對石材幕墻干掛體系設計的要點與示例論述的問題探討

李永生

摘要：石材幕墻是目前建筑外墻裝飾施工中非常流行的一種。由于其耐腐蝕、耐磨、耐用的特性，以及外墻裝飾干掛施工工藝的簡單性，無論是施工方還是業主都十分推崇這種裝飾工藝和風格。但在具體施工過程中，干掛法沒有顯示出標高劃分和節點圖的詳細部位，使得施工難度加大，增加了幕墻節點控制的難度。本文將對石材幕墻干掛系統的設計要點進行分析，并通過實例對設計要點進行探討。

1.背栓式幕墻施工實踐分析

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地腳螺栓一般采用無應力錨固石，可以形成獨立的干掛系統。石板之間有一定的間隙，可以根據需要決定是否涂抹密封膠。幕墻內部往往需要采取防水保溫措施，防火往往需要防火層。防火層可以沿著每層房間屋頂的墻壁設計。防火材料可由絕緣礦棉板和下側鍍鋅銅板支撐。它們可以設置在剪力墻的預留位置，可以預防火災，并在火災發生后抑制火災的蔓延。

2.負載計算

在干掛系統設計過程中，應對幕墻進行應力和荷載分析，并根據分析結果確定干掛方法，從而確定石材計算模型，進而對系統的安全性進行計算和分析，最終根據荷載值確定干掛系統中使用的材料和結構。應力分析應以載荷分析為主，以確定系統的承載能力，計算過程中相關參數的值應留有一定的余量。通過剛度傳遞計算載荷，進而確定干掛系統。在建筑幕墻的使用過程中，幕墻要承受來自各方面的荷載，風、地震、石材重量等產生的荷載都是重要的組成部分。在實際應用過程中，需要在設置石材幕墻的過程中保持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部件和環境因素造成的熱脹冷縮效應。風和地震是墻體三維荷載的主要組成部分，幕墻本身要考慮所選材料的自重。通過這些比較，風在這些載荷中起著最重要的作用，所以風通常被認為是一種不利的載荷。

在幕墻構件、構件連接和結構荷載計算過程中，需要考慮各種可能的荷載和不利因素，并始終為設計值預留一定的余量。在計算位移和擾動的過程中，應合理選擇分項系數，用標準值計算。根據風荷載計算規范，垂直于幕墻表面的荷載值可按以下方式計算：風荷載標準值=陣風系數*風荷載體型系數*風壓高度變化系數*基本風壓根據設計規范，在計算構件、連接和結構荷載的過程中，風荷載的取值可按1.4倍風荷載的標準值計算，幕墻上的地震作用可按以下計算方法計算：石材垂直幕墻平面分布水平地震作用、地震動力放大系數和石材幕墻單位面積自重的乘積，地震作用分項系數可合理選取，地震作用值可設計為石材垂直幕墻平面分布水平地震作用的1.3倍。 石材幕墻的自重可按標準設計，石材幕墻結構的分項系數可設置為G=1.2，應計算各種幕墻同向作用的組合。

（1）現場應力性能測試

在干掛石材的應力分析中，一般需要結合現場的受力情況和結構進行分析。為了獲得石材應用精度的數值，一般在施工現場確定干掛石材的結構，然后在設計完成后依次對其施加荷載，并檢查結構的應力和變化，以達到更準確的應力分析結果，并與實際結果保持一致。在結構實驗過程中，可以在前期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過程中的安全性。

（2）石料的計算

計算石材幕墻選用的石材，需要計算石材面板本身的抗彎能力和板與構件連接處的抗剪能力。如果有特殊要求，如石材的熱應力能力計算，石材幕墻在使用過程中，在擴孔過程中會因高速摩擦而產生高溫。如果熱應力值低，石材在使用過程中容易損壞。計算模型的選擇也與干掛結構有關。本文僅以背栓結構為例。在重新設計和計算過程中，應考慮石材幕墻的重力、風荷載、地震荷載和熱應力。背栓干掛一般由上下背栓點決定，因此在石材表面彎曲計算過程中，應根據支撐板上的支撐點計算相應的應力。獲得的最大值不能超過石材表面的最大彎曲值。在計算搓板后面的馬桶產生的剪力的過程中，目前可以用經驗公式來計算，這樣石頭的建筑一定不能超過石頭的最大剪力值。

在目前的施工條件下，施工過程中石材的計算主要是掛板本身的重力和抗剪計算。并且在一些工程項目中，需要計算石材的熱裂力。從目前板巖的受力和主要形式分析，目前的計算方法在一定程度上是不合理的，例如有些方法沒有考慮溫度引起的熱裂力的計算。背栓石計算方法一般分為上下兩組。應考慮垂直于石材表面的約束力，并在其下方設置一定的支撐空間。

（3）干掛系統設計

在干掛系統設計過程中，整個石材幕墻和干掛系統往往是由一個單元獨立實現的。由于干掛系統主要是幕墻，幕墻懸掛系統的質量對干掛系統的設計有很大的影響，而且結構安全與施工質量關系密切。而且干掛系統的特殊性要求很強，有很多隱蔽的施工環節，需要在施工監理過程中給予足夠的重視。

（4）施工圖設計

根據上述計算的實際結果和建筑物的結構，應繪制更詳細的施工設計圖紙，并根據石材本身的重力、風荷載和地震荷載的標準值進行相應的荷載分析計算，以確定石材的干掛方法，以及龍骨和預埋件的尺寸和規格。本工程為單體建筑，多棟建筑結構復雜。為了看清楚圖片，在干掛石材的安裝面上要設置相應的指標，并詳細標注各構件的詳細編號。建筑物的復雜部位，如檐口、轉角等，需要根據實際情況分別設計，各部位的具體構造和參數要描述清楚。

（5）石材幕墻防火設計

在設計過程中，要將標準化與實踐相結合，最大限度地優化設計方案。幕墻設計中最關鍵的原則之一是安全原則。在滿足安全原則的基礎上，根據工程的實際設計規范和要求進行防火設計。在設計過程中，幕墻表面采用防火材料，并用鍍鋅銅板支撐。

3.示例討論

從上圖的設計情況來看，有一些不合理的地方：比如石材幕墻掛件的位置設計明顯不合理。根據金屬和石材幕墻的相關設計規范，短槽邊與樓板兩邊緣的距離應大于或等于樓板厚度的三倍，并應大于85mm，但小于180 mm，下圖中選用的斜撐掛件不合理。倒掛石頭可以選擇不銹鋼T型掛件，從安全角度考慮最好選擇背栓掛件。

結語

本文對石材幕墻干掛系統設計中的理論問題進行了探討，包括背栓式幕墻實際施工過程的分析、幕墻所受荷載的分析計算、現場應力試驗、石材抗彎承載力和接縫抗剪承載力計算方法的選擇、石材計算過程中應包含的內容的詳細分析以及干掛系統的設計過程。重點分析和探討了建筑圖紙設計和幕墻防火設計過程中需要注意的問題，并進行了實例分析，對我國石材幕墻干掛系統的設計和施工具有重要的參考意義。

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