背栓式石材幕墙干挂法的优势研究.pdf

分类号：t u 7 1 1 10 7lo 一2 0 0 9 2 2 8 0 0 9 该步犬海 工程硕士学位论文 背栓式石材幕墙干挂法的优势研究 导师姓名职称 申请学位级别 论文提交日期 学位授予单位 李凡 李潘武副教授 答辩委员会主席 杏置、屯 教授 学位论文评阅人辱鼍屯教授角! 祀教授 h a n g i n g - - m e t h o do fb a c k - b o l t s t o n e - w a l l sl a w a d v a n t a g e ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e df o r t h ed e g r e eo fm a s t e r c a n d i d a t e ：l if a n s u p e r v i s o r ：p r o f l ip a n w u c h a n g a nu n i v e r s i t y , x i a n ，c h i n a 27洲5849“ii1洲y 论文独创性声明 一 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任何 未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：荐l u z m ! 年6 月j 日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 五f1 年月歹日 i “ 1 1 年6 月f 日 摘。要 目前我国是世界上石材产量、石材消耗量、荒料产量使用量和花岗岩出口量均为第 一的国家。而与巨大的石材市场相比，我国的石材幕墙工程却一直缺乏持续的发展战略 和世界一流施工专利技术。同时石材幕墙工程也是装饰装修工程中最具技术含量和经济 效益的分部工程，直接影响到建筑物整体造价。 石材幕墙主要的施工方式是干挂法，其中市场主导做法为背栓式干挂法，其在技术、 经济、施工可操作性等方面存在很多优势。本文基于以下四点原因对背栓式石材幕墙干 挂法进行优势研究：1 、相比较国外玻璃幕墙施工技术的日臻成熟，石材幕墙的施工更 易取得中国创造的专利技术。2 、伴随着国内房地产市场的蓬勃发展和装修工程的重复 性，石材幕墙工程市场巨大。3 、伴随着“十二五”规划的实施，耗能巨大的建筑市场 ( 包含幕墙工程) 必然由更为节能的施工方法( 背栓式干挂法) 所主导。4 、背栓式干 挂法填补了我国在高层，尤其是超高层建筑外墙装饰传统旧工艺所不能达到的一项空 白。在安全性、耐久性、可更换性等方面具有较大的优势。 本文将结合实际工程对石材幕墙及其背栓式干挂方法进行一次系统的总结研究，从 石材幕墙的分类、选材、组成、各项性能出发，联系干挂法的施工特点对其进行强度、 防火、耐久、施工、经济等方面的比较优势研究可行性分析。为以后的石材幕墙施工提 供可借鉴的范本。 关键词：石材幕墙；背栓式干挂；防火；比较优势 a b s t r a c t a t p r e s e n t ，0 1 1 1 “ c o u n t r y i st h ef i r s tl e v e li nt h ew o r l di n s t o n e p r o d u c t i o n ， s t o n e - c o n s u m p t i o n w a s t em a t e r i a l sp r o d u c t i o n , u s a g ea n dg r a n i t ee x p o r t s c o m p a r e d 、航t l l h u g em a r k e ti nt h es t o n e ，o u rs t o n e - w a l lp r o j e c th a sb e e nl a c ko fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t s t r a t e g ya n d f i r s t - c l a s sp a t e n tt e c h n o l o g yo ft h ew o r l d m e a n w h i l es t o n e w a l lp r o j e c tt h a ta d i r e c ti m p a c to nb u i l d i n g so nt h eo v e r a l lc o s ti st h em o s tt e c h n i c a lc o n t e n ta n de c o n o m i c b e n e f i t si nd e c o r a t e de n g i n e e r i n g d r y h a n g i n gm e t h o di st h em a i nw