背栓点连接花岗石幕墙

背栓点连接花岗石幕墙施工工艺 一 概述 用背栓点连接花岗石幕墙进行建筑外饰面花岗石施工是建筑外饰面施工技术的 重大突破 它开避了石材幕墙施工工艺的新纪元 使石材幕墙有了广阔的使用领域 即任何建筑物 任何高度 任何部位 任何构造形式都可以采用背栓点连接花岗 石幕墙 背栓点连接花岗石幕墙的背栓仅用作石板材与连接件的紧固件 这样连接 件可按需要灵活设计 而钢销式 短槽式 通槽式的钢销 钢钩 既和横梁 立柱 连接 又和石材连接 它的使用部位和方法带有很大局限性 背栓点连接方法为 石材幕墙和玻璃 金属 幕墙组合成组合幕墙创造了条件 即在同一立柱上可左面 安装玻璃幕墙 右面安装石材幕墙 在同一横梁上 可上面安装玻璃幕墙 下面安 装石材幕墙 背栓点连接花岗石幕墙已有二十多年历史 我国在二十世纪九十年代开始使用 1998年建成的上海中银大厦 浦东国际金融大厦 高235m 139m以下采用了 背栓点连接花岗石幕墙 复盖主体结构表面15000m2 花岗石幕墙 其构造型式为 凸梯形与凸矩形组合 展开面积22000m2 使用了约3万块花岗石 6万个背栓 花 岗石尺寸为 H B 2 05m 0 3m 花岗石幕墙最高点为139m 1999年建成的上 海交银大厦采用的背栓点连接花岗石幕墙最高标高达196m 全国还有很多工程采 用了背栓点连接花岗石幕墙 总用量超过100万m2 实践是检验真理的唯一标准 在建造这些幕墙时 除按惯例进行风压变形 空气渗透 雨水渗漏三项物理性能检测外 还对背栓和背栓锚固石材的连接部位 进行了背栓拉伸试验 背栓锚固石材的拉拔试验 背栓锚固的长期 8500h 静载 抗剪 抗拉试验 背栓锚固的疲劳试验 以及背栓点连接花岗石幕墙的抗震性能振 动台试验 积累了大量试验参数 证明了背栓点连接花岗石幕墙有很高的可靠性 同时找出了局部构造改进的方向 下面进行详细讨论 1 背栓拉伸试验 从调查资料看出 背栓的材质与A2 70不锈钢螺栓相近 其极限抗拉强度接近700N mm2 非比例伸长应力大于480N m m2 一颗 12mm 8mm 6mm 背栓应力截面积为84 3mm2 36 6mm2 20 1mm2 其极限拉伸强度为59KN 25 6KN 14KN是背栓锚固石材拉 拔力的2 5倍 10倍 也就是说背栓锚固石材只会是石材冲切破坏 因此只要选对背 栓的钢号就行了 背栓伸拉试验对试验结果进行数理统计后 应按GB50068第5 0 3条规定取fk f 1 645 f 背栓抗拉强度设计值按GB50017可取为ftb fub 2 174 抗剪强度设计值fvb fub 2 857 2 锚固件抗拉拔承载能力试验 从试验情况看背栓与石材的锚固处全部是石材冲切破坏 破坏状态为石材锥度 破坏 影响破坏的因素有背栓直径 背栓锚深 石材本身强度 其中锚深影响最直 接 而且当锚深等于小于12mm时 承载能力破坏的离散性较大 经回归统计 抗拉 拔承载能力按锚深的指数1 5增长 基材强度对抗拉拔承载能力按指数0 5增长 6m m背栓连接抗拉拔承载能力为4 5KN 8KN 8mm背栓抗拉拔承载能力为5KN 10KN 12mm背栓抗拉拔承载能力为6KN 12KN 上述为承载能力标准值 即将拉拔试验结果进行数理统计 将平均值减去1 64 5倍标准差 前述锚深 12mm离散性较大 其标准差也大 按fK f 1 645 f计算已考虑了离散性 不必再用系数折减 其设计值fTV fK 2 143 2 对只进行了石材抗压 抗弯 试验的工程可用应力法计算抗剪强度 P h cos D h tan fT 3 锚固件锚固的长期静载试验 锚固件长期静载试验 测试背栓锚固不同强度的基材在长期静载下的位移松动 及徐变性能 设计试验时间为一年 8500H 试验分长期荷载抗剪试验和抗拔试 验 抗剪试验是指背栓在承受荷载抗剪作用下经8500H后 对受拉试件做极限拉拔 力试验与未经长期荷载试验的试件作对比 试验结果说明抗剪性能良好 除加载初 期观察到较小因装配间隙位移 0 3mm 外未见其他破坏 在长期抗拉拔试验中 