對石材幕墻干掛體系設(shè)計(jì)的要點(diǎn)與示例論述的問題探討

李永生

摘要：石材幕墻是目前建筑外墻裝飾施工中非常流行的一種。由于其耐腐蝕、耐磨、耐用的特性，以及外墻裝飾干掛施工工藝的簡單性，無論是施工方還是業(yè)主都十分推崇這種裝飾工藝和風(fēng)格。但在具體施工過程中，干掛法沒有顯示出標(biāo)高劃分和節(jié)點(diǎn)圖的詳細(xì)部位，使得施工難度加大，增加了幕墻節(jié)點(diǎn)控制的難度。本文將對石材幕墻干掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行分析，并通過實(shí)例對設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行探討。

1.背栓式幕墻施工實(shí)踐分析

石材背面開孔的方式稱為背栓式。用于連接鋁合金掛件的不銹鋼地腳螺栓一般采用無應(yīng)力錨固石，可以形成獨(dú)立的干掛系統(tǒng)。石板之間有一定的間隙，可以根據(jù)需要決定是否涂抹密封膠。幕墻內(nèi)部往往需要采取防水保溫措施，防火往往需要防火層。防火層可以沿著每層房間屋頂?shù)膲Ρ谠O(shè)計(jì)。防火材料可由絕緣礦棉板和下側(cè)鍍鋅銅板支撐。它們可以設(shè)置在剪力墻的預(yù)留位置，可以預(yù)防火災(zāi)，并在火災(zāi)發(fā)生后抑制火災(zāi)的蔓延。

2.負(fù)載計(jì)算

在干掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)對幕墻進(jìn)行應(yīng)力和荷載分析，并根據(jù)分析結(jié)果確定干掛方法，從而確定石材計(jì)算模型，進(jìn)而對系統(tǒng)的安全性進(jìn)行計(jì)算和分析，最終根據(jù)荷載值確定干掛系統(tǒng)中使用的材料和結(jié)構(gòu)。應(yīng)力分析應(yīng)以載荷分析為主，以確定系統(tǒng)的承載能力，計(jì)算過程中相關(guān)參數(shù)的值應(yīng)留有一定的余量。通過剛度傳遞計(jì)算載荷，進(jìn)而確定干掛系統(tǒng)。在建筑幕墻的使用過程中，幕墻要承受來自各方面的荷載，風(fēng)、地震、石材重量等產(chǎn)生的荷載都是重要的組成部分。在實(shí)際應(yīng)用過程中，需要在設(shè)置石材幕墻的過程中保持一定的間隙作為緩沖。通過設(shè)置緩沖區(qū)，可以在很大程度上消除部件和環(huán)境因素造成的熱脹冷縮效應(yīng)。風(fēng)和地震是墻體三維荷載的主要組成部分，幕墻本身要考慮所選材料的自重。通過這些比較，風(fēng)在這些載荷中起著最重要的作用，所以風(fēng)通常被認(rèn)為是一種不利的載荷。

在幕墻構(gòu)件、構(gòu)件連接和結(jié)構(gòu)荷載計(jì)算過程中，需要考慮各種可能的荷載和不利因素，并始終為設(shè)計(jì)值預(yù)留一定的余量。在計(jì)算位移和擾動的過程中，應(yīng)合理選擇分項(xiàng)系數(shù)，用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算。根據(jù)風(fēng)荷載計(jì)算規(guī)范，垂直于幕墻表面的荷載值可按以下方式計(jì)算：風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值=陣風(fēng)系數(shù)*風(fēng)荷載體型系數(shù)*風(fēng)壓高度變化系數(shù)*基本風(fēng)壓根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，在計(jì)算構(gòu)件、連接和結(jié)構(gòu)荷載的過程中，風(fēng)荷載的取值可按1.4倍風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算，幕墻上的地震作用可按以下計(jì)算方法計(jì)算：石材垂直幕墻平面分布水平地震作用、地震動力放大系數(shù)和石材幕墻單位面積自重的乘積，地震作用分項(xiàng)系數(shù)可合理選取，地震作用值可設(shè)計(jì)為石材垂直幕墻平面分布水平地震作用的1.3倍。 石材幕墻的自重可按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，石材幕墻結(jié)構(gòu)的分項(xiàng)系數(shù)可設(shè)置為G=1.2，應(yīng)計(jì)算各種幕墻同向作用的組合。

（1）現(xiàn)場應(yīng)力性能測試

在干掛石材的應(yīng)力分析中，一般需要結(jié)合現(xiàn)場的受力情況和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。為了獲得石材應(yīng)用精度的數(shù)值，一般在施工現(xiàn)場確定干掛石材的結(jié)構(gòu)，然后在設(shè)計(jì)完成后依次對其施加荷載，并檢查結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變化，以達(dá)到更準(zhǔn)確的應(yīng)力分析結(jié)果，并與實(shí)際結(jié)果保持一致。在結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)過程中，可以在前期理論設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上直接進(jìn)行，最大限度的保證干掛石材在使用過程中的安全性。

