淺談石材幕墻設計與施工技術

1 概述

隨著建筑業的發展，建筑裝飾材料可謂百花齊放，爭奇斗艷。石材以其自然、厚重、華貴等獨特的優勢，使當今越來越多的建筑或端莊或華貴或純樸自然或富麗堂煌，無不產生震撼人心靈的端莊氣勢，斑斕的色彩，抽象中蘊含大自然的無窮變化，或含蓄或浪漫。因此，石材被廣泛應用于建筑外墻，室內外地面、墻面等。

但隨著近幾年來的發展，全國各地的辦公樓、住宅樓幕墻干掛石材更加廣泛應用，許多工程的石材幕墻設計與施工之間缺乏溝通協調，有些設計單位只提供平立面圖紙及少量的節點圖，設計程度無未能達到施工圖要求，為后續的施工埋藏隱患，有些工程在設計時也沒有相應的力學計算或提供的計算與現場跨度不相符，依靠多年的經驗進行施工，甚至有些工程還采用大面積的石材云石膠或過期膠，按相關規范要求，石材幕墻金屬掛件與石材間粘固定材料宜選用干掛石材用環氧膠粘劑，不應使用不飽和聚酯類膠粘劑。因而，干掛石材幕墻的規范設計與施工成為當時務之急，必須嚴格執行相關規定，其力學計算結論與現場施工的抽驗數據試驗結果必須相吻合。

根據不同的土建結構，石材幕墻的龍骨支撐方式分為支座式、鋼龍骨支撐、鋼鋁龍骨結合支撐和全鋁龍骨。目前普遍采用的是第二種方式。

2 石材幕墻的力學計算

首先確定幕墻所受的荷載及作用形式，然后確定石材的干掛方式，進而確定石材板塊的計算模型，進行受力安全性計算，最后根據干掛體系所受荷載值確定干掛體系的構造形式和所用掛件、連接件、埋件及橫豎龍骨的規格尺寸。石材及其干掛體系的設計應符合國家行業標準《金屬與石材幕墻工程技術規范》JGJ133- 2001的要求外，還力學計算中應注意以下方面：

2.1 荷載的確定

計算時通常考慮材料的自重、所受風荷載及地震荷載，并根據荷載作用方式對其進行組合。其相應分項系數及組合系數都應嚴格按規范要求取用。

對于幕墻風荷載體型系數建設部2006年7月25日發布《建筑結構荷載規范》局部修訂的公告，對《建筑結構荷載規范》局部修改（2006年11月1日起執行），修改后的《建筑結構荷載規范》對風荷載標準值的計算做了新的規定。

有的項目在幕墻類型計算書中只對大面進行計算，卻未對轉角和檐口進行計算，而轉角和檐口的負風壓比大面風壓要大得多，對幕墻結構材料的性能要求比大面要高很多，以大面的設計風壓值作為轉角和檐口的設計依據會導致幕墻結構不安全。

2.2 石材的計算

石材的計算主要包括掛板板塊自身的抗彎計算和掛板與掛件銷釘連接處的抗剪計算。石材板所受荷載包括水平向的風荷載和地震荷載，豎向的地震荷載和石材自重。對石材進行抗彎計算時，所得最大彎曲應力設計值不應超過石材板的抗彎強度設計值。大部分計算中，完全靠計算軟件計算，彎曲強度標準值取8.0MPa，既不符合規范要求，也不科學經濟。

石材面板彎曲強度標準值應符合《建筑幕墻》表46的規定，應按照GB/T9966的規定進行檢測，宜按《建筑幕墻》附錄C的要求計算確定。彎曲強度標準值小于8.3MPa的石材面板，應采取附加構造措施保證面板的可靠性。

3 干掛方式的選擇

根據JC_830-2005_干掛飾面石材及其金屬掛件中第4.1.1.1條規定，石材幕墻按使用要求分為四種類型，分別是R型插板、蝶型插板、T型插板、組合插板四種，其中蝶型插板適用于小面積內墻；T型插板，也就是我們常用的短槽式不銹鋼掛件，適用于小面積內外墻；R型插板適用于大面積外墻即背栓式的形式；組合插板適用于內外墻面即鋁合金掛件形式。實際上工程應用中還有鋼銷式、通槽式及背槽式等幾種形式，就懸掛方式的成本及安全方面而言，短槽式成本較低，背栓式成本最好，鋁合金掛件成本介于短槽式與背栓式之間，背栓式安全系數較為可靠，短槽式安全系數較低。根據國家行業標準《金屬與石材幕墻工程技術規范》JGJ133-2001第5.5.1的要求，鋼銷式石材幕墻可在非抗震設計或6度、7度抗震設計幕墻中應用，其高度不宜大于20M，石材面積不宜大于1.0平方。鋼銷和連接板應采用不銹鋼。因而，工程中應用鋼銷式的石材幕墻現已不多，主要是以短槽式、鋁合金掛件式、背栓式為主，超高層建筑石材幕墻基本以背栓式為主，高層建筑及小高層建筑以短槽式、鋁合金掛件式為主，少數工程采用背栓式，主要是考慮成本因素。本文根據石材幕墻施工及設計的工程實踐，介紹短槽式干掛石材幕墻存在的種種隱患。

