熊云凤
艺脉实业（上海）有限公司 上海市 201101
摘要：随着现代文明的发展，人们对建筑环境的外在美观、内在舒适、建筑节能环保的要求日渐加强，因此，建筑幕墙应运而生。将石材运用于建筑中不仅让建筑更加美观，并且还十分环保。文章主要探讨了干挂石材幕墙设计要点及优化措施。
关键词：干挂石材；幕墙设计；幕墙优化
引言
随着我国经济的高速发展，以高强、轻质为特点的建筑幕墙广泛应用于高层建筑和大型公共类建筑上，石材幕墙更是将建筑美学、建筑功能、建筑节能和建筑结构等因素有机地统一起来，对石材幕墙设计进行研究，用好石材幕墙，在幕墙行业中有着至关重要的地位。石材幕墙施工的工艺原理是由传统石材幕墙施工技术的新型技术发展而来的。在建筑工程中，石材之间通过适当的工艺而彼此独立。这种特点，可以让人们在安装和拆卸的过程中十分方便。在施工过程中，相关人员依靠合理的布局将建筑石材的受力模式发生改变，进而保证了石材幕墙系统的安全性。石材幕墙的施工技术适用于规格不同的石材设计方案，并且可在寒冷的冬季施工，所以，适合我国大部分地区的施工要求。
1.石材幕墙的石材选择
石材幕墙可以营造古朴、宏伟、沉稳的格调，并且带给人一种舒适感，因此深受人们喜欢。石材幕墙在石材的分类上，主要有三大类：岩浆岩、沉积岩和变质岩。一般情况下，工作人员在选择石材时会根据石材幕墙是在室内，还是在室外来决定，并按照图纸所需石材的强度、吸水率和抗震水平等来选取石材。在选择过程中，应当优先选择颜色、物理性质、纹理均好的石材。进行初步的选择后，再依照建筑物的造价和设计布局选择最佳的石材。
石材作为建筑幕墙的材料，因它天然材质，光亮润滑、坚硬永久、稳重典雅，所以十分受欢迎。在石材中，因为其形成的条件、形成过程、形成年代和形成地域的不同，因而其品质和强度也有所不同。所以相关人员在选择石材的过程中，也不能单单根据对石材的计算资料来决定。在实际过程中，还应当依具体情况进行，以使石材幕墙的设计和施工更加优质。
2.石板结构连接方式选择
石板结构连接方式主要由以下几种：（1）钢销式干挂体系。这种干挂体系通常会用在非抗震设计或抗震设计为6度、7度的幕墙中，且幕墙高度不宜大于20m，对石材板块的大小也有规定，面积不宜大于1m2。钢销式干挂体系是石材幕墙发展初期产品，由于在应力集中处石材局部有裂丈母现象且安全性差，在操作中费工，费时，费料，现已很少采用。（2）不锈钢（铝合金）T 型挂件体系。不锈钢T 型挂件体系采用不锈钢金属钢板冲压、折弯制作成的标准板式挂件，其不锈钢板厚不宜小于3mm，如采用铝合金挂件其厚度不宜小于4mm。这种结构由于本身的局限性，板块更换较为困难，在打胶时容易产生胶缝不平整现象，外视效果不易保证。（3）SE 型干挂体系（小单元石材幕墙系统）。SE 型挂件体系是一种可完全分离的组合挂件体系，简单叫分离式可拆卸干挂体系，其壁厚不宜小于4mm。（4）背栓干挂体系。背栓式干挂体系是石材幕墙的一种新型的连接形式，它具有安装方便、质量容易保证、施工工期较短等优点，越来越被建筑业主所接受，但其造价比其它结构略贵，常用于较大块石材（厚度30mm时，石材面积大于1.5 m2）或对石材安全性能要求较高时。
3.干挂石材幕墙设计及优化
3.1力学计算
为了能让石材幕墙间的关节点能粘结，所以在幕墙的设计中，必须将幕墙设计的结构方式、连接方式和材料性质考虑在内进行力学计算。关于力学计算主要有以下几个点：
（1）确定承受荷载。在通常情况下，确定荷载需要将石材重量、地震和风等其他荷载考虑在内，以便能使石材幕墙的荷载结构保持有效传递。而对于那些不能确定的荷载，相关人员可以根据国家标准和模拟试验进行确定石材的受力。对干挂体系进行计算时，应根据刚体的力的传递的特性，确定其所受荷载进行力学计算。有时。一些荷载不易确定时，可通过模拟试验来确定其大小。
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（2）石材的允许应力计算。根据石材物理性能试验，可得到相应的石材强度指标。各种石材进行力学计算有各自的设计安全系数标准。用实验的出的石材弯曲强度及压缩强度除以相应的设计安全系数，即可得到时常的允许应力。
