淺析建筑領(lǐng)域中石材的發(fā)展及運(yùn)用

鄧百舒，柯余祥

（中國(guó)機(jī)械工業(yè)第三設(shè)計(jì)研究院 重慶 400039）

引言

人類的文明發(fā)端于居住，而居住場(chǎng)所的獲得依靠建筑，建筑又需要建筑材料。在漫長(zhǎng)的歷史進(jìn)程中，人們不斷選擇、研究身邊的各種自然物，并進(jìn)行力所能及的加工，使之成為建筑材料，例如木材、石材等等。在多次的建造經(jīng)驗(yàn)中，建筑空間的需求不斷地考驗(yàn)著各種建筑材料以及配套的成型工藝。反過來，新材料的出現(xiàn)又會(huì)大幅度的改變建筑本身、以及人們對(duì)于建筑的認(rèn)識(shí)。天然石材、木材及泥土并稱為歷史最為久遠(yuǎn)的建筑材料，其基本滿足易于獲取、易于加工成型、易于運(yùn)輸、力學(xué)性質(zhì)優(yōu)良、耐久。具體說來，木材在大部分易于獲取的地方，所以得到了廣泛使用；在那些缺乏木材的地區(qū)如埃及等，泥土取而代之。然而在幾乎所有人類文明中，石材都是廣泛使用的建筑材料。追求永久、唯一，永遠(yuǎn)是人類內(nèi)心的欲望，在相當(dāng)長(zhǎng)的歷史時(shí)期中，只有石材可以滿足這種要求。

時(shí)至今日，天然石材、泥土與木材依然沒有退出使用，在建筑市場(chǎng)中占據(jù)重要的位置。在人類使用石材的漫長(zhǎng)歷史中，石材的使用目的發(fā)生了很多變化，并且仍然在繼續(xù)變化。與此同時(shí)石材加工工藝也在不斷的發(fā)展，石材加工能力越來越強(qiáng)、成本越來越低、精度越來越高。石材用途的變化要求石材加工工藝進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，石材工藝的發(fā)展也促進(jìn)了石材用途的擴(kuò)展，甚至改變了建筑的形態(tài)。可以說，一部建筑石材工藝的歷史，就是半部建筑史。在這些歷史的背后，更加需要詳細(xì)的了解并研究石材技術(shù)與建筑創(chuàng)造的應(yīng)用。

1 建筑石材的種類及特點(diǎn)

建筑石材是由天然巖石經(jīng)過人工開采和加工而成，分為整形石材和散粒石材兩類。

1.1 整形石材(squared Stone)

整形石材是經(jīng)人工加工成一定形狀的石材，包括塊材、板材和石制品。塊材主要用于砌筑大型建筑的基礎(chǔ)、堤壩、橋墩、鋪筑路面、橋面或作路邊石等。板材和石制品主要作為裝飾材料，用于外墻面、柱面、地面、臺(tái)階板、樓梯板、踢腳板、窗臺(tái)板、窗框、門楣板及建筑裝飾花雕和裝飾小品等。

人類利用天然石材作建筑材料有悠久的歷史。希臘在公元前5世紀(jì)就開采、加工和應(yīng)用大理石。意大利著名的比薩斜塔全是用大理石建成的，總重達(dá)14.45萬噸。中國(guó)明、清故宮宮殿的基座，欄桿都是用漢白玉大理石建造的。隨著天然石材的開采和加工技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)品規(guī)格不斷增大，質(zhì)量不斷提高。現(xiàn)在已可生產(chǎn)200cmx200cm的大型墻面裝飾板材。發(fā)達(dá)國(guó)家為適應(yīng)高層建筑的需要，發(fā)展薄型石材飾面板，厚度從20mm降至8、10、11mm， 板 面 尺 寸 為 400mmX200mm、300mmX300mm、300mmXl50mm，板面經(jīng)拋光可達(dá)到鏡面光澤。目前，應(yīng)用最廣的有大理石板材和花崗石板材。

大理石板材有白、黃、灰、綠、黑等色澤，紋理美觀，主要供室內(nèi)外建筑裝飾用，以室內(nèi)為主，世界著名大理石品種有中國(guó)的漢白玉、丹東綠、雪花白、墨玉、意大利的卡拉拉白、石灰黃、維曼拉紅、西拉黃等。

花崗石板材有淡灰、淡紅、內(nèi)紅、青灰、灰黑、白黑等多種。按花崗巖的晶粒大小和組成可分為：“偉晶”、“粗晶”和“細(xì)晶”三種，花崗巖的晶粒粗大，結(jié)構(gòu)不均勻，經(jīng)過磨光的花崗石板是性能優(yōu)良的建筑外墻面、柱面和地面裝飾材料。地面及建筑石也可大量使用粗面花崗石板