由于成本原因，多數工程在設計時，不管是住宅還是高層辦公樓，幾乎全采用短槽式系統為主，所謂短槽系統：此結構屬石材干掛技術第二代產品，是指在石板的上下端面銑成半圓槽口，采用托板及半圓勾板固定，此結構受力較銷釘合理，較易吸收變形，考慮到強度問題，一般多用不銹鋼勾板，但板塊破損后不宜更換，適用于低層建筑。由于短槽式系統更換面板較難，有很大的局限性，可維護性較差，若大面積采用，那就為今后的工程施工質量埋下種種隱患，GBT21086-2007《建筑幕墻》中第7.6條對石材幕墻的可維護性做了明確規定，第7.3.1.5條也明確規定：石材連接部位正反面均不應出現崩缺、暗裂、窩坑等缺陷。但現實工程在施工中，短槽式系統多數出現這種隱患，見圖1~圖3

隱患有些往往是人為的，有些工程在現場加工石材，機器設置簡陋，加工時灰塵多，加工工藝粗糙，質量無法保證， 即使安裝人員發現了，為了趕工期，還是把崩缺、暗裂的石材安裝上后，采用膠水粘牢，裝完后，外界幾乎很難發現；若是工廠化加工，通過產前準備，材料領用、開槽、檢驗、包裝后運輸，情況不會如此糟糕，見圖4 、（工廠加工后運輸現場），因而，短槽式工程在應用時，安全方面需首要考慮，從設計起就嚴格把關，重點關注下干掛石材幕墻與頂部石材收口交接口處，這部位大部分工程下端采用T型掛件，上部是采用45ordm;L型不銹鋼掛件連接，這樣設計、施工時，此面板石材容易與L型掛件脫落，存在安全隱患，較安全設計上部應該采用背栓式系統連接，下部采用不銹鋼件連接。

另一方面，干掛石材幕墻短槽式系統設計后，在工程中應用中，往往施工隊為了方便，未按圖施工的較常見，特別是收口收邊部位，國家行業標準《金屬與石材幕墻工程技術規范》JGJ133-2001第6.3.4明確要求，每塊石材上下邊應各開兩個短平槽，短平槽長度不應小于100mm，但在實在設計及施工時，由于邊部及頂部收口石材分格較小，無法達到此要求的案例相當多，很多施工單位采用石材粘結方式+鋼銷式進行固定，邊部固定如圖5

規范明確規定鋼銷式只適用于20M以下的石材幕墻，石材粘貼更加不允許使用，《建筑幕墻》GBT21086-2007中第7.4.5規定：相鄰轉角板塊的連接不應采用粘結方式。因而此部位設計及施工時，須采用較為安全可靠的背栓式連接，如圖6

頂部石材壓頂或窗臺板石材幕墻設計時，有橫向角鋼做為連接，一般都有安全固定防脫措施，圖紙符合規范要求，但真正落實到施工時，為了方便，多數工程未按圖施工，橫向角鋼未按圖施工，直接采用金字塔式的石材堆起來施工，無任何安全措施連接，板材掛裝系統無防脫裝置，這樣安裝，類似于埋設定時炸彈，一旦發生事故，后果不堪設想。如圖7、8

4 結語

綜合所述，干掛石材幕墻采用短槽式系統時，要統籌考慮，不但要嚴格按規范施工 ，除了施工隊伍自身素質要提高外，還需要監理、業主及石材供應商一起建立有效的監督機制，共同提升建筑價值，才可把工程的隱患消除到最低限度。

參考文獻

[1]《金屬與石材幕墻工程技術規范》JGJ133-2001

[2]《建筑幕墻》GBT21086-2007

[3]《干掛飾面石材及其金屬掛件》JC-830-2005

[4]《建筑結構荷載規范》GB50009- 2001(2006版)