對石材幕墻干掛體系設計的要點與示例論述的問題探討

丁偉

當前建筑外墻裝飾施工非常流行石材幕墻，由于石材具有耐腐、耐磨、耐用的性能，再加上外墻裝飾干掛法施工工藝的簡單性，施工方和業主都推崇這種裝飾工藝和裝飾風格。然而在具體的施工過程中，干掛法沒有剖面展示立面分割和節點圖的詳細部位，從而照造成了施工難點，加大幕墻節點控制難度。本文將對石材幕墻干掛體系進行設計要點分析，再通過舉例論述設計要點。

1.背栓式幕墻施工的實踐分析

在石材背面開孔的方式稱為背栓式，用于連接鋁合金掛件的不銹鋼錨栓一般采用的是無應力的錨固石材，進而可以形成獨立的干掛系統，在石材板面與板面之間留有一定的縫隙，可以根據需要來確定是否要打密封膠。在幕墻內側往往需要采取防水保溫措施，且為了防止火災的發生往往還需要設計防火層，可以在各個房間樓板頂板處，沿著墻壁來設計防火層，防火材料可以使用保溫礦棉板下側可以使用鍍鋅銅板進行支撐，可以將其設置在剪力墻的預留位置處，可以防止火災的發生，并且在火災發生后可以抑制火災的蔓延。

2.荷載的計算

在干掛體系設計的過程中要針對幕墻進行應力與載荷分析，根據分析的結果確定干掛的方式，也才能夠將石材計算模型的確定下來，接著就可以就系統的安全性進行計算分析，最終根據載荷值來確定干掛體系所使用的材料以及結構。受力分析應該將載荷分析作為重點，來確定系統的承載能力，在計算的過程中相關參數的取值要留有一定的余量。通過剛度的傳遞來計算載荷進而確定干掛體系。在建筑幕墻使用的過程中，幕墻要承受來自各方面的載荷，風的作用所形成的載荷、地震所形成的載荷、石材自重所形成的載荷都是重要的組成部分。在實際應用的過程中，在石材幕墻設置的過程中需要保留一定的間隙作為緩沖，通過設置緩沖區可以在很大程度上消除由于構件自身因素以及環境因素所造成的熱脹冷縮效應。風與地震是造成墻面立體載荷主要組成部分，幕墻本身需要考慮所選材料所形成的自重，通過這些比較風在這些載荷中所占據的作用最大，因而往往將風看做是一種不利的載荷。

在幕墻構件、構件連接以及結構載荷計算的過程中，需要考慮到各種可能存在的載荷以及不利因素，且設計值往往要保留一定的余量，計算位移和擾度的過程中，要合理選擇分項系數，采用標準值進行計算，根據風載荷的計算規范，垂直于幕墻表面的載荷數值可以按照下列的方式進行計算：風載荷標準值=陣風系數*風載荷體形系數*風壓高度變化系數*基本風壓

按照設計規范，對構件、連接以及結構載荷計算的過程中，可以將風載荷的數值按照1.4倍的風載荷標準值進行計算地震對幕墻的作用可按照下面的計算方式進行計算：即石材垂直幕墻平面的分布水平地震作用與地震動力放大系數以及單位面積石材幕墻自重的乘積合理選擇地震作用的分項系數，可以將地震的作用值設計為：1.3倍的石材垂直幕墻平面的分布水平地震作用。可以按照標準來設計石材幕墻的自重，可以將石材幕墻結構的分項系數設定為γG=1.2，要計算作用于幕墻同一方向上各種不同幕墻的組合。

（1）現場受力性能試驗

對干掛石材進行受力分析，一般需要結合現場的受力情況和結構來對其進行分析，為了得到石材應用準確性的數值，一般在施工現場來確定干掛石材的結構的確定，再設計完成之后依次對其施加載荷，并且查看結構的受力與變化情況，要達到較為準確受力分析結果，且要和實際結果保持一致。在結構實驗的過程中，可以在之前理論設計的基礎上直接進行，最大限度的保證干掛石材在使用的過程中更加的安全。

