探讨石材幕墙深化设计

摘 要： 干挂石材幕墙是建筑幕墙的一种类型，近年来在国内高层建筑外墙装修中得到广泛应用。文章从安全施工原则出发，通过对干挂石材幕墙的构造设计特点、结构设计等环节进行论述，阐述了干挂石材幕墙深化设计过程。‘

关键词：石材，石材幕墙设计，花岗石幕墙干挂法，节点设计

建筑幕墙可以防风、遮雨、保温、隔热、防噪声，并具有装饰功能，是建筑科技、建筑功能、建筑艺术的综合体现。幕墙按其面材可分为：玻璃幕墙、石材幕墙、金属幕墙、复合材料幕墙等几大类。天然石材自然、美观、耐久，作为幕墙材料使建筑具有稳健、古朴的天然韵味，能营造出宏伟壮观的建筑艺术效果，并给人带来清新舒适的自然观感，因此被广泛地应用。

1 石材的分类

根据石材的形成条件和地质组成来划分天然石材，有下列3种。

1.1 岩浆岩（也称火山岩）

岩浆岩是由地球内部的岩浆上升到地表附近或喷出地表，冷凝而成的岩石，主要有花岗岩、玄武岩、浮石等。花岗岩是以硅酸盐矿物为主的岩浆岩，以氧化硅为主，另含有氧化铝、氧化钙、氧化镁、氧化铁等成分，因其形成温度高，各种矿石晶体镶嵌严密，质地坚硬，耐酸、碱、盐的腐蚀，化学稳定性好，结构紧密，呈现出美丽的自然构造纹理，具有很好的装饰性。

1.2 沉积岩

沉积岩是由各种岩石风化后，在水、风、重力及冰等各种因素的作用下再沉积、胶结而形成，主要有石灰岩、砂岩以及页岩。

1.3 变质岩

变质岩是由其他岩石在高温和高压作用下结晶或重结晶而形成的岩石，主要有大理岩、板岩等。

2 石材幕墙的设计

通常根据石材的分格尺寸、颜色、材质等，确定出详细的石材幕墙立面图及各部位的节点详图，然后依单块石材的重量、尺寸及抗震、抗风压等各项要求，进行相关的力学计算，确定石材的干挂方式及龙骨体系、埋件、连接件等的尺寸规格。

2.1 石材的选择

选择石材时，应根据幕墙分格形式和材质颜色等建筑效果的要求，重点考虑石材的表面特征、颜色、纹理和力学等性能指标。石材作为一种天然材料，各地所产石材物理性质变化很大，应该根据具体石材确立相应的设计指标。

2.2 石材干挂方式的选择和力学计算

石材常用的干挂方式有钢销式、短槽式、通槽式、小单元式、背栓式等几种，根据工程实际需要的性能、造价选择不同的形式。根据干挂方式确定石材板块的计算模型，进行受力计算，根据所受荷载值确定所用挂件、连接件、埋件及龙骨的规格尺寸。计算时通常考虑材料的自重、所受风荷载及地震荷载，并根据荷载作用方式对其进行组合。石材受力的计算主要包括挂板板块自身的抗弯计算和挂板与挂件销钉连接处的抗剪计算。石材的受力性能必须通过石材物理性能试验来获得，主要包括弯曲强度、压缩强度、吸水率及体积密度等指标。

2.3 干挂石材施工图设计

2.3.1 安装立面图设计

根据建筑立面图的板块分格要求，在各立面上将不同尺寸的石材分别独立编号，所设计的石材安装立面图应清晰表达出各立面上所有板块。若建筑体形较复杂，还应绘制干挂石材安装立面图的位置索引图，清晰地表示出建筑物每个区域墙面对应的挂板。

2.3.2 石材节点大样图设计

对建筑物的拐角、窗口、屋檐及其他复杂部位石材的形状、尺寸及连接方式，应单独设计干挂石材节点大样图，以表明这些部位石材的实际情况。

2.3.3 石材加工详图设计

石材安装立面图及节点大样图确定后，即可按立面图上的石材尺寸分格及节点大样图的细节进行加工图设计。在确定干挂石材的具体加工尺寸时，须反复核实以免下错单造成经济损失。