（2）石料的計(jì)算

計(jì)算石材幕墻選用的石材，需要計(jì)算石材面板本身的抗彎能力和板與構(gòu)件連接處的抗剪能力。如果有特殊要求，如石材的熱應(yīng)力能力計(jì)算，石材幕墻在使用過程中，在擴(kuò)孔過程中會因高速摩擦而產(chǎn)生高溫。如果熱應(yīng)力值低，石材在使用過程中容易損壞。計(jì)算模型的選擇也與干掛結(jié)構(gòu)有關(guān)。本文僅以背栓結(jié)構(gòu)為例。在重新設(shè)計(jì)和計(jì)算過程中，應(yīng)考慮石材幕墻的重力、風(fēng)荷載、地震荷載和熱應(yīng)力。背栓干掛一般由上下背栓點(diǎn)決定，因此在石材表面彎曲計(jì)算過程中，應(yīng)根據(jù)支撐板上的支撐點(diǎn)計(jì)算相應(yīng)的應(yīng)力。獲得的最大值不能超過石材表面的最大彎曲值。在計(jì)算搓板后面的馬桶產(chǎn)生的剪力的過程中，目前可以用經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算，這樣石頭的建筑一定不能超過石頭的最大剪力值。

在目前的施工條件下，施工過程中石材的計(jì)算主要是掛板本身的重力和抗剪計(jì)算。并且在一些工程項(xiàng)目中，需要計(jì)算石材的熱裂力。從目前板巖的受力和主要形式分析，目前的計(jì)算方法在一定程度上是不合理的，例如有些方法沒有考慮溫度引起的熱裂力的計(jì)算。背栓石計(jì)算方法一般分為上下兩組。應(yīng)考慮垂直于石材表面的約束力，并在其下方設(shè)置一定的支撐空間。

（3）干掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在干掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，整個石材幕墻和干掛系統(tǒng)往往是由一個單元獨(dú)立實(shí)現(xiàn)的。由于干掛系統(tǒng)主要是幕墻，幕墻懸掛系統(tǒng)的質(zhì)量對干掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有很大的影響，而且結(jié)構(gòu)安全與施工質(zhì)量關(guān)系密切。而且干掛系統(tǒng)的特殊性要求很強(qiáng)，有很多隱蔽的施工環(huán)節(jié)，需要在施工監(jiān)理過程中給予足夠的重視。

（4）施工圖設(shè)計(jì)

根據(jù)上述計(jì)算的實(shí)際結(jié)果和建筑物的結(jié)構(gòu)，應(yīng)繪制更詳細(xì)的施工設(shè)計(jì)圖紙，并根據(jù)石材本身的重力、風(fēng)荷載和地震荷載的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行相應(yīng)的荷載分析計(jì)算，以確定石材的干掛方法，以及龍骨和預(yù)埋件的尺寸和規(guī)格。本工程為單體建筑，多棟建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為了看清楚圖片，在干掛石材的安裝面上要設(shè)置相應(yīng)的指標(biāo)，并詳細(xì)標(biāo)注各構(gòu)件的詳細(xì)編號。建筑物的復(fù)雜部位，如檐口、轉(zhuǎn)角等，需要根據(jù)實(shí)際情況分別設(shè)計(jì)，各部位的具體構(gòu)造和參數(shù)要描述清楚。

（5）石材幕墻防火設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)過程中，要將標(biāo)準(zhǔn)化與實(shí)踐相結(jié)合，最大限度地優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。幕墻設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的原則之一是安全原則。在滿足安全原則的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程的實(shí)際設(shè)計(jì)規(guī)范和要求進(jìn)行防火設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，幕墻表面采用防火材料，并用鍍鋅銅板支撐。

3.示例討論

從上圖的設(shè)計(jì)情況來看，有一些不合理的地方：比如石材幕墻掛件的位置設(shè)計(jì)明顯不合理。根據(jù)金屬和石材幕墻的相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范，短槽邊與樓板兩邊緣的距離應(yīng)大于或等于樓板厚度的三倍，并應(yīng)大于85mm，但小于180 mm，下圖中選用的斜撐掛件不合理。倒掛石頭可以選擇不銹鋼T型掛件，從安全角度考慮最好選擇背栓掛件。

結(jié)語

本文對石材幕墻干掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的理論問題進(jìn)行了探討，包括背栓式幕墻實(shí)際施工過程的分析、幕墻所受荷載的分析計(jì)算、現(xiàn)場應(yīng)力試驗(yàn)、石材抗彎承載力和接縫抗剪承載力計(jì)算方法的選擇、石材計(jì)算過程中應(yīng)包含的內(nèi)容的詳細(xì)分析以及干掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程。重點(diǎn)分析和探討了建筑圖紙?jiān)O(shè)計(jì)和幕墻防火設(shè)計(jì)過程中需要注意的問題，并進(jìn)行了實(shí)例分析，對我國石材幕墻干掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和施工具有重要的參考意義。

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