外墙干挂花岗岩的设计要点及构造措施
　　摘要: 我国建筑幕墙行业经过近二十多年的的发展,已成为世界上产量最多的国家,通过技术引进、吸收、创新,有些技术已经接近甚至达到国际先进水平,干挂花岗石幕墙的节点构造处理也与时俱进,不断的发展.本文对干挂花岗石幕墙的各种节点设计进行了总结.
　　关键词: 石材幕墙;花岗石;节点设计;构造分析
　　Exterior wall dry hanging the design points of the granite and construction measures
　　LinWenFeng shenzhen guangdong gold curtain wall decoration engineering Co., LTD
　　Abstract: China building curtain wall industry after nearly 20 years of development, it has become the world output most populous country, through the introduction of technology, absorption, innovation, some technology has been close to even reach the international advanced level, dry hanging granite walls joint structure processing also keep pace with The Times, develop gradually. In this paper, the dry hanging of granite curtain wall design node are summarized.
　　Keywords: stone curtain wall; Granite; Node design; Structure analysis
　　随着社会经济的发展,城市面貌的日益改善,中国在成功举办了2008年北京奥运会以后,又成功举办了2010年上海世界博览会,建筑业的景象热闹非凡,同时也带来了装饰业的发展.虽然低价的钢铁及混凝土已渐渐取代石材在承重构造的地位,但是中国建筑幕墙行业的迅猛发展带给了石材新的生命.近年来由于人们对生活品质的要求提高,居住环境品质的舒适、美观及安全性逐渐受到重视,有越来越多的建筑师尝试运用丰富的石材颜色及岩理,来改善都市里单调的景观.因此石材便更加广泛地应用于建筑物的室内、外墙及造景等用途上.
　　一、 石材面板选用分析
　　装饰石材主要分为大理石与花岗石两种,由于花岗石的密度、抗压强度、抗弯强度等均高于大理石,在石材幕墙中应用广泛;大理石及其他石材采用后期补强措施后,如能达到吸水率小于0.8%,弯曲强度不小于8.0MPa的规范要求,亦可用于外墙干挂.花岗石的表面处理有多种的加工方法,常用的有:①抛光面--是指表面平整,用树脂磨料等在表面进行抛光,使之具有镜面光泽的板材.其特点是光度高,对光的反射强,能充分地展示石材本身丰富艳丽的色彩和天然的纹理.多用于对光度有一定要求的高档建筑中.②荔枝面--荔枝面是用形如荔枝皮的锤在石材表面敲击而成,从而在石材表面形成形如荔枝皮的粗糙表面,多见于雕刻品表面或广场石等的表面.分为机荔面(机器)和手荔面(手工)两种,一般而言手荔面比机荔面更细密一些,但费工费时.③蘑菇面--是指在石材表面用凿子和锤子敲击成形如起伏山形的板材.此加工方法对石材的厚度有一定的要求,一般底部厚最少要30mm,凸起部份可根据实际要求在20mm及以上.蘑菇石大量地运用在经济型的围上.④火烧面--是指用用乙炔、氧气或丙烷,氧气,或石油液化气,氧气为燃料产生的高温火焰对石材表面加工而成的粗面饰面.其特点是表面粗糙自然,不反光,加工快,具有较高的性价比.⑤自然面--是指在用锤子将一块石材从中间自然分裂开来,形成状如自然界石头表面极度凹凸不平的加工方法.自然面极为粗犷,等很高的体现建筑物自然奔放的风格,对石材的选用要根据工程具体要求而加工运用.
　　二、石材干挂种类及设计要点
　　石材干挂种类一般有:钢销式、短槽式、通槽式、背栓式等方式.