1.2 散粒石材（Granular Stone)

有砂、卵石、碎石等，主要用作砂漿、混凝土的集料和路基材料等。

2 現(xiàn)代社會(huì)建筑石材典型運(yùn)用——石材幕墻

當(dāng)代建筑技術(shù)的重要成就之一就是若干建筑子體系的明確分工。在這個(gè)趨勢(shì)下，石材喪失了作為結(jié)構(gòu)材料的比較優(yōu)勢(shì)，僅僅保存了作為地面、墻面材料的傳統(tǒng)認(rèn)同與相對(duì)優(yōu)勢(shì)。這種情況下，石材作為簡(jiǎn)單裝飾材料登場(chǎng)，其墻面裝飾體系——石材幕墻應(yīng)運(yùn)而生。

石材干掛幕墻技術(shù)經(jīng)過30余年發(fā)展，產(chǎn)生了多種形式。主要的類型有：

2.1 “針銷式”和“蝴蝶片式”

“針銷式”和“蝴蝶片式”石材干掛系統(tǒng)，上下板塊之間采用針銷(或蝴蝶片)連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便。但石材上下板塊間相互關(guān)聯(lián)，要移動(dòng)或更換一塊石材板塊必須牽動(dòng)周圍的板塊，不具備獨(dú)立更換功能，對(duì)于石材的維護(hù)十分不利；石材受力點(diǎn)集中在針銷(或蝴蝶片處)，受力面積較小，安全性較差，安裝過程中，石材槽口需現(xiàn)場(chǎng)灌注云石膠固定，不適用于冬季嚴(yán)寒地區(qū)施工；受石材固定方式(計(jì)算模型)的影響，不適用于大規(guī)格石材板塊幕墻。

2.2 “背栓式”

施工方法是在每一塊板的背面固定，板與板之間沒有聯(lián)系，因而不會(huì)產(chǎn)生相互連接而造成的不可確定性應(yīng)力積累和應(yīng)力集中，受力簡(jiǎn)潔明確，在正常使用狀態(tài)下能充分利用板材的抗彎強(qiáng)度，是真正意義的獨(dú)立承級(jí)。其材質(zhì)體積輕便，通過高壓靜電由粉末噴涂，有耐腐蝕、耐高溫、挑老化、體積輕便等特點(diǎn)，并能通過靜力計(jì)算得到精確的承載能力，從而控制了破壞狀態(tài)。當(dāng)主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大位移或溫差較大時(shí)，不會(huì)在板材內(nèi)部產(chǎn)生附加應(yīng)力，因而恃別適于高層建筑和航展建筑，體現(xiàn)出柔性結(jié)構(gòu)連接的設(shè)計(jì)意圖。對(duì)石材鉆孔設(shè)備要求高，成本相對(duì)較高，且抗震性能較差。

2.3 單元式石材幕墻體系

采用鋁合金龍骨制作，以一個(gè)橫向分格及一個(gè)樓層高度為基本的幕墻單元。在車間加工組裝成一個(gè)完整的板塊后，運(yùn)往工地安裝。因?yàn)樵擉w系大部分工作在工廠進(jìn)行，所以加工和組裝質(zhì)量能得到保證，且可統(tǒng)籌安排施工計(jì)劃，能大大減少施工周期。但因單個(gè)石材板塊一般在1200mmX3700mm左右，質(zhì)量很大，給施工過程中的吊運(yùn)和安裝提出了很高的要求，需要專用的吊運(yùn)和安裝設(shè)備，而且成本較高。

2.4 組合式石材幕墻體系

在傳統(tǒng)石材幕墻設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上研究開發(fā)出石材幕墻新技術(shù)——組合式石材幕墻。該體系通過合理的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造設(shè)計(jì)，使石材板塊彼此獨(dú)立，可隨時(shí)拆卸和安裝，使石材幕墻易于維護(hù)；通過合理布置連接點(diǎn)的數(shù)量和位置，改變石材板面的受力模型，使石材幕墻系統(tǒng)更加安全可靠，同時(shí)能適用于大規(guī)格石材板塊幕墻及減小石板的設(shè)計(jì)厚度；采用雙道密封設(shè)計(jì)，使石材幕墻可在嚴(yán)寒地區(qū)冬季施工，適合于國(guó)內(nèi)大部分地區(qū)四季施工。該體系以一個(gè)橫向分格和一個(gè)豎向分格為基本單元，一般板塊大小在1.2m左右，質(zhì)量輕、安裝方便，且具有單元式石材幕墻的優(yōu)點(diǎn)。附框制作與現(xiàn)場(chǎng)龍骨安裝可同時(shí)進(jìn)行，合理安排作業(yè)計(jì)劃，可大大縮短工期。

