石材幕墙设计要点分析

1、石材幕墙设计要点分析摘要：天然石材以其独特的美学装饰性，广泛地应用于各类建筑装饰中，本文主要介绍了外墙干挂石材的设计要点及构造措施。关键词：石材幕墙； 干挂； 设计要点； 构造分析一、引言 外墙干挂花岗岩石材幕墙指由天然花岗石板做面板的幕墙，主要由石板面材、金属挂件、钢龙骨等结构组成；面板石材可根据建筑总体效果要求，采用适合的颜色、种类和质地的石材成品，易于与玻璃及其他装饰材料相协调，外观庄重华丽、使用寿命长，目前正越来越多地被用于高级宾馆、商业写字楼、机关办公楼及大型公共建筑的外立面装饰工程中。本文主要介绍了外墙干挂花岗岩的设计要点及构造措施。 二、石材面板选用分析 装饰石材主要分为大理石与

2、花岗石两种，由于花岗石的密度、抗压强度、抗弯强度等均高于大理石，在石材幕墙中应用广泛；大理石及其他石材采用后期补强措施后，如能达到吸水率小于0.8，弯曲强度不小于8.0MPa的规范要求，亦可用于外墙干挂。花岗石的表面处理有多种的加工方法，常用的有：抛光面是指表面平整，用树脂磨料等在表面进行抛光，使之具有镜面光泽的板材。其特点是光度高，对光的反射强，能充分地展示石材本身丰富艳丽的色彩和天然的纹理。多用于对光度有一定要求的高档建筑中。荔枝面荔枝面是用形如荔枝皮的锤在石材表面敲击而成，从而在石材表面形成形如荔枝皮的粗糙表面，多见于雕刻品表面或广场石等的表面。分为机荔面(机器)和手荔面(手工)两种，一

3、般而言手荔面比机荔面更细密一些，但费工费时。蘑菇面是指在石材表面用凿子和锤子敲击成形如起伏山形的板材。此加工方法对石材的厚度有一定的要求，一般底部厚最少要30mm，凸起部份可根据实际要求在20mm及以上。蘑菇石大量地运用在经济型的围上。火烧面是指用用乙炔、氧气或丙烷，氧气，或石油液化气，氧气为燃料产生的高温火焰对石材表面加工而成的粗面饰面。其特点是表面粗糙自然，不反光，加工快，具有较高的性价比。自然面是指在用锤子将一块石材从中间自然分裂开来，形成状如自然界石头表面极度凹凸不平的加工方法。自然面极为粗犷，等很高的体现建筑物自然奔放的风格，对石材的选用要根据工程具体要求而加工运用。 三、石材干挂种

4、类及设计要点 石材干挂种类一般有：钢销式、短槽式、通槽式、背栓式等方式。 钢销式是在石材上、下边打孔，用安装在连接板上的钢销插入孔中，连接板与结构体系连接，使石板材固定安装在结构体系上。钢销和托板一般应采用1Cr18Ni9或OCr19Ni9不锈钢，钢销直径46mm，入孔深2030mm，连接板一般采用40mm4mm，石板上开孔直径宜为68mm，孔深2233mm，孔位距板边不小于3T不大于180mm，两销距离不宜大于600mm。石板材用钢销连接时，由于一个钢销要插入上下两块石板材，并且从上到下连续互插，当中间一块破损时，无法单独更换，需从顶部一直折至该板块为止，才能进行更换，费工费时，并且可能影响

5、建筑物正常使用。同时连接板要伸出钢销外57mm，在安装时往往因为施工偏差，设计板缝不能与连接板相配合，要在现场将连接处石板材边打磨而使石板材边受损，影响外观，现在已较少使用。 通槽式是将“钢销式”进行了改进。采用”L”, ”T”型通长的插片式挂件作为龙骨，将切好槽的石材安装在”L”,”T”型龙骨上，形成石材幕墙。上下层石材板连接处相互之间荷载不累积，受力简洁明了。通槽式方法还大大增加了龙骨作为支撑构件的受力面积，克服了挂件受力面积小，应力集中等力学性能差的缺点。 短槽式石材安装采用在石材上开槽的方式，用不锈钢勾板实现石材的定位，达到定位安装之目的。横竖龙骨选用型钢，表面热浸镀锌处理，不仅使用寿

6、命长，且强度高，刚度大，抗风压变形性能好。石材端面开槽可在工厂内加工完毕，勾板与槽口间塞胶垫，并施结构胶，以满足强度和弹性要求。短槽式结构方案，即经济实惠、又安全可靠，该结构具有如下设计特点(如图1)。 图1 短槽式干挂法节点 背栓式该工艺式是幕墙最先进的石材幕墙施工方式，具体方法是在石材上进行锥形转孔，同样是锥形设计的沉头螺杆与梅花状扩张垫片紧密配合，在撑开后与板材的倒锥形背栓孔成面状接触，从而形成物理结构锁定，而又不存在对材料的膨胀应力。背栓再通过铝合金卡件与骨架连接。由于其独特的固定方式，每块石材均为一个独立的单元，所以既可以实现复杂表面的拼接，又便于后期的维修，更换时不会破坏周边的石材

