石材幕墻典型風險分析及對策

劉學霈，王超，劉發令，潘光永，陳宇強，曹玉

（中國建筑科學研究院有限公司，北京 100013）

1 引言

我國建筑幕墻自20 世紀80 年代后期開始出現，近30 多年來呈現出了大規模、高速度的發展態勢。石材幕墻的干掛工藝，打破了傳統的塊料鑲貼的局限性，石材幕墻在建筑工程中的應用得到了迅速發展［1］。隨著建筑造型越來越復雜，石材幕墻技術難度不斷突破，而設計、加工制作、安裝施工及后期運維過程中，缺乏統一的技術規范，加工、施工技術人員水平偏低，也帶來不少安全質量隱患，導致石材幕墻墜落等安全事故時有發生［2-3］。這就要求人們在設計階段、施工階段、運維階段加以控制，以確保石材幕墻的安全性。

2 石材幕墻典型墜落原因分析

根據石材幕墻墜落情況及構造特點分析，石材幕墻損壞主要原因有石材面板破損、面板連接掛點位置損壞及特殊造型位置無加強措施等。

2.1 石材面板破損

面板強度達不到要求，在外部荷載作用下導致如圖1 所示石材面板局部破損。未考慮溫度應力、沉降等因素造成如圖2 所示石材局部擠壓破損。

圖1 石材面板局部破損

圖2 石材面板擠壓破損

2.2 連接節點處失效

石材面板采用端面開槽與掛件連接，在石材槽口位置強度被削弱，且連接點位置應力集中，在外部荷載作用下易造成如圖3 所示掛件連接槽口位置石材崩裂［4］。

圖3 掛件連接槽口處崩壞

2.3 特殊造型位置無加強措施

石材面板拼接造型位置，石材尺寸往往很小，連接構造尺寸不足，無法單獨安裝連接件，所以需要與其他大塊石材組合在一起，進行整體安裝，石材組合僅采用膠粘無機械加強措施，造成如圖4 所示石材拼接的轉折部位開裂脫落。

圖4 石材拼接的轉折部位開裂脫落

3 石材幕墻風險防范建議

3.1 石材幕墻設計階段

3.1.1 石材幕墻面板選擇建議

石材在幕墻中的應用，需要充分考慮其品種、厚度和適用環境等多方面因素。只有當石材的品質、規格和設計要求都得到滿足時，才能確保幕墻的施工質量和建筑美觀。在石材的選用過程中，設計師和施工人員需要密切配合，根據實際情況選擇最適合的石材種類和厚度。

根據JGJ 133—2001《石材幕墻工程技術規范》的相關規定，用于幕墻的石材彎曲強度應高于8.0 MPa，吸水率應小于0.8%［5］，宜選用花崗巖，這也限制了部分砂巖、石灰石等在石材幕墻中的應用。

砂巖和石灰石因其天然的美觀性和質感，深受廣大建筑師喜愛。然而，它們的強度相對較低，可能會在受到外力作用時出現破損或變形。為此，需要采取一些加固措施，以提高這些石材的強度和穩定性。

若采用砂巖、石灰石等強度較低的石材，可通過加固方式來滿足其強度、吸水率等需求。

石材板材的加固可根據石材特點采用背網加固或滲透加固兩種方式。

背網加固是一種通過在板材背面粘結高強纖維保護網來提高板材強度的方法。這種加固技術采用環氧樹脂作為粘結劑，將纖維網與板材牢固連接。經過烘干處理后，纖維網與板材形成一個整體，從而使板材的強度得到顯著提升。

滲透加固是指通過將滲透性強的環氧樹脂膠液滲透到板材表面的縫隙中，填充板材內部的空隙。在烘干處理后，再進行磨拋加工。滲透加固不僅可以提高板材的強度，還能改善其抗滲性能。

3.1.2 石材幕墻連接系統選擇建議

石材幕墻發展至今，為適應各種情況吸取了大量經驗與教訓，石材掛接系統不斷更新換代。本文總結出以下幾種典型石材幕墻連接系統。

1）銷釘連接系統

銷釘連接如圖5 所示，施工過程中需要使用專業的開孔設備和連接件，使得工藝復雜，費時費力。此外，這種固定方法還存在一定的安全隱患，如銷釘松動、連接件老化等問題，這種傳統的石材固定方法在現代建筑中已逐漸被淘汰。取而代之的是更為簡便、安全、高效的安裝方式。