未见破坏和明显位移 说明背栓与石材的连接即使在长期外荷载下作用也有很大的可靠性 4 锚固件锚固的荷载疲劳试验 即反复荷载的疲劳试验 在正压300万次 负压300万次往复动力载荷耐疲劳度试验中 对带尼龙塑料套 垫的背栓在栓与孔之间起到三向隔震减震效应 在冲击作用下起到缓冲作用 使背 栓锚固连接部位在数百万次强劲往复动力荷载耐疲劳试验中未见损坏和明显位移 而单切面背栓由于背栓本身活动 在往复动力的压 拉作用下 最差的在126次负 压破坏 因此可以看出背栓最好要带尼龙套垫 并采用双切面即背栓与石材要首先 紧固 5 抗震试验 华南城建学院抗震中心 中国建筑科学研究院 中国水科科学研究院进行多次 石材幕墙抗震性能振动台试验 试验结果表明在地震加速度0 6g以下 相当于烈度 9 7度 时一切正常 华南城建学院抗震中心试验中发现在0 6g时背栓有松动迹象 0 8g时 相当于烈度10度 幕墙挂勾有脱出横梁的可能 经分析是主要是栓孔未 按公差要求加工 采用单切面无尼龙套垫的背栓 幕墙组件的挂勾与横梁搭接量小 于6mm 其他试验采用了带尼龙套垫的双切面背栓 幕墙单元组件挂勾与横梁搭接 高度大于10mm 即使在0 9g 相当于烈度10 2度 层间变位达到1 54时 背栓点 连接花岗石幕墙仍完好无损 而且经过抗震试验的试件背栓与石材锚固处的石材抗 拉拔能力与未经抗震试验的试件几乎没有区别 从以上试验可以看出 背栓式点连接花岗石幕墙在规范规定的使用范围 6 8度区 时 可以采用无尼龙塑料套垫的单切面背栓 当用于9度区及9度以上烈度 区时 应采用带尼龙塑料套垫的双切面背栓 幕墙组件挂勾与横梁的搭接高度应不 少于10mm 二 设计与计算 1 构造设计 首先要树立一个概念 背栓是一个紧固件 它把石材和石材幕墙组件中的连接 件联结在一起 它属于可以自由拆卸的紧固件 连接件可按需要即按照每幅幕墙中 与石材幕墙相组合的玻璃 金属 幕墙的构造相匹配的构造要求来设计连接件 例 如和外插式隐框幕墙 小单元幕墙 相组合时可采用与外插式相匹配的连接件 用 背栓将石材固定在外插式付框上 石材与连接件的连接 视石板材尺寸和构造要求可采用一个背栓 两个背栓 四个背栓等 当采用一个背栓时 孔一般应位于板中心 孔中到板边距离不大于300mm 板 与连接件还应采用4个尼龙螺栓顶住板内侧 保持板的稳定 当采用二个背栓时 孔中到板顶边距离不大于400mm 至侧边不大于300mm 在 背栓两侧用尼龙螺栓顶住板内侧 保持板的稳定 当采用四个螺栓时 孔中到板边距离不大于250mm 背栓及孔的构造要求如下表 表1 型 号钻孔 直径 锚固 深度 连接 螺栓 最大锚固 厚度 底孔 直径 最小 板厚 FZP11 12M6 3A 4 11 12M6313 520 FZP11 12M6 9A 11 12M6913 520 4 FZP11 15M6 6A 4 11 15M6613 528 FZP13 15M8 4A 4 13 15M8415 528 FZP13 15M8 25 A4 13 15M82515 535 FZP13 20M8 10 A4 13 20M81015 535 FZP13 21M8w 5 A4 13 21M8515 535 FZP13 21M8w 2 0A4 13 21M82015 535 FZP11 19M6 6k t 3AL 11 10 14M6313 520 FZP11 21M6 6k t 4AL 11 12 16M6413 520 FZP131315 19M8315 530 24M6 6k t 3AL FZP13 26M8 6k t 5AL 13 17 21M8515 534 FZP11 21M6 ES 4AL 11 12 16M6413 520 FZP13 24M8 ES 4AL 13 15 19M8415 530 背栓与石材锚固部位的施工质量的重要一环是极限 公差 配合的确定和检验 要求孔位偏差 0 5mm 孔距偏差 0 5mm 孔距与孔位偏差之和不得大于 1 0m m 孔径 6 8mm 0 4mm 0 2mm 