（2）石材的計算

要對石材幕墻所選的石材進行計算，要對石材面板自身的抗彎能力進行計算，在板材與構件的連接處來計算抗剪能力，如果存在較為特殊的要求，比如對石材熱應能力的計算，由于在石材幕墻使用的過程中，拓孔的過程中由于高速的摩擦會產生較高的溫度，如果熱應力數值較低那么石材很容易在使用的過程中損壞。且計算模型的選擇還與干掛結構有關，本本文僅以背栓式的結構為例，再設計計算的過程中，石材幕墻自身的重力以及所承受的風載荷和地震載荷以及熱應力都是需要考慮進去的，背栓式干掛一般是通過上下的個背栓點來確定，所以在石材表面進行抗彎計算的過程中，應該根據支撐板上的支撐點來計算相應的應力，所得到的最大不能超過石材表面的最大抗彎數值，在計算被涮掛件面板后廁所產生的抗剪力的過程中，目前可以結合經驗公式來進行計算，要使得石材所承受的建立不得超過石材的最大抗剪力數值。

在目前現有的施工條件下，施工過程中石材的計算主要是掛板自身重力以及抗剪計算。且在某些工程項目中，還需要對石材的熱裂力進行計算。從石板目前所受力的大小以及主要形式的分析，目前的計算方式存在著一定程度不合理的地方，比如有些方法沒有考慮到溫度所造成的熱裂力的計算。背栓式的石材計算的方式一般都會被分為上下兩組來分別進行，要考慮到垂直于石材表面的約束力，并且也要在其下方設定一定的支撐空間。

（3）干掛體系的設計

在干掛體系設計的過程中，往往石材幕墻整體以及干掛體系都是由一個單位來獨立實現的，由于干掛的懸掛體系主要是幕墻，幕墻懸掛系統的質量對干掛系統的設計有著很大的影響，由于結構安全與施工質量有著較為密切的關系。并且干掛體系的特殊性要求較強，存在不少隱蔽施工的環節，需要在施工監理的過程中給予其足夠的重視。

（4）施工圖設計

要根據上述計算的實際結果結合建筑的結構來繪制出較為詳細的施工設計圖，并且要根據石材自身的重力以及風載荷作用以及地震載荷作用的標準值，來對其進行相應的載荷分析與計算，確定石材要采用的干掛方式，以及龍骨、埋件等的尺寸與規格。本工程為多棟樓體的結構較為復雜的單體建筑，為了看圖的方面，應該在干掛石材的安裝表面設置相應的索引，較為詳細的標記出各個組成部分的詳細的編號。對于建筑物中較為復雜的部分比如房檐、邊角等需要結合實際情況進行單獨設計，將各個部分具體的結構與參數描述清楚。

（5）石材幕墻的防火設計

設計的過程中要規范與實際相結合，最大程度的優化設計方案。幕墻設計最為關鍵的一個原則就是安全原則，在滿足安全性原則的基礎上在按照工程實際的設計規范和要求來對石材進行防火的設計，設計的過程中幕墻表面采用防火材料并使用鍍鋅銅板對其起到支撐作用。

3.示例論述

通過上圖的設計情況來看存在著不合理的地方：比如石材幕墻的掛件的位置設計明顯不合理。根據金屬與石材幕墻的相關的設計規范來看：短槽邊距離石板兩個邊的距離應該大于等于石板厚度的三倍且應該大于85mm，但是要小于180mm。下圖所選擇的斜撐掛件不合理。

可以為倒掛的石材選擇不銹鋼的T形狀的掛件，從安全的角度來看最好選擇背栓式的掛件。

結語

本文對石材幕墻干掛體系設計要點中的理論問題進行了探討包括對背栓式幕墻實際的施工過程中進行了分析，對幕墻所承受的載荷進行了分析和計算，且進行了現場的受力實驗，對石材的抗彎能力以及連接處的抗剪能力計算方式的選擇進行了分析，詳細的分析了石材計算過程中所應該包含的內容，闡述了干掛體系設計的流程，施工圖紙設計過程中需要注意的問題，幕墻的防火設計方面等進行了重點的分析與探究，并且進行了實例的分析，對于我國石材幕墻干掛體系的設計與施工具有重要的借鑒意義。

（作者單位：深圳市洪濤裝飾股份有限公司）