a yt os t o n e - w a l lc o n s t r u c t i o n , i nw h i c hm a r k e t l e di s t h eb a c k - b o l td r y h a n g i n gm e t h o d ，a n dt h e r ea l em a n ya d v a n t a g e si ni t st e c h n i c a l ，e c o n o m i c ， o p e r a t i o n a la n do t h e ra s p e c t so ft h ec o n s t r u c t i o n t h em a s t e rt h e s i si sb a s e do nt h ef o l l o w i n g f o u rp o i n t sa b o u tb a c k b o l td r y - h a n g i n gm e t h o d ：1 ，c o m p a r e d 晰t l lw e l lm a t u r e dt e c h n o l o g y i ng l a s s w a l lf o rt h ef o r e i g nc o n s t r u c t i o n ，t h es t o n e w a l li st oc r e a t eb e t t e ra c c e s st op a t e n t e d t e c h n o l o g yi nc h i n a 2 ，a l o n g 晰t l lt h eb o o m i n gd o m e s t i ci nr e a le s t a t em a r k e ta n dt h e r e n o v a t i o no ft h er e p e t i t i v e ，s t o n e w a l lm a r k e ti sb e t t e rt h a nb e f o r e3 ，a l o n g 晰t 1 1 ”t w e l f t h f i v e y e a rp l a n ”o ft h ei m p l e m e n t a t i o no ft h ee n e r g yg i a n t sc o n s t r u c t i o nm a r k e t ( i n c l u d i n g w a l l - p r o j e c t ) m u s tb em o r ee n e r g ye f f i c i e n tb yt h ec o n s t r u c t i o nm e t h o d ( h a n g i n g - m e t h o do f b a c k - b o l t ) d o m i n a t e d 4 , h a n g i n g - m e t h o do fb a c k - b o l ta th i 曲一r i s eb u i l d i n g s ，e s p e c i a l l yi n s u p e r - t a l l b u i l d i n g sc a nr e p l a c e d 、惦t l lo l dw a y si ne x t e r n a ld e c o r a t i v et r a d i t i o n t h e r ea r e a g r e a t e ra d v a n t a g e i ns a f e t y ，d u r a b i l i t y ，a n do t h e ra s p e c t s t h em a s t e rt h e s i su s et h ee n g i n e e r i n g i no r d e rt om a k eas y s t e m a t i cs u m m a r yo fs t u d i e s o nt h es t o n e - w a l la n dm e t h o do fd r yh a n g i n g ，f r o mt h ec l a s s i f i c a t i o n ，s e l e c t i o n , c o m p o s i t i o n ， t h ep e r f o r m a n c eo fd e p a r t u r ei ns t o n e w a l l s ，c o n t a c t 晰t l lt h ec h a r a c t e r i s t i c so fd r y - h a n g i n g i nc o n s t r u c t i o n a n dm a k eas t u d i e so ni t s s t r e n g t h ，f i r es a f e t y , d u r a b i l i t y , c o n s t r u c t i o n ， e c o n o m ya n d o t h e r a s p e c t s o fc o m p a r a t i v e a d v a n t a g es t u d y t h e s t o n ec u r t a i n w a l l ， c o n s t r u c t i o nf o rl a t e rr e f e r e n c et e m p l a t e sp r o v i d e i nt h ef u t u r e k e yw o r d s ：s t o n e - w a l l s ；h a n g i n g - m e t h o do fb a c k - b o l t ；f i r e ；c o m p a r a t i v ea d v a n t a g e i i 目录 第一章绪论。 1 1 1 石材幕墙在建筑行业上的应用背景及现实意义1 1 2 石材幕墙与其它幕墙的比较优势。4 1 3 本文研究的问题及意义5 1 4 本文研究的观点与新方法6 第二章石材幕墙的选材与计算9 2 1 石材幕墙的分类和选材9 2 3 石材幕墙的施工方法1 3 2 4 石材幕墙干挂法比较研究。l5 2 5 幕墙工程规范的制定和发展。1 6 2 6 干挂石材幕墙的计算1 8 2 6 1 干挂石材幕墙计算原则l8 2 7 本章小结2 l 第三章背栓式干挂的比较优势2 2 3 1 背栓式工程实践分析2 2 3 2 背栓点位置研究确定2 3 3 3 背栓式石材板的强度校核2 4 3 4 背栓式干挂法的性能分析2 6 3 4 1 背栓式干挂法的抗剪切优势2 6 3 5 本章小结2 9 第四章背栓式干挂的防火优势3 1 4 2 石材幕墙的防火设计和施工要求3 3 4 3 背栓式干挂石材幕墙的防火优势与应用前景3 4 4 4 本章小结3 6 第五章结论和展望 3 8 i i i 5 1 背栓式干挂法优势总结3 8 5 2 背栓式干挂法问题分析3 9 5 2 1 石材幕墙行业问题分析3 9 5 2 2 背栓式于挂法问题分析4 l 5 3 背栓式干挂法发展展望4 1 参考文献。 4 4 义 石材幕墙是现代建筑工程的延续，它在国内的大规模应用是人们对美追求的延伸， 更是我国改革开放后国力增长的体现。伴随着我国经济、科技的飞速发展，石材幕墙工 程中的新材料、新技术、新工艺、新标准都在发生改变，使石材幕墙工程与现代科学、 技术、艺术的发展更加密不可分。石材幕墙工程的特点，决定了其应向经营技术密集型 转变。而这种转变也是我国现在社会经济转型的一个具体实例，所以我们说石材幕墙的 发展是我国社会经济活动发展的一个缩影和具体体现。 石材幕墙的应用在建筑史上主要有以下几个阶段。先从国外幕墙的发展阶段说起： 1 8 5 1 1 9 5 0 年，称为探索阶段，以英国的伦敦工业博览会水晶宫( 图1 1 ) 为代表。在这 个时期，石材幕墙的材料品种、质量及施工工艺在不断实际使用中进行着试验、总结、 分析和积累。1 9 5 0 1 9 8 0 年称为发展阶段，以采用新技术、新材料、新工艺为特征，这 一时期的代表作是美国宾夕法尼尔考大楼( 图1 2 ) ，被称为第二代石材幕墙。1 9 8 0 1 9 9 6 年称为推广阶段，在发达国家，石材幕墙大量进入工程实用。1 9 9 6 - 至今，称为应用阶 段，随着社会财富的积累和对生活质量水平的追求，石材幕墙以其作为现代大型生态办 公建筑外墙被广泛使用。【l j 总结起来，国外成熟的石材幕墙施工技术出现在德国、意大利、葡萄牙、美国等发 达国家，从地理位置上看，多属沿海国家，这也与他们很早就使用石材有关，历史上意 大利、葡萄牙因为航运的便利，很早就是石材产品重要生产国和石材技术运用的国家， 德国则依靠扎实的技术优势和一丝不苟的工作态度在世界石材幕墙行业占有很重的份 额，美国是现代幕墙研究、运用最早的国家之一，是世界玻璃幕墙技术的领先者和标准 的制订者，它也在一直更新自己的、研发、设计、施工技术，每年新建的幕墙产品数之 不尽，各种新技术应接不暇。以上我们可以发现拥有着丰厚的历史、强大的经济、技术 实力是在石材幕墙行业占有一席之地的根本，而凭借工业技术革命以来所积蓄的科技实 力和普通工人所具备的科学文化素质更是让西方发达国家在现代石材幕墙的发展中优 势尽显，无论是规范的制订、施工模型的设计、材料的更新，维修和保养等方面遥遥领 先于我们，但我们与他们的差距还是可以通过努力弥补的。因为我国有非常丰富的石材 资源，从沿海的福建到内陆的内蒙古，各个地区都有自己的特色石材，同时我国也是世 界上最早使用石材的国家，各个时期石材在人们的生活中都扮演着举足轻重的角色。 第一章绪论 图1 1 英国的伦敦工业博览会水晶宫 图1 2 美国宾夕法尼尔考大楼 我国在改革开放前对石材幕墙的使用是少之又少的。