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摘 要：外墻干掛石材幕墻以其獨(dú)特的自然莊重、色彩絢麗風(fēng)格與外形而備受推崇，它既有效防止常規(guī)飾面石材濕貼法施工引起的石材墻面泛堿、變色、空鼓、脫落等缺陷，又具有縮短施工周期、安裝精度高、裝飾效果好、減輕建筑物自重、提高抗震性能等優(yōu)點(diǎn)，特別是具有安裝牢固、使用安全的特點(diǎn)，在建筑室外墻面的裝飾中得到了廣泛應(yīng)用，受到業(yè)主和建筑師的青睞。

建筑幕墻行業(yè)是隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展而出現(xiàn)的，建筑幕墻是融建筑技術(shù)、功能和建筑藝術(shù)于一體的建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，是當(dāng)今建筑物的高級(jí)外裝修。石材是古老的建筑材料，石材因其高貴典雅、堅(jiān)實(shí)耐用、穩(wěn)健莊重、返璞歸真的天然本色，給人們帶來(lái)生活的情趣和回歸自然的感受，成為室外裝飾的首選材料之一。本文簡(jiǎn)要論述了現(xiàn)代建筑石材幕墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以期對(duì)相關(guān)從業(yè)人員有所幫助。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代建筑，石材幕墻；幕墻優(yōu)化設(shè)計(jì)，幕墻維護(hù)
前言
現(xiàn)代建筑石材幕墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)，通常根據(jù)建筑圖紙來(lái)確定石材的精確分格尺寸、顏色、材質(zhì)、嵌縫材料等，并繪出尺寸詳盡的石材立面圖及各復(fù)雜部位的節(jié)點(diǎn)詳圖，然后依單塊石材的重量、尺寸及抗震、抗風(fēng)壓等各項(xiàng)要求，進(jìn)行相關(guān)的力學(xué)強(qiáng)度計(jì)算、確定石材的干掛方式及龍骨體系。在確定干掛石材的具體形狀及加工尺寸時(shí)，需精確核實(shí)，確保萬(wàn)無(wú)一失(尤其在采用較昂貴的進(jìn)口石材時(shí))，以免造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。
目前，設(shè)計(jì)單位對(duì)幕墻干掛石材通常只提供立面分格形式和少量節(jié)點(diǎn)圖，施工單位無(wú)法依圖施工，因此，需要對(duì)石材板及相關(guān)的干掛體系進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，而這一般由掛板施工單位負(fù)責(zé)。由于技術(shù)水平參差不齊，許多石材工程甚至沒有相應(yīng)的力學(xué)計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，選擇和確定石材及干掛體系均依據(jù)日常的施工經(jīng)驗(yàn)，很有可能因強(qiáng)度不足留下隱患或強(qiáng)度過(guò)大而浪費(fèi)材料。石材幕墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)需確認(rèn)石材板塊材料、選擇的干掛方式和對(duì)石材及干掛體系進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，確定龍骨體系、埋件、連接件等的尺寸規(guī)格。并在有條件的情況下，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的力學(xué)性能試驗(yàn)，以確保石材幕墻的安全性。
一、選擇石材
