)計(jì)一般由施工單位獨(dú)立完成。由于幕墻具 有懸掛體系的特性，干掛體系的設(shè)計(jì)決

8、定著幕墻的結(jié)構(gòu)安全，有著特殊的重要性， 而又因?yàn)槠鋵儆陔[蔽工程，尤其應(yīng)得到足夠的重視。板材中的最大應(yīng)力可通過簡(jiǎn)化 計(jì)算方法或有元程序計(jì)算得出。值得強(qiáng)調(diào)的是，有些特殊的石材由于其獨(dú)特的紋理 特性而使石材在沿板長(zhǎng)及板高方向的強(qiáng)度具有非常明顯的差異，須分別對(duì)這2個(gè)不 同的強(qiáng)度方向進(jìn)行計(jì)算。另外，在計(jì)算石材于某一點(diǎn)達(dá)到某方向的最大應(yīng)力的同時(shí)， 必須計(jì)算其在垂直方向上的應(yīng)力。3.5石材板塊自身的抗彎驗(yàn)算對(duì)各向異性的石材，石材板塊姿勢(shì)的抗彎驗(yàn)算有以下兩種情況：石材板塊中發(fā)生最大彎曲應(yīng)力的點(diǎn)在另一方向上的應(yīng)力為零，只要此最大應(yīng) 力小于對(duì)應(yīng)方向上的石材允許應(yīng)力，則石材板塊自身的抗彎性能滿足要求，反之則 不滿足

9、。石材板塊中發(fā)生最大彎曲應(yīng)力的點(diǎn)在另一方向上的應(yīng)力不為零，則驗(yàn)算時(shí)也 應(yīng)同時(shí)考慮此應(yīng)力。這時(shí)可應(yīng)用內(nèi)摩擦理論，設(shè)一個(gè)方向?yàn)閄，另一個(gè)垂直的方向 為Y，則石材板塊自身的抗彎性能能滿足要求，反之則不能滿足。3.6銷釘孔處石材的抗剪驗(yàn)算根據(jù)銷釘孔的深度、石材板塊的厚度等計(jì)算公式，算出銷釘孔處的深度、石材板 塊的厚度等幾何參數(shù)，使銷釘孔處石材的抗剪能力能基本符合規(guī)范要求。以滿足石 材抗剪應(yīng)有的強(qiáng)度。石材物理性能試驗(yàn)在為某工程項(xiàng)目的石材做試驗(yàn)而建立設(shè)計(jì)指標(biāo)時(shí)，必須取能代表所用石材的試 樣，或者直接從將要用于建筑物的石材中挑選試樣。在1996年中國(guó)人民銀行總行大 樓外立面石材施工和1997年上海市仁恒濱江

10、園7號(hào)樓干掛石材中，由于國(guó)內(nèi)技術(shù)規(guī) 范和測(cè)試條件的限制，故參照美國(guó)、加拿大的有關(guān)規(guī)定，并按照中國(guó)人民銀行總行 和新加坡業(yè)主對(duì)工程施工的要求，我公司對(duì)干掛石材進(jìn)行了物理性能的測(cè)試。主要 包括彎曲強(qiáng)度、斷裂模量、壓縮強(qiáng)度、吸水率及體積密度，這些指標(biāo)均可通過國(guó)家 檢測(cè)權(quán)威機(jī)構(gòu)采用的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法獲得，而相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)中都有指定的最小物理性能 指標(biāo)。現(xiàn)場(chǎng)受力性能試驗(yàn)干掛石材理論計(jì)算的模型畢竟與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際受力情況有所不同，公司在1997年承 攬的武漢建銀大廈（近2萬m2幕墻工程，獲1999年度國(guó)家魯班獎(jiǎng)參建獎(jiǎng)）和濟(jì)南恒 隆廣場(chǎng)石材干掛施工，為驗(yàn)證理論計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，在施工現(xiàn)場(chǎng)按擬采用的干掛 石材的固定體系固定

11、石材，然后對(duì)其逐步施加設(shè)計(jì)規(guī)定的荷載并觀察記錄其整體受 力性能。最后按試驗(yàn)對(duì)力學(xué)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析和研究，以確保干掛石材在實(shí)際使用 過程中具有一定的安全度。施工圖設(shè)計(jì)干掛石材施工圖設(shè)計(jì)的依據(jù)為:建筑平面圖、立面圖、節(jié)點(diǎn)大樣圖、其他專業(yè)需與干 掛石材配合的有關(guān)圖紙及其他要求、干掛石材的計(jì)算書。施工圖設(shè)計(jì)必須做到既滿 足建筑師的要求，又要與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況相吻合，施工圖設(shè)計(jì)主要包括石材的安裝 立面圖設(shè)計(jì)、石材節(jié)點(diǎn)大樣圖設(shè)計(jì)、石材的加工詳圖設(shè)計(jì)等。6.1安裝立面圖根據(jù)建筑立面圖的板塊分格要求，在各立面上將不同形狀或不同尺寸的石材分 別獨(dú)立編號(hào)，編號(hào)應(yīng)確保唯一并方便實(shí)用，所設(shè)計(jì)的石材安裝立面圖應(yīng)清晰表達(dá)出 各立面上所有不同種類的石材板塊。若工程的體形較復(fù)雜，為方便查找干掛石材立 面圖紙，還應(yīng)設(shè)計(jì)干掛石材安裝立面圖的位置索引圖，以清晰地表示出與建筑物每 個(gè)區(qū)域墻面對(duì)應(yīng)的掛板立面編號(hào)圖編號(hào)。6.2石材節(jié)點(diǎn)大樣圖對(duì)建筑物的拐角、窗口、屋檐及其它復(fù)雜部位石材的形狀、尺寸及連接方式，應(yīng) 單獨(dú)設(shè)計(jì)干掛石材節(jié)點(diǎn)大樣圖，以表明這些部位石材的實(shí)際情況。6.3石材加工詳圖石材安裝立面圖及節(jié)點(diǎn)大樣圖經(jīng)建筑師批準(zhǔn)后，即可