不但被当时经济所累，也是受 当时国内技术、材料所限，当时人们对建筑物外墙的装修理念还停留在最原始的状态。 从设计到施工都无从谈起。1 9 8 3 1 9 9 4 年是我国石材幕墙的起步期，主要是以模仿国外 技术施工，材料也已进口为主，无中国行业标准，技术质量水平低下。因此建设部在1 9 9 4 年专门下发的7 7 6 号文件中，丌始明确了石材幕墙设计和施工的划分。1 9 9 5 2 0 0 2 年是 我国幕墙发展的成长期，特别是1 9 9 5 年成立的中国建筑金属结构协会铝门窗幕墙委 员会，这是中国进入石材幕墙成长期的标志。1 9 9 6 年后，一大批优秀的民营企业集团 开始茁壮成长起来，这批骨干企业完成了此后幕墙行业7 0 的份额。在国家重点工程， 城市性标志性建筑中占有重要地位。从2 0 0 5 年开始，幕墙行业进入了可持续发展的阶 2 长安大学硕士学位论文 段，建筑幕墙年产能力达到约3 0 0 0 万平方米，一大批新品、精品横空出世，生态幕墙、 智能幕墙等新概念开始流行起来。 总产值利润总额人均总产值人均利润 年份 ( 万元) ( 万元)( 元人)( 元人) 2 0 0 4 1 0 4 4 7 1 3 23 1 5 8 1 7 1 1 3 2 8 33 4 2 5 2 0 0 5 l2 3 6 9 0 9 6 3 7 6 1 8 11 2 0 3 4 23 6 6 0 2 0 0 6 l4 7 9 8 0 7 6 4 2 8 8 9 21 3 2 7 6 93 9 1 2 2 0 0 71 6 1 0 7 6 1 24 6 7 7 6 51 3 9 9 7 54 1 9 8 2 0 0 817 6 5 8 8 9 75 1 0 0 6 51 4 5 2 2 94 3 3 7 2 0 0 919 5 5 6 3 9 85 5 9 8 3 81 5 8 8 5 24 6 6 2 表1 1 我国建筑装饰业主要经济效益指标 总产值利润总额人均总产人均利润 年份 ( 万元)( 万元)值( 元人)值( 元人) 2 0 0 44 6 9 0 3 4 31 8 7 6 1 31 3 3 2 1 83 2 2 8 2 0 0 55 6 9 7 5 1 72 3 3 5 9 81 4 2 2 1 53 7 6 3 2 0 0 67 2 2 7 6 7 62 7 2 6 2 l1 4 8 0 9 74 2 7 4 2 0 0 78 9 3 9 8 5 33 2 7 5 9 41 5 1 0 0 54 8 3 4 2 0 0 89 5 4 8 5 3 83 5 3 7 4 71 5 9 9 5 85 5 8 2 2 0 0 9 l0 2 9 8 8 6 5 3 8 1 8 7 51 6 8 0 5 46 0 1 3 表1 2 我国建筑幕墙业主要经济效益指标 我国石材幕墙的发展可以概括为：起步晚、发展快、自主多、市场大。北京奥运 会、上海世博会、广州亚运会的成功举办更为我国及世界的幕墙发展提供了一个良好的 契机，为新技术、新材料、新概念提供了良好的平台。经过改革开放3 0 年的发展，伴 随着我国经济快速增长，城市化的不断加快，城乡居民消费结构逐渐升级换代，以及由 于制度性变革带来的房地产行业的持续快速发展和居民私人拥有住宅比例的提高，我国 幕墙行业呈现出持续、迅猛增长的势头( 表1 1 、表1 2 ) ，成为成长性最好的行业之一， 因为幕墙行业的平均利润水平高于装饰行业平均水平，所以幕墙行业的前途大有可为， 作为其中重要组成部分的石材幕墙，在以后的发展中必然也将迎来一个发展快速期。为 了更好的利用这难得发展的机遇，我们必须掌握石材幕墙的各种性能指标和优点及不 足，从玻璃幕墙、金属幕墙和石材幕墙比较分析开始。我们从它们的外观开始进行解读， 通过材料特点、发展趋势、安全性、防潮、环保和节能、后期的维修、清洗和养护等方 面进行比较说明。我们会发现石材幕墙符合新时代的发展要求，更少的污染和更低的耗 能，在以后的生活中我们会发现更多的石材幕墙出现在街上，给人们以建筑之美的震撼。 第一章绪论 1 2 石材幕墙与其它幕墙的比较优势 图1 3 玻璃幕墙图1 4 金属幕墙 就建筑本性而言，石材幕墙是建筑物不承重的石材外墙护围，通常情况下，是由饰 面板( 复合石材、石材) 和支撑龙骨结构组成，悬挂在结构整体上。最近几年，我国已 经成为世界上建造幕墙最多的国家，成为世界上最大的幕墙市场。每年施工约一千万平 方米的幕墙。发展令人叹为观止，形势蔚为壮观。如今，石材幕墙在我国的建筑幕墙领 域里也是呈快速发展之势。甚至毫不夸张的说，石材幕墙在中国建设中的大挺进、大潮 流，是改革开放的一大成果，是建筑新墙体技术的一大跨越。而石材幕墙正式凭借自身 的特点而在建筑幕墙的发展中占有一席之地。现在流行的建筑幕墙主要是三类：玻璃幕 墙( 图1 3 ) 、金属幕墙( 图1 4 ) 和石材幕墙。