優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)單位和建設(shè)方應(yīng)相互配合，根據(jù)設(shè)計(jì)方對(duì)幕墻分格形式及材質(zhì)顏色等建筑效果的要求，向建設(shè)方提供各種石材樣本，以協(xié)助其盡快確定所用石材。應(yīng)依據(jù)所掌握的石材資料，重點(diǎn)考慮擬用石材的表面特征、顏色和紋理等技術(shù)性能指標(biāo)。盡管石材供應(yīng)商會(huì)提供石材的物理性能指標(biāo)，但作為一種天然材料，石材的物理性質(zhì)變化很大，應(yīng)再次予以確認(rèn)，以便為石材的設(shè)計(jì)確立相應(yīng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)。
二、選擇干掛方式
石材的干掛方式有鋼銷式、通槽式、短槽式、背栓式等幾種形式，較常用的有短槽式和背栓式 2 種。比較而言，短槽式成本較低，但安全性不如背栓式，通常用于石材重量不太大或安全系數(shù)要求不太高時(shí)；背栓式干掛牢靠穩(wěn)定，但成本較高，用于較大塊石材( 厚度30mm時(shí)石材面積＞ 1.5m2) 或?qū)κ陌踩阅芤筝^高時(shí)。
三、石材及干掛體系的力學(xué)計(jì)算
應(yīng)該先確定幕墻所受的荷載及作用形式，再確定石材的干掛方式，進(jìn)而確定石材板塊的計(jì)算模型，并進(jìn)行受力安全性計(jì)算，最后根據(jù)干掛體系所受荷載值，確定干掛體系的構(gòu)造形式和所用掛件、連接件、埋件及橫豎龍骨的規(guī)格尺寸。石材及其干掛體系的設(shè)計(jì)應(yīng)符合國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》(JGJ133—2001)的要求。
3.1 石材
石材的計(jì)算主要包括掛板板塊自身的抗彎計(jì)算和掛板與掛件銷釘連接處的抗剪計(jì)算，有時(shí)還應(yīng)計(jì)算石材的熱裂應(yīng)力。計(jì)算方式與石材的干掛方式有關(guān)( 本文以背栓式干掛石材固定體系為例說(shuō)明)。石材板所受荷載包括水平向的風(fēng)荷載和地震荷載、豎向的地震荷載和石材自重，以及溫度變化產(chǎn)生的熱裂應(yīng)力。背栓式干掛石材典型的安裝體系是通過(guò)上下各2組(共4組) 掛件將石材固定。其中，石材上面2組掛件起支承石材重量及在垂直于石材平面的方向上約束石材的作用，下面的 2組掛件在垂直于石材平面的方向上起約束石材的作用。對(duì)石材進(jìn)行抗彎計(jì)算時(shí)，應(yīng)按支撐板上4個(gè)點(diǎn)計(jì)算其應(yīng)力，所得最大彎曲應(yīng)力設(shè)計(jì)值不應(yīng)超過(guò)石材板的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。對(duì)背栓掛件在石材板上產(chǎn)生的剪應(yīng)力進(jìn)行抗剪計(jì)算時(shí)，一般根據(jù)相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，要求石板所受剪應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值不大于板材抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。應(yīng)注意的是，豎向剪應(yīng)力應(yīng)由上排的2組掛件承擔(dān)，而非全部4組掛件共同承擔(dān)。
3.2 荷載的確定
計(jì)算時(shí)通常考慮材料的自重、所受風(fēng)荷載及地震荷載，并根據(jù)荷載作用方式對(duì)其進(jìn)行組合。其相應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)及組合系數(shù)都應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范要求取用，對(duì)某些特殊的建筑物，設(shè)計(jì)說(shuō)明書中對(duì)相應(yīng)荷載計(jì)算取值會(huì)有特殊要求，在計(jì)算時(shí)應(yīng)對(duì)照規(guī)范取其最大值。對(duì)干掛體系進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)剛體的力的傳遞特性，確定其所受荷載并進(jìn)行力學(xué)計(jì)算。當(dāng)有些荷載不易確定時(shí)，可通過(guò)模擬試驗(yàn)來(lái)確定其大小。