3.2干挂体系的设计
在石材幕墙工程中，一般来说，石材干挂体系设计是由施工单位独立完成的。受到石材干挂体系作为隐秘工程的一部分，干挂体系设计水平直接影响着幕墙结构的安全性，因此必须给与重视。（1）干挂石材体系力的传递。通过简化计算方法或有元程序计算，可以得出板材中的最大应力。但是，有些石材比较特殊，例如具有独特的纹理，这样就造成石材在沿板长及板高方向的强度的差异性非常大，因此，必须分别对这两个不同的强度方向进行计算。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。（2）石材的允许应力。目前，用于建筑物干挂石材的有花岗岩、大理石和石灰石等，各种石材的性能特征都不同，因此需要针对不同的石材开展力学计算，并且采用相应的安全系数。
3.3石材板块自身的抗弯验算
在设计中，还需要进行石材板块自身的抗弯验算，以确保设计的科学性。对于各向异性的石材，石材板块自身的抗弯验算包括下面的两种情况：一是，石材板块中发生最大弯曲应力的点在另一方向上的应力为零，只要此最大应力小于对应方向上的石材允许应力则石材板块自身的抗弯性能满足要求，反之则不满足。二是，石材板块中发生最大弯曲应力的点在另一方向上的应力不为零，则验算时也应该同时考虑此应力。并运用内摩擦理论予以验算。在验算石材的抗剪性时，相关人员需要依照石材的厚度和石材空的深度等参数进行验算。
3.4干挂石材的物理性能试验
干挂石材在作为重要的装饰原料，进入正式施工前，一定要做好石材的试验工作。一是，合理选取可以代表所用石材的试样，或者从直接用于施工的石材中挑选出的试样，用来进行物理实验。需要注意的是，在试验过程中要重点检测：石材的弯曲程度、压缩强度、吸水能力以及体积等物理特性，也就是常说的“三性”或者“四性”实验。获得试验数据以后，需要和最小物理性能指标进行对比，以便得出准确的物理性能指标数。再者，干挂石材的物理检测数据与实际受力情况的关系。物理检测数据与实际受力情况尚存在一定的差异，为了得出此种差异，必须将实验的干挂石材的试验样本按照建筑现场拟采用的干挂形式进行逐步实验，并且将观察数据详细记录，以便得出准确的试验数据。
4.工程案例
中颢商务大厦，是一座集休闲娱乐，购物，餐饮，商贸和办公等为一体的现代化综合商务办公大楼，地下一层，地上裙楼一栋四层，主楼两栋十四层，钢筋混凝土剪力墙结构，建筑面积约33831平方米，建筑檐高59.8米，该楼外墙面主要采用的是干挂花岗岩和隐框玻璃幕墙组合形式，花岗岩板厚30mm，通过相关力学计算，石材幕墙安装采用的是双切面背栓式干挂工艺，通过在石材板双切面打孔，插入不锈钢背栓，扩张使之与石材板紧密相连，通过铝合金挂件和连接件将其固定在横龙骨上，然后再通过竖龙骨与后置埋板连接将其固定在外墙面上，通过此优化系统，不仅施工作业快，还减少了劳动力的使用，大大缩短了工期，并有力保证了施工质量，同时克服了以往钢销式和槽式干挂石材幕墙的缺点，在安全性，耐久性和更换频次等方面都显示出了其优越性。
结束语
随着我国经济快速发展，很多城市已经开始利用天然石材幕墙来作为建筑物的维护结构。将石材幕墙作为建筑外围，不仅使建筑格调变得高雅庄重，充满时代感和艺术感，而且十分环保。随着我国城市建设现代化水平的不断提高，干挂石材幕墙技术势必迎来更大的发展空间。建筑装饰企业要牢牢把握这个有利时机，秉持科学设计的理念，在满足现场实际情况和硬性条件的基础上，充分发挥设计者的创造能力，实现技术性和装饰性的最优化。
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论文作者:熊云凤
论文发表刊物:《基层建设》2015年20期供稿
论文发表时间:2016/3/15
标签：石材论文; 幕墙论文; 应力论文; 体系论文; 建筑论文; 荷载论文; 力学论文; 《基层建设》2015年20期供稿论文;