相比于前面两类幕墙，石材幕墙使用最 早但范围和技术还赶不上前面两者，特别是外表华丽的玻璃幕墙，主要是因为石材幕墙 造价相对较高，材质较为笨重，在运输及保管等方面存在不便，但是石材幕墙也有自己 独特的优势，而且这种优势是其他幕墙望其向背的a 首先，石材幕墙的发展趋势符合现代建筑幕墙的发展方向： 1 从笨重性走向更轻型的板材和结构，一般天然石材厚度仅为2 5 m m ，而且经过机具 打磨后，新型材料最薄可达到l m m ，更符合现在简约的流行趋势； 2 品种由单一走向多样型。我国是著名的石材产区，天然石材资源自古就是品种多、 样式全。随着科技的发展进步，现在更多人为的因素融入到了石材材质中，从颜色到强 4 长安大学硕士学位论文 度再到使用范围，最新推出的石材漆就是在这样的背景下推出的，具有使用场地、材料 不限，而且使用方便、用途宽广； 3 更高的安全性能，石材幕请相对于玻璃、金属幕墙有得天独厚的防火、防潮优势； 4 更灵活方便快捷的施工技术，随着石材幕墙的不断应用，现在我国已经基本掌握 了各种施工方法，并结合本国国情创造出很多的好方法，像本文介绍的背栓式干挂就是 具体的例子； 5 更高的防水性能，延长了幕墙的寿命( 从封闭式幕墙发展到开放式幕墙) ； 6 环保节能，一次到位。石材相对于玻璃、金属有更高的耐久性，而且石材的质感、 色彩更是其他种类幕墙所不具备的，所以可以说是一次安装，终身流行。【2 】 石材幕墙材质天然、光亮晶莹、坚硬典雅、高贵庄重，是装饰界难得的上乘材料， 它的耐冻性能，保温性能功能较玻璃幕墙、金属幕墙也有很大优势，符合绿色、环保、 节能的新建筑理念。石材材质天然的特性决定了它具有很大的抗压强度，不需要后期过 多的二次加工，对施工工期具有保证。在实际的施工中，它的施工技术简单且经验足， 可以更好的节约成本。相比较玻璃幕墙在施工中的高耗能、难管理、难运输，现在越来 越多的建筑外墙都倾向于使用石材幕墙，而且伴随着石材幕墙各项技术基数的发展，不 会造成玻璃幕墙所导致的光污染，也不可能因不能频繁清洗就效果打折扣，更因其本身 的特点而不会像金属幕墙那样易变形，难保养。 以上几点证明，虽然石材幕墙在材料品种、技术、工艺还有待提高，但它一次投入 所产生的效果是最有经济效益的，它的利用时间也是最长久的，正合我们所提倡的可持 续发展相吻合。也与我国十二五规划对建筑行业所倡导的节能减排是很好的体现。 1 3 本文研究的问题及意义 虽然我国的石材幕墙行业正处于快速发展时期，但整体上仍和我国其他的建筑行业 一样属于粗放式增长，与我国过去经济增长方式相一致，当然这也是过去我国经济增长 政策所导致的。现在我国石材幕墙装饰行业市场有近万家企业，但其中九成以上是民营 企业，由于缺乏政策保护和长期性有效规划，其发展前景不是很乐观。目前，各大、中 专院校对于石材幕墙乃至建筑装饰幕墙依然是盲区。具体表现在没有本科专业，没有专 门的设计学科，没有独立的设计体系，石材幕墙行业的从业人员来源复杂，千奇百怪， 几乎囊括了各行各业的人。这就为石材幕墙的发展，质的提升带来很大的难题。 特别是在2 0 0 7 年后，中国对w t o 所承诺的对建筑业的保护期将要结束，外资企业 可以全面进入我国的建筑装饰市场，而我国的建筑装饰业生产力水平，无论在人、物、 第一章绪论 机方面同国外发达国家相比差距都是巨大的。因此，如何对石材幕墙行业进行行业分析， 寻求提高行业产业效率、规范石材幕墙市场秩序的路径，同时最大限度的降低石材幕墙 所需的一次性能源消耗，又能创造出健康、舒适的室内环境，减少建筑设备的投入，是 目前摆在我们面前的一项非常迫切的课题。 对于石才幕墙行业，无论是设计还是施工，随着经验的增加，各项技术的日臻熟练， 通过资源整合、细部分析降低单项成本是每个企业的目标。一个成熟的企业在石才幕墙 施工时不仅考虑整体的安全性，也会细致的考虑到局部的安全效应，特别是承受荷载的 龙骨体系和传导荷载的背栓点设计计算安全，并在实际操作中进行合理的流水施工。因 为干挂石才幕墙的方法很多，选择适合工程实际的施工方法尤为重要。本文将尽量详细 介绍选择背栓式的原因和合理性，并说明合理背栓点的布置和数量，以便到达最理想的 受力效果和最佳的外观。 最近一年来，几次建筑幕墙的火灾基本都是由保温或防水材料着火并迅速由星星之 火变为燎原之势，酿成大祸。但是现在市场上销售的这些材料或多或少都具有火灾隐患， 要引起各方面重视。例如现在使用的挤塑保温板保温性能好，厚度小，施工环保，确实 优点不少。但是，不防火，甚至容易成为导火索。在工地现场常产生的电焊火花或其他 火焰温度足以引燃这种挤塑板。实际施工中还发现，这些材料不仅可点燃，而且不自熄， 一旦点燃就迅速扩大燃烧范围，使局部小火变成巨大的火灾。这些材料甚至在密闭空间 内都可以继续延烧，因此在各地新建的体育馆、文化馆保温材料都应选定和推广可靠防 火性能的保温材料。1 3 j 1 4 本文研究的观点与新方法 如今漫步在各个城市的大街上，随处可见作为建筑物外墙面装饰用的各类石材饰面 板，石材幕墙以其特有的风格、高雅的品质、亮丽的外形，使建筑物的外形整体更具时 代感和艺术感，是否使用或者大规模的使用石材幕墙已成为一个城市建筑步入现代化的 重要衡量标志之一。