2）T 形掛件連接系統

在石材安裝領域，T 形掛件作為一種常見的連接方式，如圖6 所示，其在石材邊部開槽進行連接。一組掛件可以控制上下兩個板塊的固定。然而，這種連接方式T 形掛件的性能相對較差，容易出現松動、磨損等情況，從而影響石材的穩定性和安全性。其次，更為危險的是，邊部開槽后石材厚度減小，槽口位置的石材極易崩壞。這種情況可能導致石材破損、脫落，甚至造成意外傷害。此外，由于T 形掛件連接方式的局限性，更換性能較差，一旦出現問題，修復和更換的難度較大。目前極少項目采用，一些地區已提出禁止用于幕墻工程。

圖6 T 形掛件連接系統

3）SE 鋁合金連接系統

SE 鋁合金連接系統如圖7 所示由一個主掛件和兩個副掛件組成，由于其經濟性好并具有板材獨立安裝、受力清晰，板塊之間不會發生荷載傳遞、有效解決熱脹冷縮及抗震等諸多問題成為目前主流產品。但槽口位置石材極易崩壞需要在加工、施工時加以控制。

圖7 SE 鋁合金連接系統

4）背栓連接系統

背栓連接系統如圖8 所示，背栓連接具有眾多優勢。首先，它利用專業的開孔設備，確保了孔位的精確度，使得連接更加穩定。其次，錨栓的植入和螺桿的擰入，使得石板與龍骨之間的連接更加牢固。同時，錨栓底部完全展開，與錐形孔相吻合，提高了連接的可靠性。然而，在使用背栓連接時，也需要注意一些問題。例如，在開孔過程中，要確保孔位的準確度，避免因孔位偏差導致的連接不穩定。此外，要選擇質量優良的錨栓和螺桿，以保證連接的牢固性。同時，連接件的選擇和使用也要注重其穩定性和安全性。

圖8 背栓連接系統

3.1.3 特殊造型位置石材幕墻處理建議

常規石材幕墻只需要正確掌握其用材和連接形式，以正確的計算為依據，在設計階段規避掉施工時的風險，但一些特殊位置需特別處理。

1）檐口外挑石材的處理

為了提高檐口位置的安全性和穩定性，不應采用常規的連接技術，而應對面板進行加固處理。在這種情況下，建議采用背栓等工藝進行有效可靠的機械連接。背栓連接具有較高的穩定性和可靠性，可以有效防止石材線條脫落，提高建筑物的安全性。

在實際應用中，背栓連接的施工過程應嚴格按照設計要求和施工規范進行。施工人員需要對石材進行精確開孔，將背栓植入孔中，并通過連接件將石板固定在龍骨上。此外，還需要注意石材的選材和加工質量，確保石材線條的穩定性和安全性。

總之，在異形建筑中，采用背栓等工藝對檐口位置的石材線條進行加固處理，是一種安全、可靠的方法。設計師和施工人員應充分了解背栓連接的原理和應用技巧，以確保建筑物的安全和美觀。

2）石材吊頂的處理

在建筑物的入口、檐口等位置，外立面石材與吊頂的交接收口面往往需要考慮美觀因素。為了保持與外立面材料的一致性，這些部位的石材吊頂材料選擇與外立面石材相同。然而，這些部位并不適合采用普通的掛接方式來處理。

在這種情況下，建議使用背栓系統進行石材固定。在必要時，可以在石材中部加打一個背栓，然后通過鋼絲繩將石材連接到龍骨上。一旦石材脫落，鋼絲繩可以起到緩沖作用，降低墜落風險。此外，在石材背部襯玻璃纖維網，并用環氧樹脂膠進行粘結，也能有效防止碎石板的墜落。

另外，采用仿石噴涂鋁板或蜂窩石材也是避免吊頂石材墜落的有效方法。這些替代材料具有較低的自重和良好的穩定性，可以降低墜落風險，同時保持外立面的美觀效果。

總之，在處理入口、檐口等位置的石材吊頂時，應采用背栓系統等可靠的連接方式，確保石材的安全固定。同時，可以考慮使用仿石噴涂鋁板或蜂窩石材等替代材料，以降低墜落風險并保持美觀。設計師和施工人員應充分了解這些連接方式和材料的性能，確保建筑物外立面的安全和美觀。