3.3 石材的允許應(yīng)力
根據(jù)前述石材物理性能試驗(yàn)，可得到相應(yīng)的石材強(qiáng)度指標(biāo)。

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通常用于建筑物干掛石材的有花崗巖、大理石和石灰石等，根據(jù)各種石材特有的性能特征及施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)上述石材進(jìn)行力學(xué)計(jì)算時(shí)采用的安全系數(shù)應(yīng)有所不同。美國(guó)各種石材的工業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)相應(yīng)的石材都給出了推薦使用的安全系數(shù)，如對(duì)石灰石，美國(guó)石灰石行業(yè)推薦的設(shè)計(jì)安全系數(shù)值為8。由實(shí)驗(yàn)得到的石材彎曲強(qiáng)度及壓縮強(qiáng)度除以相應(yīng)的設(shè)計(jì)安全系數(shù)，即可得到時(shí)常的允許應(yīng)力。
3.4 干掛體系的設(shè)計(jì)
在石材幕墻工程中，石材干掛體系的設(shè)計(jì)一般由施工單位獨(dú)立完成。由于幕墻具有懸掛體系的特性，干掛體系的設(shè)計(jì)決定著幕墻的結(jié)構(gòu)安全，有著特殊的重要性，而又因?yàn)槠鋵儆陔[蔽工程，尤其應(yīng)得到足夠的重視。
板材中的最大應(yīng)力可通過(guò)簡(jiǎn)化計(jì)算方法或有元程序計(jì)算得出。值得強(qiáng)調(diào)的是，有些特殊的石材由于其獨(dú)特的紋理特性而使石材在沿板長(zhǎng)及板高方向的強(qiáng)度具有非常明顯的差異，須分別對(duì)這2個(gè)不同的強(qiáng)度方向進(jìn)行計(jì)算。另外，在計(jì)算石材于某一點(diǎn)達(dá)到某方向的最大應(yīng)力的同時(shí)，必須計(jì)算其在垂直方向上的應(yīng)力。
3.5 石材板塊自身的抗彎驗(yàn)算
對(duì)各向異性的石材，石材板塊姿勢(shì)的抗彎驗(yàn)算有以下兩種情況:
(1) 石材板塊中發(fā)生最大彎曲應(yīng)力的點(diǎn)在另一方向上的應(yīng)力為零，只要此最大應(yīng)力小于對(duì)應(yīng)方向上的石材允許應(yīng)力，則石材板塊自身的抗彎性能滿足要求，反之則不滿足。
(2) 石材板塊中發(fā)生最大彎曲應(yīng)力的點(diǎn)在另一方向上的應(yīng)力不為零，則驗(yàn)算時(shí)也應(yīng)同時(shí)考慮此應(yīng)力。這時(shí)可應(yīng)用內(nèi)摩擦理論，設(shè)一個(gè)方向?yàn)?X，另一個(gè)垂直的方向?yàn)?Y，則石材板塊自身的抗彎性能能滿足要求，反之則不能滿足。
3.6 銷釘孔處石材的抗剪驗(yàn)算
根據(jù)銷釘孔的深度、石材板塊的厚度等計(jì)算公式，算出銷釘孔處的深度、石材板塊的厚度等幾何參數(shù)，使銷釘孔處石材的抗剪能力能基本符合規(guī)范要求。以滿足石材抗剪應(yīng)有的強(qiáng)度。
四、現(xiàn)場(chǎng)受力性能試驗(yàn)
干掛石材理論計(jì)算的模型畢竟與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際受力情況有所不同，公司在承接一些石材干掛幕墻工程時(shí)，為驗(yàn)證理論計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，在施工現(xiàn)場(chǎng)按擬采用的干掛石材的固定體系固定石材，然后對(duì)其逐步施加設(shè)計(jì)規(guī)定的荷載并觀察記錄其整體受力性能。最后按試驗(yàn)對(duì)力學(xué)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析和研究，以確保干掛石材在實(shí)際使用過(guò)程中具有一定的安全度。