　　钢销式--是在石材上、下边打孔,用安装在连接板上的钢销插入孔中,连接板与结构体系连接,使石板材固定安装在结构体系上.钢销和托板一般应采用1Cr18Ni9或OCr19Ni9不锈钢,钢销直径4~6mm,入孔深20~30mm,连接板一般采用40mm×4mm,石板上开孔直径宜为6~8mm,孔深22~33mm,孔位距板边不小于3T不大于180mm,两销距离不宜大于600mm.石板材用钢销连接时,由于一个钢销要插入上下两块石板材,并且从上到下连续互插,当中间一块破损时,无法单独更换,需从顶部一直折至该板块为止,才能进行更换,费工费时,并且可能影响建筑物正常使用.同时连接板要伸出钢销外5~7mm,在安装时往往因为施工偏差,设计板缝不能与连接板相配合,要在现场将连接处石板材边打磨而使石板材边受损,影响外观,现在已较少使用.
　　通槽式--是将"钢销式"进行了改进.采用"L", "T"型通长的插片式挂件作为龙骨,将切好槽的石材安装在"L","T"型龙骨上,形成石材幕墙.上下层石材板连接处相互之间荷载不累积,受力简洁明了.通槽式方法还大大增加了龙骨作为支撑构件的受力面积,克服了挂件受力面积小,应力集中等力学性能差的缺点.
　　短槽式--石材安装采用在石材上开槽的方式,用不锈钢勾板实现石材的定位,达到定位安装之目的.横竖龙骨选用型钢,表面热浸镀锌处理,不仅使用寿命长,且强度高,刚度大,抗风压变形性能好.石材端面开槽可在工厂内加工完毕,勾板与槽口间塞胶垫,并施结构胶,以满足强度和弹性要求.短槽式结构方案,即经济实惠、又安全可靠,该结构具有如下设计特点(如图1).
　　图1 短槽式干挂法节点
　　背栓式--该工艺式是幕墙最先进的石材幕墙施工方式,具体方法是在石材上进行锥形转孔,同样是锥形设计的沉头螺杆与梅花状扩张垫片紧密配合,在撑开后与板材的倒锥形背栓孔成面状接触,从而形成物理结构锁定,而又不存在对材料的膨胀应力.背栓再通过铝合金卡件与骨架连接.由于其独特的固定方式,每块石材均为一个独立的单元,所以既可以实现复杂表面的拼接,又便于后期的维修,更换时不会破坏周边的石材.相比与其他形式,背栓式干挂石材造价较高,施工精度也要求较高.其典型节点构造如图2所示.
　　图2 背栓式干挂法节点
　　三、安装骨架设计分析
　　主次龙骨设计要考虑其受力合理、传力明确、安装方便等因素,主次龙骨固定应考虑建筑物的结构形式,目前常见的有框架结构、钢筋混凝土剪力墙结构和砖混结构.剪力墙结构钢骨架固定方便,但框架结构的填充墙体部分和砖混结构,因墙体不能预埋埋件(如钢板),故在主体结构施工时,应当根据主次龙骨、预埋埋件位置,在填充墙体时综合考虑设置钢筋混凝土构造梁柱,以便固定骨架.常用的主龙骨为槽钢或方钢管,次龙骨为角钢,钢骨架材质有主要为经表面热浸镀锌处理的钢材,主次龙骨的规格根据干挂石材的大小、形状及相对龙骨的位置按弹塑性理论计算确定.
　　(1)主龙骨设计
　　主龙骨与主体结构的连接除每层框架梁处可采用双码或单码固定,为减小主龙骨截面尺寸,控制主龙骨挠度,亦可增加支撑点.
　　如果按单跨简支梁计算其内力,即跨中最大弯矩为:
　　M = qL2/8
　　跨中最大挠度为:            5qL4/(384EI)
　　主龙骨截面承载力应符合下列要求:
　　按简支梁(受拉)立柱抗弯强度公式,应满足:
　　N/An+Mx/γWnx≤fs            ……6.3.7[JGJ102-2003]   (1)
　　按简支梁(偏心受压)立柱抗弯强度公式,应满足:
　　N/λAn+Mx/γWnx≤fs          ……6.3.8[JGJ102-2003]   (2)
　　上式中:
　　N:立柱轴力设计值(N);
　　Mx:立柱弯矩设计值(N?mm);
　　An:立柱净截面面积(mm2);
　　Wnx:在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm3);
　　γx:塑性发展系数:
　　对于冷弯薄壁型钢龙骨,按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018-2002,取1.00;
　　对于热轧型钢龙骨,按JGJ133或JGJ102规范,取1.05;
　　对于铝合金龙骨,按最新《铝合金结构设计规范》GB 50429-2007,取1.00;
　　fs:型材的抗弯强度设计值;
　　此外,主龙骨由风荷载标准值和地震作用力标准值产生的挠度u,可按相应的结构支承条件进行计算,并应符合以下要求:
　　u ≤L/300, u≤15mm    (3)
　　式中 L:支承点间的距离.