2.4 石材幕墙的一些特殊措施

2.4.1 防止破碎坠落

石材面板可在背面粘结玻璃纤维织物或采用增强胶层等措施来防止石材破碎后坠落，提高其安全性。当采用非注胶板缝或石材软弱、带有孔洞时，宜采用这项措施。

2.4.2 表面防水处理

石材面板应进行表面防水处理。石材加工时，先进行钻孔、开缝、开槽，再清水冲净，待石材干燥后，方可进行防水处理。防水剂宜采用透气性有机硅或有机氟涂料，涂装后不应改变石材的颜色和光泽。

2.4.3 幕墙防水

石材作为外装饰面材，同时也作为一道雨屏，阻挡大量的雨水进入石材内部。为保证石材板块的自由伸缩并满足抗震要求，干挂石材间应留有缝隙，缝宽一般在8 mm～12 mm。这道缝隙同时也不可避免地成为雨水进入石材内部的通道。目前板缝防水的处理方式主要有两种：1）开敞式处理，允许雨水从板缝进入石材内部，同时在石材内部构造上采取措施，将防水层后移，实现外缝敞开，内部防水；2）填缝处理，利用有弹性的防水材料（耐候密封胶）填缝密封，从面层就防止雨水进入。

3 干挂花岗石幕墙节点设计探讨

花岗岩资源分布广，是酸性矿石，耐酸性较强、质地坚硬、结构致密、耐磨性好、抗压强度高、吸水率小、抗冻性强、颜色美丽、品种应有尽有，如：厦门白、济南青、莱州红、泰安绿、南口红等等，因此被广泛应用，建筑幕墙干挂花岗石的技术也日趋完善，以下是几种较典型的设计。

3.1 典型干挂花岗石节点设计

3.1.1 钢销式石材干挂系统

钢销式石材干挂系统，上下板块之间采用钢销连接，结构简单，施工方便。但石材上下板块间相互关联，要移动或更换一块石材板块必须牵动周围的板块，不具备独立更换功能，对于石材的维护十分不利；石材受力点集中在钢销，受力面积较小，安全性较差。

3.1.2 单肢短槽式干挂法

将相邻两块石材面板共同固定在/T0形卡条上，/T0形卡条为不锈钢或铝合金，卡条再与骨架固定，其典型节点如图1所示。

3.1.3 双肢短槽式干挂法

双肢短槽式干挂法是单肢短槽式干挂法的改进做法，将相邻的两块石材面板共同固定在/干0形卡条上，/干0形卡条采用铝合金挤压成型，与骨架固定。

3.1.4 通槽式干挂法

通槽式干挂法原理与单肢短槽式干挂法相近，只是采用通长卡条，上下开通槽。在单元式石材幕墙中，更多采用这种干挂法。

3.2 抗震性能分析

幕墙抗震设计要求，在轻微地震作用下，幕墙应保持完好；在中震作用下幕墙不应有严重破损，允许部分面板破碎，经修理后仍然可以使用；在罕遇地震作用下，幕墙骨架不应脱落、倒塌。

4结语

石材幕墙构件由石材面板和金属框架等组成，其变形能力很小，只能通过弹性连接来避免主体结构大侧移的影响。从节点构造来看，钢销式、短槽式、通槽式等其石材面板均为共同固定在挂件上，面板与骨架连接成整体，不利于位移变形，在地震作用下，石材面板缺乏足够的活动余地，会随着骨架同步震动，其抗震措施仅依靠骨架与主体结构之间的活动连接来解决。小单元式及背栓式其石材面板自成连接体系，相邻板块间不传递荷载作用，块板与骨架间设计成活动连接，使面板有较大的位移变形空间，因此具备更好的位移变形性能和抗震性能。

参考文献：

[1] JGJ 133，金属与石材幕墙工程技术规范[S].

[2] GB/T 18601，天然花岗岩建筑板材[S].

[3] GB 50011，建筑抗震设计规范[S].