孔深 0 4mm 0 1mm 底部扩孔直径 0 3mm 2 设计计算 A 一块板用一个背栓 P qA P t2 0 5456Ln 0 64L t 1 062 fT 或 P t2 1 2563lg 0 64L t 1 062 fT u C P L2 E t3 表2 LX LY LY LXC 1 00 1265 1 10 1381 1 20 1478 1 40 1621 1 60 1714 1 80 1769 2 00 1803 3 00 184 0 1849 P h cos D h tan 式中 L LX Ly 中较小者 mm t 板厚 mm D 锚孔直径 mm h 锚孔深度 mm B 一块板用两个背栓锚固 可简化为两端带悬臂的简支板计算 MA MB qa2 2 R qL 2 M qL2 8 1 4 a L 2 uC uD qaL2 24EI 1 6 a L 2 3 a L 3 u qL4 384EI 5 24 a L 2 R h cos D h tan C 一块板用四个背栓锚固 按四角支承板计算 6mqL2 t2 式中 L LX Ly中较大 m 弯距系数 qa 4 1 25 h cos D h tan 表3 弯距系数表 LX LYm 0 500 1304 0 550 1320 0 600 1339 0 650 1361 0 700 1384 0 750 1408 0 800 1435 0 850 1464 0 900 1494 0 950 1526 1 000 1559 表4 天然花岗石板强度分级表 N mm2t 等 级 强度标 准值 抗弯强度设 计值fr 抗剪强度设 计值ftv 弹性 模量 E 线胀 系数 泊 松比 抗 压 抗弯 M U110 11083 71 9 0 8 104 0 8 10 5 0 125 M U130 13094 22 1 M U150 150104 72 3 1 10 4 M U170 170115 12 6 M U190 190125 62 8 M U210 210136 13 0 1 1 104 M U230 230146 53 3 M U250 250157 03 5 M U270 270167 53 8 M U290 2901784 0 例1 MU110级 抗弯强度标准值8N mm2花岗石500mm 500 30mm 用背栓11 15M6一个 验 算花岗石抗弯强度 抗剪强度 WK 4000N m2 qEK 336N m2 解 风荷载设计值 W 1 4WK 1 4 4000 5600N m2 地震 作用 设计值 qE 1 3qEK 1 3 336 437N mm2 荷载 作用 组合设计值 q 1 0 W 0 6 qE 1 0 5600 0 6 437 5862N mm2 背栓处集中力 P abq 0 5 0 5 5862 1466N 石板抗弯截面最大设计正应力值 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 或 P t2 1 2563lg 0 64L t 1 062 1466 302 1 2563lg 0 64 500 30 1 062 3 83N mm2 3 7N mm2 需改用需改用MU130MU130级级 抗弯强度标准值抗弯强度标准值9N mm29N mm2花岗石花岗石fT 4 2N mm2fT 4 2N mm2 石板抗剪截面最大设计剪应力值 P h cos250 D h tan250 1466 15 cos250 3 14159 13 5 15 tan250 1 38N mm2 1 9N mm2 例2 上例条件1000mm 1000 30mm花岗石 背栓11 15M6四个 验算花岗石抗弯强度 抗剪强度 解 板长宽比 LX X LY Y 0 7 0 7 1 查弯距系数 mOYOY 0 1559 石板抗弯截面最大设计正应力值 6mqLY Y 2 6 0 1559 5 862 10 3 7002 302 2 98N mm2 3 7N mm2 石板抗剪截面最大设计剪应力值 