我国作为最早使用石材的国家和石材的原产国，今后石材幕墙产业 一直是会快速增长的。 2 0 1 0 年1 - 9 月，大理石板材累计产量3 4 5 3 万平方米，较上年同期增长3 0 8 5 ，花 岗石板材累计产量2 2 9 2 1 万平方米，较上年同期增长1 9 8 5 ，累计实现工业总产值 1 5 7 4 2 7 亿元，较上年同期增长2 9 9 0 ，累计工业增加值较上年同期增长2 4 4 5 。2 0 1 0 年1 8 月，行业主营业务收入累计完成1 3 0 6 2 7 亿元，较上年同期增长2 9 2 0 ，主营业 务成本累计1 0 7 9 4 9 亿元，较上年同期增长2 8 7 5 ，营业、管理、财务三项费用累计 6 长安大学硕士学位论文 7 7 5 1 亿元，较上年同期增长3 1 7 5 ，累计实现利润9 7 3 4 亿元，较上年同期增长4 8 1 6 。 2 0 1 0 年8 月底，建筑装饰用石开采与加工应收帐款净额7 6 3 8 亿元，较上年同期增长 2 2 1 2 。建筑装饰用石开采与力n - r _ 存货1 11 6 5 亿元，较上年同期增长2 9 8 4 。2 0 1 0 年 1 - 9 月，建筑用石开采与加工累计投资4 0 1 0 5 亿元，较上年同期增长6 1 0 7 。其中， 建筑用石开采累计投资1 2 2 6 9 亿元，较上年同期增长3 9 5 3 ，建筑用石加工累计投资 2 7 8 3 6 亿元，较上年同期增长7 2 8 3 。这些数据都表明我国的石材产业一直是蓬勃发 展，而作为其直接应用典型的石材幕墙产业发展也是惊人的。而这需要我们更合理的了 解石材幕墙，了解它的各项物理化学指标、使用范围、注意事项等。【4 】 目前石材幕墙主要的施工方法为干挂法，它是一种为将装饰石材饰面板利用各种金 属连接件固定在建筑结构墙体表面的施工工艺。总的来说，干挂法可以不受施工环境所 限，最大程度的避免了湿作业，改善了施工条件，并且提高工人的工作效率，同时，干 挂法又具有外幕墙装饰效果好，减轻建筑物自重，克服了湿作业时水泥砂浆粘结剂对石 材渗透的弊病等。目前，干挂法已在施工现场占据相当大的比例，并具因为它的便捷性， 已呈逐年上升趋势。面对石材干挂技术的迅猛发展，国内石材幕墙干挂工法的储备却不 多，而且生产和施工单位都缺乏技术规范，现场施工人员技术素质又偏低，使石材幕墙 工程施工中存在诸多的安全隐患。如幕墙计算不合理、幕墙结构设计不明确，幕墙材质 选材不适合，施工现场管理不规范等。本文就石材干挂在施工中较突出的安全隐患和合 理的施工方案为线索，再综合考虑各方面因素，从计算模型入手，涵盖设计、选材、施 工、监管等石材幕墙工程的方方面面，而整个系统的难点、重点将是合理安排石才幕墙 施工。本文将结合具体工程实例，从工程实际作为出发点，充分考虑各方面的影响，用 较为具体的实用理念对背栓式干挂法在石材幕墙施工中的比较优势进行研究，并在借鉴 国内外成功经验的基础上，结合工程实际运用对背栓式干挂法这一新技术进行探索和补 充。 背栓式干挂法( 图1 5 ) 在石材幕墙施工中的运用首先是基于它能够保障施工安全性 的要求，针对石才外幕墙的工程结构的计算给出的合理设计，并在实际施工中基本都得 能到很好的实施，实用性强。也为我们的研究提供理论依据。同时背栓式施工法在幕墙 抗震、防火方面的优点也是显而易见的。本文将在后续的章节中详细介绍。特别是近年 来层出不穷的幕墙火灾事故，更是值得每个建筑人深思，在我国以后新建的石材幕墙产 品中这样的事故肯定是不可能避免的，怎样才能使危害最小化呢，只有我们不停的推进 我们的设计、施工技术能力。下面我们就对石材幕墙进行系统化的研究、分析。 7 第一章绪论 图1 5 背拴现场图 8 长安大学硕士学位论文 第二章石材幕墙的选材与计算 2 1 石材幕墙的分类和选材 近年来，随着经济的发展及城市面貌的改善，在建筑外墙装饰中，石材幕墙越来越 受到广大业主及建筑师们的青睐，在现有建筑幕墙中占有相当大的比例。当前石材幕墙 从外到内主要包括：石材饰面板、金属连接件、金属固定龙骨、预埋件及封闭胶。其中 石材饰面板是决定石材幕墙品质的决定性因素，五彩缤纷的大理石饰面板、端庄婉约的 花岗岩饰面板、各色纷呈的复合板，这些给人强烈视觉冲击的板材根据建筑物的用途而 灼灼生辉。为了更好的了解石材幕墙，理解它的分类，下面我们从石材饰面板材质着手进 行石材幕墙的分类。 本质上来讲，石材跟其他的建筑产品不同，石材是天然的，不是人工生产的，所以 不存在高低贵贱的差别，从这一点我们可以说所有石材都是一样的，都适合用于石材幕 墙。但产白天然的石材也有区别，比如硬度、色彩和平整度等。现在国内市场上主要使 用的石材幕墙材料主要分类有： 1 大理石和花岗岩：相对而言，大理石较花岗岩的颜色浅、材质硬度小、因为开采 难易程度及含量等因素而价格高； 2 浅色系和深色系：一般来说，浅色系的石材较深色系的硬度小、纹理多、颜色广、 辐射小、价格高。 无论是根据上述那种分类原则选择的石材，都必须严格遵守国家有关规定执行。