冼敏仪
广东世纪达建设集团有限公司
摘 要: 本文主要对石材幕墙干挂方式的选择及设计要点进行分析与探讨，以供同仁参考。
关键词: 石材幕墙；干挂方式；设计要点
一、前言
干挂花岗岩石材幕墙指由天然花岗石板做面板的幕墙，主要由石板面材、金属挂件、钢龙骨等结构组成；面板石材可根据建筑总体效果要求，采用适合的颜色、种类和质地的石材成品，易于与玻璃及其他装饰材料相协调，外观庄重华丽、使用寿命长，目前正越来越多地被用于高级宾馆、商业写字楼、机关办公楼及大型公共建筑的外立面装饰工程中。本文主要对石材幕墙干挂方式的选择及设计要点进行分析与探讨，以供同仁参考。
二、石材幕墙干挂方式的选择
干挂方式一般有：钢销式、短槽式、通槽式、背栓式，小单元式等方式。
（1）钢销式。钢销式干挂法又称插针法，是干挂石材工艺中最早的做法，也是最简洁的做法，钢销式又分为两侧连接和四侧连接，其结构特点是相邻两块石材面板固定在同一支钢销上，钢销固定在连接板上，连接板与骨架固定。
（2）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。
（3）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）。
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图1、短槽式干挂法节点
（4）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。
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图2、背栓式干挂法节点
（5）小单元式干挂法。小单元干挂法是与上述几种干挂法在设计构思上完全不
同的一种设计。石材面板虽然还是通过铝合金挂钩与骨架连接，但不同的是相邻石材面板均是独立与骨架相连，不再是共同连接。仅这一连接方式的改变彻底改变以往传统的设计思维模式，使干挂石材幕墙的设计方法、加工方法、安装方法、物理性能等都得到了彻底的改变。
三、干挂石材幕墙设计要点分析
（1）石材材料设计。石材幕墙有古朴、稳健、宏伟等建筑艺术效果，还能给人一定的舒适度，通常被广泛应用。在石材的分类上，主要有花岗岩、大理石以及人工石材三大类，常规上在石材的选择上应根据石材幕墙在室内和室外的特点，按照立面图和各个节点的详图，针对其强度、吸水率和抗震水平等各种参数，进行力学计算来确定石材的选取，应优先考虑石材的特征、颜色、物理性能以及纹理等性质，同时结合幕墙的分格形式、建筑造价、设计布局等要求到达建筑物整体设计效果最佳的石材。
（2）石材幕墙的力学计算。1）荷载确定。干挂石材幕墙荷载传递路线为：荷载→面板→横梁→立柱→建筑主体结构。设计时，应仔细分析面板、连接件、接缝等部位的受力情况，确定板料的计算模型，进行相应的力学分析。龙骨的设计除了须满足强度和挠度的要求外，还需注意以下几处施工细节：通常上下立柱之间需预留不小于15mm 的变形伸缩缝隙，同时上下立柱之间采用竖框插芯连接，插芯的总长度应满足立柱变形位移的需求且不小于400mm，插芯与立柱紧密接触的同时，插芯应与下立柱之间采用不锈钢螺栓连接固定。立柱与主体结构埋件的连接应采用钢转接件螺栓连接，以适应主体结构变形对幕墙的影响。螺栓直径应不小于10mm，连接螺栓应按现行国家标准《钢结构设计规范》进行承载力设计。当立柱与转接件采用的是不同金属材料时，应采用绝缘垫片隔开。钢横框通过钢角码、螺栓与立柱连接，角码应能承受横框的剪力，其厚度应不小于3mm。钢角码的一端与立柱采用焊接连接，另一端做长圆孔，螺栓连接，以此满足幕墙平面内变形的要求。2）干挂石材体系受力计算。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。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）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）石材幕墙结构设计要点。①石材幕墙按外围护结构进行设计，石材幕墙石板宜选用火成岩；②天然石材幕墙不宜应用于高层及超高层建筑中。当设计要求采用时，应按相关规范规定增设石材防碎裂措施；③石材幕墙的骨架应综合考虑建筑立面效果、土建结构形式、石材幕墙的安装形式等方面进行设计，既要保证幕墙系统的安全可靠，又要考虑施工工艺的可行性；④石材幕墙及其连接件应有足够的承载力、刚度和相对于主体结构的位移能力。幕墙骨架的立柱应通过金属角码与主体结构相连接，立柱与角码之间应采用螺栓连接，螺栓垫板应有防松动和防滑移措施；⑤非抗震设计的石材幕墙，在风力作用下石材不得破损；抗震设计的石材幕墙，在设防烈度地震作用下经修理后幕墙仍可使用；在罕遇地震作用下幕墙骨架不得脱落；⑥在石材幕墙构件设计时，应充分考虑到幕墙系统在重力荷载、风荷载、地震作用、温度作用和主体结构位移影响下，具有的安全性。
四、结束语
综上所述，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，我们在进行干挂石材幕墙的设计当中需要确保设计图纸的详细行，同时要做好石材的选择以及干挂方式的选择，结合计算的结果来确定干挂石材幕墙结构形式和体系。施工中也需要按照施工设计图纸以及要求来进行，确保施工操作的规范性，从而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
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[2]戴克任，莫志兵.高层建筑的玻璃幕墙设计与质量要求[J].中华民居，2013（6）.
[3]李洋. 干挂石材幕墙和铝合金玻璃幕墙的设计和施工[J]. 工程技术:全文版, 2016(11):00158-00158.