石材与钢筋混凝土的连接方式研究

摘要：石材作为一种普遍应用的建筑立面装饰材料，由于建筑形体向多样化和空间化发展，竞争力在逐渐减弱。究其原因主要在于复杂形体中石材与钢筋混凝土墙面的连接方式问题。本文希望通过对传统的连接方式的材料选择、传力受力和连接原理出发，分析其连接方式的的设计原则，并对连接方式进行了新的尝试性设想。

关键词：石材、钢筋混凝土、连接方式

0 引言

石材不仅是一种具有美学价值的天然物质，也是最古老的建筑材料之一。近年来，随着建筑科学技术和建筑装饰业的的不断发展，石材已然成为一种高档的建筑外立面装饰材料。伴随着建筑设计日新月异的变化，石材也慢慢不能完全适用于多样的建筑体型。因此，本文希望通过对传统连接方式的分析与总结，探寻石材与钢筋混凝土连接方式的新可能。

1 石材性能分析

石材的性能分为物理性能和力学性能两个方面。

物理性能主要性能包括密度、吸水率、耐热性及抗冻融破坏能力等方面，能够反应出石材的基本属性。密度越大则石材的密实度越高，抗压能力越强；吸水率越小则耐久性能越强。由于形成的条件不同，导致石材的密度存在差异，吸水率波动大，容易吸收水分过多而导致石材整体强度降低，耐热及抗冻性能下降。

石材的力学性能，主要体现在强度、刚度和硬度几方面，它们直接反应石材在抗拉抗压、冲击韧性和耐磨损的能力。力学方面石材具有抗压能力强、耐磨损的优点，同时也存在抗拉能力弱、刚度低和易碎等不足。

良好的稳定性和抗破坏能力决定石材会一直是建筑外立面装饰的主要材料。

2 石材与钢筋混凝土的连接方式分析

2.1粘结材料连接

运用粘结材料将石材与钢筋混凝土进行连接的方式可以理解为利用材料之间的摩擦力来平衡石材自身重力。具体形式可以分为两种，一种是水泥砂浆湿贴，另一种是胶黏剂粘贴。

水泥砂浆湿贴的方式相对简单，但是由于砂浆粘结能力有限，仅能适用于自身重量小的小规格板材，而不能用于高层建筑的外立面装饰。黏贴剂粘贴与之不同的在于板材做法和板材与钢筋混凝土的距离。距离小于8mm，可直接将带有粘合点的石材粘贴在墙体上；距离大于8mm，则需要增加过渡垫块后与墙体连接。

2.2 连接构件连接

通过连接构件连接的方式区别于粘结材料连接的是，这种方式是通过金属连接件连接石材和钢筋混凝土，过程中金属连接件起到“梁”的作用，负责将石材的重力传递给墙体。通常根据连接构件的不同，将其分为锚钉连接和干挂件连接。

锚钉连接的运用形式主要有两种，分别是石材锚钉粘挂和瓦板岩。

石材锚钉粘挂方式是通过放线固定锚件，然后将石材与锚件固定。由于连接能力相对较弱，施工工艺复杂，多用于旧房改造及底层建筑外墙饰面。瓦板岩则是锚钉连接的另一种方式，实际应用案例较少，主要用于坡度较大的墙面及屋面。连接做法是将在墙体上铺设木梁，用锚钉固定石材与木梁。

干挂件连接方式是通过金属配件将石材牢固悬挂于钢筋混凝土上的一种连接方式，也称为干挂石材。其中用于悬挂石材的一系列金属件合称为干挂件。由于施工过程中不用加入水泥砂浆等粘结剂，做到了完全干式作业，在现代建筑施工中被广泛应用。由于干挂件的型式各异，适用范围多样，因此将干挂件按照型式分为插销式、蝴蝶式、焊接式、背栓式、背挂式和钢钩式等。

插销式、蝴蝶式和焊接式三种方式结构形式和连接强度相对简单，仅在挂钩和挂装头形态有所不同，都适用于低层或一般场所；背栓式和背挂式则稳定性和实用性更强，能够适用于大面积石材墙面及高层建筑的外立面装饰；钢钩式是利用弹簧钉的弹力来增加与石材间的摩擦力来固定石材，因此只能适用于自身重量小的小规格板材。