目 前，我国在石材幕墙的选材和竣工验收中起到主要作用的强制标准主要有以下几个： 工程建设标准强制性条文、建筑工程施工质量验收统一标准、建筑装饰装修 工程及验收规范、金属与石材幕墙工程技术规范和天然石材产品放射性防护分类 控制标准。总结起来，建筑石材幕墙对于石材材质的具体要求主要是： 1 从二氧化硅的含量来衡量，因为二氧化硅含量越高越坚固和耐久性好，但过高也 会使石材更容易遭受大气中的二氧化硫的污染，一般以5 0 为宜； 2 密度和均匀性，体积密度( 表2 1 ) 不能过低。就均匀性而言，石材中不能有软弱 夹层或者是软弱的矿脉，通常以弯曲强度( 表2 2 ) 来衡量( n r a m - ) ； 石材种类 花岗岩大理石石灰岩砂岩 体积密度 芝2 5 2 6 之2 1 2 4 表2 1 石材体积密度的标准要求 9 第二章石材幕墙的选材与计算公式 0 8 ： i 石材种类花岗岩其他石材备注 l 弯曲强度 1 0 4 表2 2 石材弯曲强度的标准要求 3 冻融系数。用于外墙的石材必须符合国家标准g b 9 9 6 6 2 ，其冻融系数不得小于 4 吸水率( 表2 3 ) ； 石材种类花岗岩大理石石灰岩砂岩 吸水率限值 0 8o 84 o5 o 表2 3 石材吸水率的标准要求 5 放射性，用于幕墙的石材，其放射性应符合建筑材料放射性素限量g b 6 5 6 6 中的有关对石材的要求。 之所以用以上五个指标来衡量石材幕墙选材标准是因为它们都和石材幕墙在实际 使用中密切相关，二氧化硅的含量决定其硬度，也就决定了石材幕墙在实际安装和使用 中具有一定的安全性和实际可行性。密度和均匀性决定了石材品质，进而延伸到它的使 用寿命，对石材幕墙的造价有很大影响。冻融系数和吸水率直接关系到石材幕墙的使用 区域限制和寿命的长短，并间接影响到整个石材幕墙的保温节能能力。在人们对环保越 来越重视的今天，绿色建筑、和谐生活已经完全纳入了建筑者的思维中，而放射性是一 个很重要的衡量指标，是对人们有品质生活的保证。 随着人们对居住质量要求的不断提高，建筑物外墙装饰越来越被重视。石材幕墙作 为一种美化建筑的安装工艺，在美观、耐久、不易变色及平整度上都达到了一个新的水 平，在大型民用建筑外墙面装饰中得到日益广泛的应用，其重要性也日益提高。因此我 们必须从石材材质本身的物理、化学特性对石材幕墙加以了解。 2 2 石材幕墙的物理化学性能 就像秦佑国先生所论述的一样，“当今中国，我们在建筑上已经丢失了传统的手工 技艺，却还停留在手工操作阶段，没有进入工业制造的现代工艺阶段，粗糙，没有细部， 不耐看，不能近看，不能细看。“ 1 5 】 这是对目前建筑行业品质的深刻认识，石材幕墙行业也不例外，伴随着经济大潮的 风起云涌和时间的推移，原来技艺精湛的职业装饰工人已经越来越少，更多的是出为工 人，入为农民的建筑工人，这让我国的石材幕墙升级换代提高了难度，也更让我们有一 种危机之感，因此我们必须从其他方面补齐、提升。而就石材幕墙项目施工来说，必须 1 0 长安大学硕士学位论文 将石材的物理化学性能进行详细的了解，才能更好的材以致用。 幕墙的物理化学性能，主要是包括幕墙的四个方面：抗风压性能、空气渗透性能、 雨水渗漏性能及平面内变形性能。 根据国家标准g b 5 0 2 1 0 2 0 0 1 装饰装修工程施工验收规范、j g j l 0 2 2 0 0 3 玻璃 幕墙工程技术规范、j g j l 3 3 2 0 0 1 金属与石材幕墙工程技术规范和j g j t 1 3 9 2 0 0 1 玻璃幕墙工程质量检验标准的要求，建筑幕墙工程在竣工验收时应提交的检测报告 中，需要包含幕墙的抗风压性能、空气渗透性能、雨水渗漏性能及平面内变形性能检测 报告。同时监管部门要求全国大部分幕墙工程按上述标准进行三性或四性检测，并要求 施工方和监理方对幕墙的内在质量清晰明了，对达不到要求的幕墙及时发现问题、进行 整改使之达到使用要求，在主观上积极避免了质量安全事故的发生。 6 - l o 】 对于天然石材的物理化学性能检测，每个国家都根据自己的国情制定了相应的测定 方法和标准( 最常用的有美国标准、英国标准、德国标准) ，作为现今使用石材最多的 国家，我国也制定了适合自己的标准。现在主要将美国标准与我国标准进行对比和比较。 a s t m试验内容我国对应标准试验内容 a s t m c 9 7吸水率和体积密度 g b 9 9 6 6 3 体积密度真密度 a s t m c 9 9 断裂模数 a s t m c l 7 0 抗压强度 a s t m c 2 1 7 耐候性 g b 9 9 6 6 6 耐酸性 a s t m c 2 41 耐磨性 g b 9 9 6 6 4耐磨性 a s t m c 5 8 0 弹性模量 a s t m c 8 8 0 抗弯强度 g b 9 9 6 6 2 弯曲强度 a s t m c 6 6 6抗快速冷冻和解冻性 g b 9 9 6 6 1 干燥水饱和 表2 4 测试方法 表2 4 是美国的a s t m 标准与我国相应的标准给出的天然石材性能的测试项目和方 法。