石材幕墻工藝的發(fā)展與建筑自身的特性息息相關(guān)，建筑空間的要求、建筑環(huán)境的要求、建筑視覺效果的要求都是石材幕墻技術(shù)重要的邊際條件。促使幕墻技術(shù)進(jìn)步的原因，包括成本壓力、工程質(zhì)量的壓力、與其他體系配合的問題。例如結(jié)構(gòu)方面要求質(zhì)量輕、定位準(zhǔn)確，這樣才能建成穩(wěn)定可靠的石材幕墻。空間方面要求幕墻盡量“瘦”、“薄”，這也是衡量石材幕墻技術(shù)的重要因素。石材幕墻涉及的多種材料，如石材、金屬、化學(xué)膠、水泥砂漿、塑料等彼此存在穩(wěn)定接合的問題，如何解決這些問題也一直推動(dòng)著建筑工藝的設(shè)計(jì)向深化方向發(fā)展。建筑師在考慮技術(shù)應(yīng)用策略時(shí)，結(jié)合結(jié)構(gòu)體系、空間體系進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓に囋O(shè)計(jì)是整個(gè)工程成功的關(guān)鍵。

3 建筑石材發(fā)展前景問題探討

社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，生活水平的不斷提高，人們對(duì)提高建筑功能質(zhì)量、檔次的要求也越來越強(qiáng)烈，文化回歸，崇尚自然和天然材料，使得對(duì)天然石材必然會(huì)有更多的需求。

天然石材由于具有不可替代的材質(zhì)特性，仍將倍受人們的喜愛。它本身的質(zhì)感是其他任何合成材料、復(fù)合材料都不能相提并論的。

特別是建筑外墻，到目前為止，仍然缺乏一種理想材料，而天然石材有著耐久、美觀，易清洗，耐酸雨等特點(diǎn)集一身，應(yīng)用前景看好。

從節(jié)能的需要出發(fā)，石材的加工生產(chǎn)比水泥混凝土耗能少，適合邊遠(yuǎn)山區(qū)發(fā)展。

從利用廢渣的趨勢(shì)看，建筑墻體將越來越多使用由工業(yè)廢渣、粉煤灰等制作的建材制品作墻體，必然會(huì)對(duì)人體健康帶來一定影響，如用木、石材裝飾則可彌補(bǔ)廢料的影響，也必然會(huì)越來越多地使用石材這種天然材料。

石材產(chǎn)品質(zhì)量本身的不斷提高，必將有利于推廣應(yīng)用。

應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，設(shè)計(jì)水平的提高，專用施工機(jī)具的配套開發(fā)，都有利于促進(jìn)天然石材的應(yīng)用。為此，要加強(qiáng)石材應(yīng)用技術(shù)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化的研究，裝飾設(shè)計(jì)、色彩選擇、配套產(chǎn)品材料專用機(jī)具等研究與開發(fā)，甚至產(chǎn)品規(guī)格系列要與建筑產(chǎn)品(如廚房、衛(wèi)生間等)標(biāo)準(zhǔn)配套，標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。

不斷擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。培育石材市場(chǎng)，有利于石材大量的應(yīng)用。目前生產(chǎn)廠家多，批量少，花色品種在應(yīng)用時(shí)往往受到影響，因此生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)聯(lián)合起來，互相配合，通過建設(shè)一個(gè)“市場(chǎng)”，調(diào)劑余缺，共同培育市場(chǎng)。同時(shí)發(fā)展社會(huì)化服務(wù)和加工，使用戶感到很方便，才有可能廣泛應(yīng)用。

石材加工企業(yè)要按照市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律，走集團(tuán)化集約化經(jīng)營(yíng)之道。

結(jié)語(yǔ)

對(duì)于石材來講,在建筑師的巧妙安排下,石材的自然屬性被從各個(gè)側(cè)面予以詮釋,或重或輕、或精致或粗糙,建筑不再只是人們心目中單一的重量感,似乎一切變得皆有可能。于是我們就看到了巴塞羅那德國(guó)館中石材令人賞心悅目的天然色彩和圖案、瘋狂的西班牙建筑師高迪使米拉公寓中堅(jiān)硬的石材具有了流動(dòng)性，而在威尼斯總督府的墻面上,菱形的圖案和打磨的平整又使石材失去了往日的重量感。

現(xiàn)代建筑中，雖說幾乎是鋼筋混凝土一統(tǒng)天下，但是也不乏石材運(yùn)用的佳作出現(xiàn)，而且隨著世界建筑多元化局面的出現(xiàn)，一些建筑師突破現(xiàn)代建筑的常規(guī)，從事建筑技術(shù)及材料的表現(xiàn)，并將其與建筑藝術(shù)有機(jī)的融合，使石材呈現(xiàn)出現(xiàn)代性的特征。

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