2.3 复合连接

所谓复合连接方式依靠综合受力方式来平衡外挂石材的重力，即将干挂石材的做法和砂浆粘结的做法相结合，依靠连接件的拉力和砂浆的摩擦力来平衡外挂石材的重力，又称为钢筋网湿挂法。

复合连接方式稳定的结构能够外挂规格较大的花岗岩板和大理石板，同时为了保证厚重外挂石板的坚固耐久，还要在钢筋混凝土中预埋U型铁件来固定横向钢筋。用钢筋和连接件拉力来固定石材，灌注砂浆来密封保护钢筋和连接件，形成一个稳定的连接方式。

3 连接方式的设计原则分析

石材与钢筋混凝土连接的三种方式，是经过长期实践后选择的三种方式。无论是连接材料的选择、连接系统的结构组织，还是连接件的传力受力都蕴含着对于石材与钢筋混凝土连接方式的设计原则。

3.1 构件受力均匀合理

对于连接方式的设计，首先需要了解受力需要，对于石材与钢筋混凝土的连接而言，需要解决就是如何平衡石材的自身重力。传统连接方式中分别通过增大与石材的摩擦力和增加连接件将重力传递给钢筋混凝土墙体来平衡石材自身重力。两种方式都合理的组织了各部分受力及力的传递。

3.2 整体结构可靠稳定

合理的受力需要一个稳定的结构作为支撑，而合理的结构需要对连接系统中各部分尺寸、连接位置、杆件方向以及杆件间连接方式等方面进行深入设计。合适的构件尺度和节点设计才能保证整个系统的可靠稳定。

3.3 充分发挥材料性能

每种材料都有各自的属性，而属性直接决定其在使用中担任的角色。砂浆的粘结作用、钢材的强抗拉抗压性以及石材的耐磨损性都在三种方式中得到了充分的应用。

4 关于新型连接方式的几种设想

4.1预制石材面板与现浇钢筋混凝土的榫卯连接

榫卯作为我国传统木建筑中最核心的连接方式，同样也是一种高效绿色的连接方式。但由于去其复杂的形式给建筑材料和施工带来的困难阻碍了其在现代建筑中的应用。但单独将其应用于建筑外立面石材面板与钢筋混凝土的连接我觉得还是可行的。

石材面板尤其是人造石材，形式上完全能够实现榫卯连接所需要的突起和设置沟槽的处理。而钢筋混凝土多为支模后现浇生成，只需对其模板进行榫卯连接形式的再设计，再对石材的安装程序进行优化设计即可。这种方式虽然增加了建造技术难度，但是节省了大量建筑材料，能够做到绿色和高效。

4.2预制石材面板与现浇混凝土的焊接连接

焊接属于硬连接，也是连接强度最大最直接的一种连接方式，属于金属类建筑材料的特有连接方式。此种方式比粘结材料连接强度更大，比连接件连接节省材料，同时更便于施工建造，用于外挂石材与钢筋混凝土的连接也是可行的。

此种方法，需要将钢构件提前预埋到钢筋混凝土墙体内和预制石材面板边缘，然后施工中将石材边缘的预埋钢构件与墙体预埋构件进行焊接。此方式优点在于其连接的稳定性和可靠性，但这种方法最终实现还需要石材面板与预埋钢构件的能够有效连接和施工技术的足够成熟。

5 结束语

石材作为装饰材料的运用应经相当成熟，然而面对现代建筑日新月异的变化，想要寻求新的发展空间，那就需要我们分析和解读传统，用根本的理论和方法以一种新形式来应对新的变化。

6 参考文献

1建筑装饰石材/侯建华编著 北京：化学工业出版社，2003.11

2新石材建筑/（英）戴维德尼著；王宝民，任铮钺译 大连：大连理工大学出版社，2004.5

3石材应用与施工/孟小春，李怀亮，崔东方编著 郑州：黄河水利出版社，2010.11

4石材工程施工技术/张进生等编著 北京：化学工业出版社，2007.5

5建筑构造原理与设计/樊振和编著 天津：天津大学出版社，2004.10