从对比中我们可以发现，在各类测试方法中，只有一项既耐候性实验时用来测定石 材在类似天气条件下的化学性能，其余几项都是测定石材的物理和力学性能而得到的数 据。通过这些实验，我们可以得到些许有关石材化学物理性能和它在被破坏状态下的信 息，进而进行各式的处理弥补。在采取各种各样的处理方法来改善石材饰面制品时，我 们不能只考虑它的观感和艺术感染力而忽略在石材加工过程中其物理性能所受的影响， 这一点要注意。 几项试验内容简介【1 2 】： l 断裂模数试验： 第二章石材幕墙的选材与计算公式 图2 1 为试验模型及弯矩图，其最大应力为：6 = 3 w l 4 b d 2 ( b 为石材板宽，d 为 石材板高，w 为受力大小，l 为支架的宽度) 如图2 1 所示，采用与断裂模数试验相同 的试样，采用四点负荷方式，这样可以获得较为可行的抗弯强度值。其最大弯曲应力 o = 3 w l ( 4 b d 2 ) ： l i4 一l ，1 一。j ，一一 一 _i l ()( ) zi 姗 石材板几何尺寸 l ，2 l ，2 jljl 、r il - 八八 石材板加载示意图 图2 1 抗弯强度试验 1 2 弯矩图 长安大学硕士学位论文 2 吸水率试验和循环冰解冻后的强度试验： 由上述试验我们可以得出结论，当减小石材饰面板材厚度d 时，试验所得的弯曲应 力和拉伸应力都将增大，从而使石材饰面板材强度降低。石材幕墙在实际使用中经常出 现频繁的冰冻和解冻过程，因此我们必须将风载荷作为一个主要载荷，其影响力也会大 大提高。由于石材材质本身的抗拉强度要比抗压强度小( 抗拉强度与抗压强度之比有时 甚至小于1 2 0 ) ，如果再考虑到石材吸水率高，如果在寒冷气候下使用，其弯曲强度将 会更低。实验证明，寒冷条件下的材料弯曲强度回减小2 0 以上。对于天然石材在频繁 冰冻、和解冻后的受力反应情况，我们可参考上面的试验进行分析，并考虑在频繁冰冻、 解冻后石材的残余抗弯强度和在频繁冰冻、解冻后，在板材固定点周围的残余静刚度， 由于外部作用的交替，在石材饰面板作用着交变应力，使材料逐渐变形。时间累计，将 导致石材板材遭到破坏。通常条件下，当石材饰面板的表面产生裂纹时，材料的静刚度 大大减小，整体稳定水平明显降低。 再来考虑石材本身的天然化学性能，究其本质，天然花岗石主要来自于岩浆岩及部 若 分火山岩和变质岩，它们主要是由镁、铁、钙、钠、钾的碳酸盐和铝硅酸盐类以及少量 钛、锰、铁氧化物组成。各种天然大理石包括碳酸盐和镁质硅酸盐岩，它们的主要矿物 组成是各种方解石、白云石或蛇纹石。对于石材来说，对其影响最大的气体是一氧化硫 ( 主要来自于使用石油或煤炭作能源的工矿企业生产的污染) 一氧化氮( 主要来自交通 污染) 。在工业污染区，空气中的一氧化硫、一氧化氮和一氧化碳等气体与水溶解粘附乏 j 于碳酸盐石材饰面，经反应生成可溶性盐或微溶盐。这些腐蚀性的盐类或是被雨水冲走。 或是吸附灰尘在石材表面形成坚硬而肮脏的皮层。疏松的石材存在着空隙大，微孔多， 水分和腐蚀性介质容易进入石材内部的特点，从而引起石材更大的破坏。因此，对于幕 墙石材选材时，我们应尽量选择空隙分布均匀、孔径小、吸水率低的花岗石板材，并要 采取恰当的防护措施来提高石材的抗腐蚀性能。 在实际的设计和施工中，我们也要对于石材板材固定点周围应力集中进行研究、预 判。对于石材饰面板材，其受力原理是其承受的载荷均通过固定点的支撑构件传递到建 筑物上，因此石材饰面板固定点的周围存在着应力集中现象，如果固定点周围材料失效， 将最终导致板材突然断裂。了解了石材幕墙的各种性能，我们再从其施工方法进行分析。 2 3 石材幕墙的施工方法 目前施工现场的石材幕墙主要有两种施工方法：湿贴法和干挂法1 1 3 1 。 上个世纪八十年代初，传统湿贴工艺大兴其道，无论建筑物外墙，还是内墙的石材 第二章石材幕墙的选材与计算公式 饰面板安装，均采用湿贴法施工，它其实是室内装饰工艺在外墙的借用。具体工艺是墙 面加钢筋网，用铜丝固定板材，最后分层灌注水泥沙浆。湿贴法的外墙面产生了许多质 量问题，典型的是使墙面石材变色，出现这种质量问题是由于水泥沙浆粘贴板材后碳酸 氢钙析出( 泛白霜) 和出现水渍，形成色差，污染墙面导致。还有就是因为温度变化等 原因易造成墙面空鼓、开裂、甚至脱落等质量通病。还有就是湿贴法施工是将水泥砂浆 灌入预留空腔内的一种方法，增加了自身重量不利现代高层施工，而且增加了工地用水 量与现 代建筑 所倡导 的节能 减排不 符。而 随着科 学的进 图2 2 1 一花岗岩；2 一锚固螺栓；3 一连接挂件； 4 m 安装龙骨；5 一龙骨连接件；6 一结构墙傩 隆 ， o 誓 一 ，月 么 丫f 哆 杉。 么 荔 图2 3 1 一花岗岩；2 一锚固螺栓；3 一连接挂件； 4 一安装龙骨；5 一彰胀螺栓；6 一结构墙体 步和人们对安全、美观的更高要求，一种全新的施工方法干挂法便应运而生了，其 原理是在主体结构上设主要受力点，通过金属挂件将石材固定在建筑物上