浅议干挂石材在建筑幕墙中的设计与施工

摘要：幕墙是建筑物的外墙护围，不承重，是现代大型和高层建筑常用的带有装饰效果的轻质墙体。由结构框架与镶嵌板材组成，不承担主体结构载荷与作用的建筑围护结构。本文介绍了干挂石材在幕墙中的施工设计。

关键词：石材干挂；石材设计；施工工艺

1 干挂石材的设计

1.1石材的选择

对于石材设计而言，根据建筑师对幕墙分格形式及材质颜色等建筑效果的要求，向建设方提供石材样本，以协助其确定所用石材。通常在对石材的选择中，重点考虑拟用石材的表面特征、颜色和纹理等技术性能指标。

1.2干挂方式的选择

石材的干挂方式有钢销式、通槽式、短槽式、背栓式等几种形式。较常用的有短槽式和背栓式两种，其悬挂方式比较而言，短槽式成本较低，但安全性不如背栓式，通常在石材重量不太大或安全系数要求不太高时使用；背栓式干挂牢靠稳定，但成本较高，通常在较大块石材(厚度30mm时石材面积大于1.5m2)或对安全性能要求较高时使用。

1.3石材及干挂体系的力学计算

首先确定幕墙所受的荷载及作用形式，然后确定石材的干挂方式，进而确定石材板块的计算模型，进行受力计算，最后确定干挂体系的构造形式和所用挂件、连接件、埋件及横竖龙骨的规格尺寸。石材及其千挂体系的设计应符合国家行业标准《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJl33～2001的要求。

1.3.1荷载的确定

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。对某些特殊的建筑物，设计说明书中对相应荷载计算取值会有特殊要求，在计算时应和规范对照取最大值。有时，一些荷载不易确定时，可通过模拟试验来确定其大小。

1.3.2石材的计算

石材的计算主要包括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，有时还应计算石材的热裂应力。计算方式与石材的干挂方式有关，以背栓式干挂石材固定体系来说明。石材板所受荷载包括水平向的风荷载和地震荷载，竖向的地震荷载和石材自重，以及温度变化产生的热裂应力。背栓式干挂石材典型的安装体系是通过上下各2组(共4组)挂件将板块固定，其中板块上边两组挂件起支撑石材重量及在垂直于石材平面的方向上的约束作用，下边的两组挂件只是在垂直于石材平面的方向上起约束作用。

1.3.3干挂石材体系力的传递

板材中的最大应力可通过简化计算方法或有元程序计算得出。有些石材由于其独特的纹理特性而使石材在沿板长及板高方向的强度具有非常明显的差异，须对这两个方向分别进行强度计算。另外，在计算石材于某一点达到某方向的最大应力的同时，必须计算其在垂直方向上的应力。

1.4石材物理性能试验

在为工程项目的石材做试验时，必须取能代表所用石材的试样。干挂石材的物理性能主要包括弯曲强度、断裂模量、压缩强度、吸水率及体积密度，这些指标均可通过标准试验方法获得，而相应的标准中都有指定的最小物理性能指标。干挂石材理论计算的模型毕竟与实际受力情况有所不同，为验证理论计算结果，必须在现场按拟采用的干挂形式固定石材，然后对其逐步施加荷载，并观察记录其整体受力性能。

1.5施工图设计

干挂石材施工图设计主要包括石材的安装立面图设计、石材节点大样图设计、石材的加工详图设计等。

安装立面图设计：根据建筑立面图的板块分格要求，在各立面上将不同形状或不同尺寸的石材分别独立编号，编号应确保唯一并方便实用，所设计的安装图应清晰表达出各立面上所有不同种类的石材板块。若工程的体形较复杂，为查找图纸方便，还应设计相应的位置索引图，清晰的表示出建筑物每个区域墙面对应的板块立面编号。

石材节点大样图设计：对建筑物的拐角、窗口、屋檐、及其它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。

石材加工详图设计：石材安装立面图及节点大样图经建筑师批准后，即可按石材安装图上的石材尺寸分格及节点大样图的细节进行加工详图设计，该详图即通常所说的石材加工单。在确定干挂石材的具体形状及加工尺寸时，须反复核实以确保万无一失。

2 板材的加工和保护

石板应尽可能采用同一矿脉的石材进行加工，加工前要挑选并编号以保证石材纹理及方向正确，要求过渡自然、无色差。石材施工时主要注意做到以下几个方面：

(1)准备干挂的石材要经过72小时的充分自然干燥，当石材含水率≤10％时方可操作。

(2)避免石材在运输、库存及安装施工过程中被污染，做好保护工作。

(3)尽量做到被保护表面清洁无污染，如有污染，就采用石材清洗剂、除油剂、去锈剂等将表面处理干净。

(4)溶剂型保护品和施工工具不得有水溶人，以免影响防护效果。

(5)保护处理的石材24小时内不得用水浸泡，24小时后方可使用。

3 干挂石材的施工工艺

3.1结构偏差实测

实测结构的偏差，对结构的修整，二次设计的排版及板材的加工等工作具有非常实际的指导意义。偏差实测采用经纬仪投测与垂直、水平挂线相结合的方法，挂线采用细钢丝；测量结果及时记录并绘制实测结果，提交相关负责人，进行二次设计。

3.2放线

外墙面水平线以设计轴线为基准。要求各面大墙的结构外墙面在剔除胀模墙体或修补凹进墙体后，使外墙面距设计轴线误差不大于lcm。放线的具体原则是：先弹出窗口井字线，并根据二次设计图纸弹出型钢龙骨位置线。每个大角下吊垂线，给出大角垂直控制线。放线完成后，进行自检复线。复线无误再进行正式检查，合格后方可进行下步工序。

3.3连接件焊接与龙骨的安装

连接件采用角钢与结构预埋件三面围焊。焊接完成后按规定去除药皮并进行焊缝隐检，合格后刷防锈漆三遍。连接件的固定位置按弹线位置确定，采取水平跟线，中心对线，先点焊，确定无误后再施焊的方法。假柱、挑檐等部位由于石材面距结构面空隙过大，为达到建筑设计效果，需在结构外侧附加型钢龙骨。型钢龙骨通过角钢连接件与预埋件焊接，焊缝要求及检查，防腐做法同上。次龙骨与挂件的连接采用不锈钢螺栓，次龙骨根据螺栓位置开长孔，与舌板相互配合实现位置的调整。钢龙骨的位置必须符合挂板要求。

3.4面板的安装

待连接件和次龙骨焊接完成后，用不锈钢螺栓对不锈钢挂件进行连接。不锈钢销钉位置，T型不锈钢挂件位置通过挂件螺栓孔的自由度调整，板面垂直无误后，再拧紧螺栓，螺栓拧紧度以不锈钢弹垫完全压平为准，隐检合格后方可进行下道工序。挂板时缝宽按二次设计图要求进行调整，先试挂，每块板用靠尺找平后再正式挂板，安装T型挂件前应将结构胶灌人槽内。宽缝板处，不锈钢挂件与下方已安装完石材上口之间用高分子聚合物垫实。

结语

干挂石材幕墙的设计和施工工作包括的内容非常复杂，要想达到各方都满意的效果，就需要深入学习相关现行规范，不断增加建筑美学知识，领会建筑设计师的本意，听取有关各方意见，按程序认真组织施工，最后才能设计和施工出协调、美观的石材幕墙。