五、施工圖設(shè)計(jì)
干掛石材施工圖設(shè)計(jì)的依據(jù)為: 建筑平面圖、立面圖、節(jié)點(diǎn)大樣圖、其他專業(yè)需與干掛石材配合的有關(guān)圖紙及其他要求、干掛石材的計(jì)算書。施工圖設(shè)計(jì)必須做到既滿足建筑師的要求，又要與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況相吻合，施工圖設(shè)計(jì)主要包括石材的安裝立面圖設(shè)計(jì)、石材節(jié)點(diǎn)大樣圖設(shè)計(jì)、石材的加工詳圖設(shè)計(jì)等。
5.1 安裝立面圖
根據(jù)建筑立面圖的板塊分格要求，在各立面上將不同形狀或不同尺寸的石材分別獨(dú)立編號(hào)，編號(hào)應(yīng)確保唯一并方便實(shí)用，所設(shè)計(jì)的石材安裝立面圖應(yīng)清晰表達(dá)出各立面上所有不同種類的石材板塊。若工程的體形較復(fù)雜，為方便查找干掛石材立面圖紙，還應(yīng)設(shè)計(jì)干掛石材安裝立面圖的位置索引圖，以清晰地表示出與建筑物每個(gè)區(qū)域墻面對(duì)應(yīng)的掛板立面編號(hào)圖編號(hào)。
5.2 石材節(jié)點(diǎn)大樣圖
對(duì)建筑物的拐角、窗口、屋檐及其它復(fù)雜部位石材的形狀、尺寸及連接方式，應(yīng)單獨(dú)設(shè)計(jì)干掛石材節(jié)點(diǎn)大樣圖，以表明這些部位石材的實(shí)際情況。
5.3 石材加工詳圖
石材安裝立面圖及節(jié)點(diǎn)大樣圖經(jīng)建筑師批準(zhǔn)后，即可按石材安裝立面圖上的石材尺寸分格及節(jié)點(diǎn)大樣圖的細(xì)節(jié)進(jìn)行加工詳圖設(shè)計(jì)，該詳圖即通常所說(shuō)的石材加工單。在確定干掛石材的具體形狀及加工尺寸時(shí)，須反復(fù)核實(shí)以確保萬(wàn)無(wú)一失。
六、結(jié)束語(yǔ)
綜上所述，通過(guò)對(duì)石材干掛優(yōu)化設(shè)計(jì)全過(guò)程的介紹，表明現(xiàn)代建筑幕墻優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要性。而玻璃幕墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在某種程度上可用幕墻的抗風(fēng)壓性能、空氣滲透性能、雨水滲漏性能及平面變形性能的檢測(cè)報(bào)告來(lái)相應(yīng)佐證。

石材幕墻的維護(hù)：
獨(dú)立石材幕墻、石材與金屬幕墻如果不定期維護(hù)那么它們所存在的隱患就會(huì)逐漸影響其安全性。應(yīng)根據(jù)需要定期進(jìn)行檢查，以期安全地提高使用壽命。
　　
1、幕墻的清洗次數(shù)與周期，一般有一定檔次的建筑每年至少要清洗一次。
　　2、幕墻在正常使用年限內(nèi)，使用單位應(yīng)5年進(jìn)行一次全面的檢查。對(duì)石材板材、金屬板材、密封條、密封膠、硅酮結(jié)構(gòu)密封膠、金屬掛件、螺栓、主龍骨、橫梁、豎梁等，從外到里或從里到外檢查一遍。
　　3、發(fā)現(xiàn)螺栓松動(dòng)應(yīng)即刻擰緊，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有掛件銹蝕應(yīng)及時(shí)除銹或更換。
　　4、板材松動(dòng)、損壞時(shí)，先卸下板材檢查掛的好壞程度，然后修補(bǔ)或更換。
　　5、當(dāng)發(fā)現(xiàn)幕墻的掛件和連接板的金屬件損壞;或連接件與主體結(jié)構(gòu)的錨栓松動(dòng)或損壞時(shí)，應(yīng)立即更換或采取加固措施。
　　6、定期檢查幕墻排水系統(tǒng)，及時(shí)疏通堵塞。
　　7、整體幕墻面積比較大的，在臺(tái)風(fēng)、地震、火災(zāi)、樓內(nèi)大裝修、鄰近有大工程施工后應(yīng)及時(shí)全面檢查。
　　8、四級(jí)以上大風(fēng)和大雨、有雷電、墻面結(jié)冰等不利施工操作的條件下，嚴(yán)禁檢查與維修廠，所使用的設(shè)備要有良好的安全保護(hù)裝置。