3.2 石材幕墻施工階段

石材幕墻施工中，需對材料進行質量控制，在此過程中，管理人員需認識到施工工藝和材料的加工制造都是保證施工質量的關鍵［7］。因此，應明確石材幕墻的加工、安裝工藝要求，在每個工序中設置必要的控制點。

3.2.1 石材幕墻材料質量控制要點

要想使石材幕墻技術發揮更大的優勢，加工時要明確其技術要求，處理好各個環節，控制要點建議如下。

1）石材面板的壁厚、平面尺寸偏差應符合設計及規范要求。

2）石材表面防護應符合設計要求及規范要求，防護液選擇應根據石材種類和使用地區選用符合設計要求，且不得污染石材，避免出現如圖9 所示的未做防護情況發生。

圖9 現場淋水（滴水）檢測

3）石材的背網處理應符合設計及規范要求。

4）石材組拼的加強構造應符合設計及規范要求，優先采用如圖10 所示機械錨固工藝，不得僅用膠粘結，避免出現如圖11所示拼接石材未做加強構造處理造成石材斷裂情況發生。

圖10 組拼石材（背栓加強）

圖11 組拼石材未做加強構造

5）石材短槽（弧形槽）加工質量（開槽尺寸和位置）符合設計及規范要求，避免出現如圖12 所示開槽深化不足及如圖13 所示石材面板單側厚度不足的現象。

圖12 石材開槽深度不夠

圖13 石板單側預留厚度不夠

6）石材背栓開孔質量（開孔尺寸和位置）符合設計及規范要求。

7）掛件和背栓掛件托板的開孔數量、開孔質量（形狀、尺寸）符合設計及規范要求。

8）橫梁、連接角碼、立柱及連接附件等加工長度及開孔質量（數量、位置、規格）應符合設計及規范要求，開孔規格（形狀、尺寸）應與連接螺栓匹配。

9）埋板的加工尺寸和焊接質量符合設計及規范要求。

3.2.2 石材幕墻安裝質量控制要點

石材幕墻的施工過程中，現場負責人要認真檢查施工質量，例如，連接件的焊接質量，有無漏焊、未焊透等問題；預埋件的位置精度是否達標，有無松動問題；相鄰兩塊飾面石材之間的縫隙是否偏大，縫隙內的密封膠是否充滿等［8］。為更好地控制施工質量，施工時要明確其技術要求，在施工過程中處理好各個環節，規范、科學地開展施工作業，控制要點建議如下。

1）預埋件或后補埋件的基層結構及埋置質量應安全可靠，基層應為混凝土結構梁、柱或圈梁、構造柱，不得埋置在砌體內或填充墻上；埋件處基層混凝土不得有蜂窩、孔洞、露筋、爛根等質量缺陷。埋件位置、標高和垂直度，應符合設計及規范要求，且滿足龍骨的安裝要求。

2）轉接件與埋件的連接應安全可靠，采用焊接連接，如圖14 所示，焊接質量（焊縫長度、高度）應符合設計及規范要求，且焊縫表面不得有裂紋、焊瘤等缺陷。采用螺栓連接，如圖15 所示，螺栓規格應符合設計要求，螺栓應緊固，限位墊片應點焊定位。

圖14 與板式埋件（焊接）連接

圖15 與槽式預埋件（螺栓）連接

3）鋼立柱與轉接件的連接應安全可靠，立柱與轉接件采用螺栓連接，螺栓規格應符合設計要求，配套對穿螺栓應擰緊避免出現如圖16 所示未緊固或如圖17 所示缺少限位措施的情況，應保證連接牢固。

圖16 螺栓未緊固

圖17 螺栓未限位

4）鋼橫梁的安裝質量是否符合規范要求，鋼橫梁的兩端與立柱（連接角碼）的連接方式應符合設計及規范要求，橫梁至少有一端有位移功能。

5）掛件系統安裝質量應符合設計及規范要求，掛件的使用及材質應符合設計及規范要求；避免出現如圖18 所示掛件螺栓缺失、如圖19 所示掛件安裝錯誤、如圖20 所示掛件位置石材碎裂、如圖21 所示干掛膠不飽滿等情況發生。