7、。相比与其他形式，背栓式干挂石材造价较高，施工精度也要求较高。其典型节点构造如图2所示。 图2背栓式干挂法节点 四、安装骨架设计分析 主次龙骨设计要考虑其受力合理、传力明确、安装方便等因素，主次龙骨固定应考虑建筑物的结构形式，目前常见的有框架结构、钢筋混凝土剪力墙结构和砖混结构。剪力墙结构钢骨架固定方便，但框架结构的填充墙体部分和砖混结构，因墙体不能预埋埋件(如钢板)，故在主体结构施工时，应当根据主次龙骨、预埋埋件位置，在填充墙体时综合考虑设置钢筋混凝土构造梁柱，以便固定骨架。常用的主龙骨为槽钢或方钢管，次龙骨为角钢，钢骨架材质有主要为经表面热浸镀锌处理的钢材，主次龙骨的规格根据干挂石材的大小

8、、形状及相对龙骨的位置按弹塑性理论计算确定。 (1)主龙骨设计 主龙骨与主体结构的连接除每层框架梁处可采用双码或单码固定，为减小主龙骨截面尺寸，控制主龙骨挠度，亦可增加支撑点。 如果按单跨简支梁计算其内力，即跨中最大弯矩为: M = qL2/8 跨中最大挠度为: 5qL4/(384EI) 主龙骨截面承载力应符合下列要求: 按简支梁(受拉)立柱抗弯强度公式，应满足： N/An+Mx/Wnxfs 6.3.7(1) 按简支梁(偏心受压)立柱抗弯强度公式，应满足： N/An+Mx/Wnxfs6.3.8(2) 上式中： N：立柱轴力设计值(N)； Mx：立柱弯矩设计值(Nmm)； An：立柱净截面面积(

9、mm2)； Wnx：在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm3)； x：塑性发展系数： 对于冷弯薄壁型钢龙骨，按冷弯薄壁型钢结构技术规范GB 50018-2002，取1.00； 对于热轧型钢龙骨，按JGJ133或JGJ102规范,取1.05； 对于铝合金龙骨，按最新铝合金结构设计规范GB 50429-2007，取1.00； fs：型材的抗弯强度设计值； 此外，主龙骨由风荷载标准值和地震作用力标准值产生的挠度u，可按相应的结构支承条件进行计算，并应符合以下要求: u L/300, u15mm(3) 式中 L:支承点间的距离。 (2)次龙骨 单跨次龙骨可按简支梁计算，应做如下计算: 次龙骨截面的抗弯承载

10、力应符合下列要求: 按横梁抗弯强度计算公式，应满足： Mx/xWnx+My/yWnyfs6.2.4(4) 上式中： Mx：横梁绕X轴方向(幕墙平面内方向)的弯矩设计值(Nmm)； My：横梁绕Y轴方向(垂直于幕墙平面方向)的弯矩设计值(Nmm)； Wnx：横梁绕X轴方向(幕墙平面内方向)的净截面抵抗矩(mm3)； Wny：横梁绕Y轴方向(垂直于幕墙平面方向)的净截面抵抗矩(mm3)； x，y：塑性发展系数： 对于冷弯薄壁型钢龙骨，按冷弯薄壁型钢结构技术规范GB 50018-2002，取1.00； 对于热轧型钢龙骨，按JGJ133或JGJ102规范,取1.05； 对于铝合金龙骨，按最新铝合金结构

11、设计规范GB 50429-2007，取1.00； fs：型材的抗弯强度设计值。 次龙骨除满足强度要求外, 其挠度值还须满足下列条件: u = u L/300 且u 15mm(5) 式中 u : 次龙骨的挠度，mm； ux :次龙骨在水平方向荷载标准值作用下产生的挠度，mm； uy :次龙骨在垂直方向荷载标准值作用下产生的挠度, mm； L :次龙骨支承点间跨度，mm。 五、构造要求 (1)连接件的材料。膨胀螺栓、连接件等均应采用不锈钢，其规格应根据其(抗弯、抗剪)强度确定。 (2)胶粘剂。主要用于铆钉、挂钩与石材连接处的空隙内起固定作用。目前常用的有“大力士”大理石胶、环氧树脂胶等。石板与不锈

12、钢挂件间应采用环氧树脂型石材专用结构胶(A/B胶)黏结，不宜采用不饱和聚酯树脂型结构胶(云石胶)。 (3)密封胶。主要用于石材块之间的缝隙, 起密封作用。目前常用的有中性硅酮密封胶。 (4)基层防水与防火构造。加气混凝土外墙面抹1:2水泥砂浆内掺5%防水剂，防止雨水渗入墙体。为防止干挂花岗岩空腔内窜烟窜火，在每层梁底设置一圈大于100mm的防火层，上下采用1.5mm以上镀锌钢板，中间100mm以上的岩棉隔火带，以满足消防要求。 (5)伸缩缝的问题。由于干挂花岗岩长期位于室外，冬夏温差大，故主次龙骨均需要预留伸缩缝。主龙骨采用上端固定，下端伸缩的拉弯受力结构，连接位置设置20mm以上伸缩缝；次龙骨一端与主龙骨焊接，一端与主龙骨上的设置有长孔的安装码采用螺栓连接。 六、结束语 干挂石材幕墙是石材安装在