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 mm2 例3 用MU130级 抗弯标准强度9N mm2的花岗石300mm 2050mm 30mm 两个13 15M8背 栓各距板端400mm WK K 3500N mm2 验算花岗石抗弯强度 抗剪强度 解 石板自重标准值 GK K 28000 0 03 840N m2 地震作用标准值 qEKEK e maxmaxGK K 5 0 08 840 336N m2 面荷载 作用 组合设计值 q面 1 4W 0 78 qEKEK 1 4 3500 0 78 336 5162N m2 线荷载 作用 组合设计值 q线 b q面 0 3 5162 1549N m2 背栓处支座反力 R1 1 R2 2 q线L 2 1549 2 05 2 1588N 弯矩 M qL2 8 1 4 a L2 1549 1 252 8 1 4 0 4 1 252 178 619N m N mm 石板截面抵抗矩 W bt2 6 300 302 6 45000mm3 石板抗弯截面最大设计正应力值 M W 45000 3 97N mm2 4 2N mm2 石板抗剪截面最大设计剪应力值 R h cos D h tan 1585 15 cos250 3 14159 15 5 15 tan25o 1 37N mm2 2 1N mm2 三 背栓点连接花岗石幕墙用于复杂部位连接设计三 背栓点连接花岗石幕墙用于复杂部位连接设计 假设造型为有五个凸角 三个凹角组成的装饰线 用背栓将石材紧固在五个连 接件上顺利完成了装饰要求 这对钢销 钢勾是无法完成的 四 背栓点连接花岗石幕墙的施工要求四 背栓点连接花岗石幕墙的施工要求 背栓式干挂石材幕墙是在石材背面钻成燕尾孔与凸形胀栓结合然后与龙骨连接 并 由金属支架组成的横竖龙骨通过埋件连接固定在外墙上 背栓式外墙干挂石材是近几年从国外引进的施工工艺 它具有以下优点 第一 背栓式干挂石材 由于每块石材均有四个背栓式挂件 每个挂件都均匀承受 石材重量且石材挂件与龙骨挂件间接触面积大 相应的强度和稳定性好 因此它可 适用于高层和超高层外墙饰面 第二 背栓式干挂石材 因各个挂件均承载石材重量破裂后石材不易脱落且易于更 换 第三 背栓式干挂石材表面清洁 不易受污染 而且用水泥砂浆粘结石材表面因受 水泥浆侵蚀易变色形成色差 1 施工准备 1 1 石材选择 石材幕墙使用的材料应符合国家现行产品标准的规定 要求具右耐侯 耐火和抗风 化性能 由于本工程外墙挂石石材用最人 为防止出现色差和供货能力 由业主带队到相关 厂家进行实际考察 确定石材加工厂生产的代号为山东鲁灰的火烧花岗岩石材 厚 度为25mm 1 2 外脚手架要求 龙骨安装阶段利用主体围护封闭脚手架 挂石安装阶段由于围护脚手架离墙30mm左 右 无法满足挂石安装要求 所以挂石安装阶段采用吊挂脚手架 在9层 12层 1 6层和21层屋面外伸 133钢管牛腿 钢管从墙面外伸出1 5米 墙里侧用吊环将钢 管固定在楼板上 吊挂用 16园钢制作 吊挂安装要进行荷载计算和加荷试验 确 认安全后才允许使用 2 主要分项工程的施工方法与技术措施 2 1 施工工序 2 2 放线定位 将土建方提供的基准中心线 标高线进行复测 无误后根据图纸给出的横 竖龙骨 的位置和轴线放钢线 定出横 竖龙骨位置和石材幕墙位置 先由中间向两端测录 然后由两端向中间复核尺寸 放出的横 竖龙骨位置线误差心符合设计要求 根据放线位置 寻找预埋件 如果预埋件没有即补打埋件 补打埋件用一块10mm厚 钢板和4 18膨胀螺栓 钻孔后加环氧树脂膨胀螺栓拧紧引并将螺母与螺栓点焊 2 3 龙骨安装 从结构上实现先立竖框 正12镀槽钢 后上横框 L50 5镀锌角钢竖框定位后再装横 框 将能很好的保证横竖框的直线度和横框的伸缩缝 安装顺序是先下后上 龙骨 安装完要进行全面检查 尤其是横 竖框中心线 必须用仪器对横 竖龙骨进行调 整 2 4 石材挂件的安装 铝合金挂件的定位 安装是可更