　　(2)次龙骨
　　单跨次龙骨可按简支梁计算,应做如下计算:
　　①次龙骨截面的抗弯承载力应符合下列要求:
　　按横梁抗弯强度计算公式,应满足:
　　Mx/γxWnx+My/γyWny≤fs         ……6.2.4[JGJ102-2003]    (4)
　　上式中:
　　Mx:横梁绕X轴方向(幕墙平面内方向)的弯矩设计值(N?mm);
　　My:横梁绕Y轴方向(垂直于幕墙平面方向)的弯矩设计值(N?mm);
　　Wnx:横梁绕X轴方向(幕墙平面内方向)的净截面抵抗矩(mm3);
　　Wny:横梁绕Y轴方向(垂直于幕墙平面方向)的净截面抵抗矩(mm3);
　　γx,γy:塑性发展系数:
　　对于冷弯薄壁型钢龙骨,按《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018-2002,取1.00;
　　对于热轧型钢龙骨,按JGJ133或JGJ102规范,取1.05;
　　对于铝合金龙骨,按最新《铝合金结构设计规范》GB 50429-2007,取1.00;
　　fs:型材的抗弯强度设计值.
　　②次龙骨除满足强度要求外, 其挠度值还须满足下列条件:
　　u =
　　u ≤L/300 且u ≤15mm    (5)
　　式中 u : 次龙骨的挠度,mm;
　　ux :次龙骨在水平方向荷载标准值作用下产生的挠度,mm;
　　uy :次龙骨在垂直方向荷载标准值作用下产生的挠度, mm;
　　L :次龙骨支承点间跨度,mm.
　　四、构造要求
　　(1)连接件的材料.膨胀螺栓、连接件等均应采用不锈钢,其规格应根据其(抗弯、抗剪)强度确定.
　　(2)胶粘剂.主要用于铆钉、挂钩与石材连接处的空隙内起固定作用.目前常用的有"大力士"大理石胶、环氧树脂胶等.石板与不锈钢挂件间应采用环氧树脂型石材专用结构胶(A/B胶)黏结,不宜采用不饱和聚酯树脂型结构胶(云石胶).
　　(3)密封胶.主要用于石材块之间的缝隙, 起密封作用.目前常用的有中性硅酮密封胶.
　　(4)基层防水与防火构造.加气混凝土外墙面抹1:2水泥砂浆内掺5%防水剂,防止雨水渗入墙体.为防止干挂花岗岩空腔内窜烟窜火,在每层梁底设置一圈大于100mm的防火层,上下采用1.5mm以上镀锌钢板,中间100mm以上的岩棉隔火带,以满足消防要求.
　　(5)伸缩缝的问题.由于干挂花岗岩长期位于室外,冬夏温差大,故主次龙骨均需要预留伸缩缝.主龙骨采用上端固定,下端伸缩的拉弯受力结构,连接位置设置20mm以上伸缩缝;次龙骨一端与主龙骨焊接,一端与主龙骨上的设置有长孔的安装码采用螺栓连接.
　　五、结束语
　　干挂石材幕墙是石材安装在建筑表面的一种较为普及的施工工艺,尽管与目前传统的湿贴法相比较,造价偏高,但它有湿贴法无法比拟的优越性.因此,干挂石材幕墙将越来越被广泛应用于大型公用建筑外装饰中,更好地体现出石材作为饰面材料所具有的庄重、自然的建筑效果.
　　参考文献
　　[1]《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001
　　[2]王亚明,王波,外墙面干挂石材设计中应注意的几个问题.建筑技术, 1999(9)