圖18 固定螺栓缺失

圖19 掛件安裝錯錯誤

圖20 掛件位置石材碎裂

圖21 干掛膠不飽滿

3.3 石材幕墻運維階段

把控好建筑設計、施工階段，能夠從源頭上提高建筑幕墻的質量，為建筑幕墻安全提供了基礎，但是后期運維過程中高標準的檢驗，以及保養維護更是保持幕墻長期安全的保障。

根據JGJ 133—2001《金屬與石材幕墻工程技術規范》要求，在幕墻工程竣工驗收后1 年時，應對幕墻工程進行一次全面的檢查，此后每5 年檢查1 次。運維階段的安全問題解決方案主要是通過高標準的檢測評估結構安全性能，并針對面板破裂、滲水問題、連接件失效等問題進行維修保養［9］。

石材幕墻后期使用中應建立較為完善的定期維護制度，對影響結構安全因素及時排除，對不符合國家安全規范要求部分及時整改。

1）幕墻面板破裂、松動：一旦發現此類問題，應立即對損壞的部分進行更換或維修，確保幕墻結構的穩定性。

2）五金件失效：針對五金件失效問題，需要及時排查原因并進行維修處理，確保幕墻的完整性和安全性。

3）幕墻構件銹蝕、掉漆：出現銹蝕或掉漆現象時，應盡快進行補漆處理，以防構件進一步破壞，從而避免安全隱患。

4）螺栓不緊固：對于松動的螺栓，應及時擰緊或更換。若出現滑絲現象，應進行及時的補強處理，以免影響幕墻的安全性能。

5）面板間膠縫問題：定期檢查膠縫是否出現問題，如發現漏水等情況，應及時進行修復，以確保幕墻的防水性能。

此外，石材幕墻后期使用中應建立完善的定期維護制度，對影響結構安全的因素及時排除，對不符合國家安全規范的部分及時整改。通過嚴格的維護和管理，可以有效保障石材幕墻的安全性能和使用壽命。這不僅有利于提高建筑物的整體品質，也有助于確保人民群眾的生命財產安全。

4 結語

石材幕墻質量控制是建筑裝飾工程中不可忽視的重要環節。建立完善的質量控制體系、加強施工管理、合理選擇材料和工藝，并解決常見問題，將有助于提高石材幕墻的施工質量，確保建筑的外觀和性能符合設計要求，為用戶提供安全、舒適的建筑環境［10］。

在建筑項目的設計、施工和運維階段，安全風險是需要高度重視的問題。為了確保建筑物的安全性，以下幾個方面至關重要。

1）設計階段：設計師在設計階段應嚴格把控設計的合理性和安全性，從源頭上杜絕安全隱患。這包括對石材幕墻的設計進行充分論證，確保其結構穩定、材料選型適當，以及考慮施工過程中可能出現的安全問題。合理地設計可以降低施工過程中的安全風險。

2）施工階段：施工階段的質量控制尤為重要，因為它直接影響到建筑物的安全性。在施工過程中，必須嚴格按照國家規范和設計要求進行操作。從石材的選擇、加工、安裝到驗收，每一個環節都需要嚴格把控，確保石材幕墻工程的質量。只有高質量的施工，才能確保外立面石材幕墻的安全性。

3）運維階段：在石材幕墻后期使用過程中，建立完善的定期維護制度至關重要。這包括對石材幕墻結構進行定期檢查，及時排除可能影響結構安全的因素，以及對不符合國家安全規范的部分進行整改。通過長期的檢查、維護和維修，可以有效杜絕安全問題的發生，確保建筑物的安全穩定。

總之，在建筑項目的各個階段，安全風險防控是關鍵。設計師、施工人員和運維人員應充分認識到安全風險的重要性，并采取相應的措施確保建筑物的安全性。通過加強設計階段的安全把控、施工階段的質量控制以及運維階段的定期維護，可以為建筑物營造一個安全、穩定的環境。這不僅有利于延長建筑物的使用壽命，也有利于保障人民群眾的生命財產安全。