旋入式背栓在建筑幕墙工程施工中的应用

旋入式背栓在建筑幕墙工程施工中的应用

何俊峰

中国建筑第八工程局有限公司上海200000

摘要：建筑幕墙在现代建筑中起到了极其重要的作用。随着现代建筑的发展和不断完善，石材幕墙得到了广泛的应用，并且涌现出大量新工艺和新技术，极大提高了建筑的美感。为了更好地将石材幕墙应用于建筑中，需要借助一定的技术和工艺，其中应用最为广泛的是背栓式石材幕墙。该方法借助先进的工艺，极大地推动了石材幕墙在建筑行业的应用。

关键词：旋入式背栓；建筑幕墙；施工

1、石材幕墙概述

石材幕墙成为当前建筑应用的主要幕墙形式之一，对建筑的发展起到了极大的推动作用。之所以石材幕墙在建筑行业的应用如此广泛，主要是因为与其他幕墙相比，石材幕墙有着庄重的气势、厚重的质感、天然的美感等优势，符合幕墙的发展趋势。对于建筑本身而言，石材幕墙作为建筑外侧的维护结构，不承受结构荷载，主要由饰面板和龙骨支撑体系组成，并悬挂于主体结构上。石材幕墙是幕墙由笨重型走向轻量型的重要体现之一，符合现代建筑追求的简约趋势。并且随着石材幕墙的不断发展，其品种和样式呈现多样化，满足了人们对幕墙的个性化需求。其次，石材幕墙具有较高的安全性能和环保性能：一方面，石材具有较好的防火和防潮优势，这就为保证建筑安全创造了有利的条件；另一方面，石材具有环保节能的特点，它属于自然材料，通过工厂化定制、加工，真正做到一次到位，并且不会造成光污染。随着幕墙工艺的不断进步，石材幕墙成为幕墙发展的重要方向之一，符合绿色建筑的要求，提高了幕墙的经济效益。

2、背栓式石材幕墙概述

在石材幕墙的施工中，技术较为先进、成熟的是背栓式，它是利用后切式锚栓及后支承式系统共同组成幕墙体系，属于机械式的锚固方式并通过背栓将金属连接件与石材饰面板连接，并借助连接件固定于幕墙的龙骨体系中。该方法可通过工厂化定制、加工，避免了施工环境的限制，改善了施工条件，提高了工作效率。

3、背栓系统优势

在石材幕墙的施工中，背栓体系存在明显技术优势。首先，背栓体系是建立在对每块面材挂件的受力分析基础上，需确保其所有挂件的受力是均匀的，受力系统明确。提高了连接的强度和整体稳定性，从而使面材具有较高的抗震能力。这种方法在高层和超高层中的应用优势更加明显。而槽式体系仅由面材下侧挂件承重而上侧挂件仅承担水平荷载，面材更易出现应力集中情况且若当中一个下侧挂点出现破损易导致突发安全风险。其次，背栓体系中面材的大小不是由锚栓承载力决定，而是由面材的抗弯能力决定。第三，背栓体系中因各个挂件均承载面材重量具有充分的安全冗余度。在施工过程中，即使施工不当引发面材破裂问题，面板的其他几个背栓仍能有效工作不易造成脱落且便于更换。进而保证了建筑的安全性，减少施工损耗。第四，背栓体系是通过背栓与经底部扩孔的面材紧密贴合从而达到固定目的。减少了槽式体系中由于开槽而出现应力集中造成的槽口崩边、断裂、扩槽等常见质量问题，减小对面材的削弱。对于如砂岩、洞石等低硬度面材具有更好的适用性。第五，背栓体系中面材不会像槽式体系中因使用胶粘剂而造成污染，可以更有效的保证观感质量。因此，背栓体系已成为幕墙施工的主要方法之一。

4、常规背栓与旋入式背栓工作原理分析

常规背栓安装步骤：（1）选择规定直径钻头钻孔、（2）检查孔径及深度是否合格、（3）放置背栓并敲击套筒。它在安装过程中均采用如榔头等手持工具对背栓套筒进行敲击促使其底端扩压环扩张，从而实现机械连接的目的。

旋入式背栓安装步骤：（1）选择规定直径钻头钻孔、（2）检查孔径及深度是否合格、（3）放置并旋入背栓。它通过手枪钻控制螺杆植入深度实现背栓底部限位扩张套的扩张进促使背栓与面材紧密贴合，从而达到机械连接的目的。

5、旋入式背栓较常规背栓的技术优势对比分析

（1）压胀应力对比

各类面材在与敲击式背栓硬性扩胀接触时，存在压胀应力问题，致使面材存在迸裂破坏风险因此留下安全隐患。面对以上问题，旋入式背栓通过旋转式安装的方法并对背栓进行顶进限位设计，限位扩张套在扩张到设定大小后，便不再膨胀，避免了敲击所带来的突变荷载造成的胀应力，消除了扩压环未到位的隐患，有效地解决了由于压胀应力带来的安全隐患。确保了脆性板材的安全可靠性。同时对于如洞石、砂岩等低硬度石材具有更明显的适用性。

（2）受正、负风压对比

为避免装饰面在正、负风压的影响下可能会出现顶裂面材或孔洞崩边的问题，敲击式背栓植入深度需严格进行控制并对面材自身的厚度提出了较高要求。旋入式背栓利用限位扩张套的切面与面材孔壁紧密贴合，避免了面材受正、负风压后的质量隐患并对面材厚度具有更优异的适用性，从而大大提高了安全系数。

（3）抗扭剪分析

普通背栓由于公差及与面材的间隙，使背栓系统与面材不能形成整体。在外力作用下而产生扭力与剪力，在此综合应力下，板材会出现错台等质量缺陷。旋入式背栓因能做到限位扩张套的切面与面材孔壁紧密贴合而由于最大限度克服了公差与间隙，与面材形成了抗扭抗剪整体的态势，从而有力的解决了这个问题。

（4）面材适用分析

对于常规背栓体系而言，因锚固件在一般情况下主要承受拉拔、剪切作用，且安装背栓的过程中不可避免的会出现敲击等突变应力。所以面材的锚固处多为锥形冲切破坏。影响破坏的因素有背栓锚深、石材本身强度、背栓直径等，从以往项目的实践可知，通常都是因为面材本身的强度不够而被破坏的。所以对于面材的硬度、厚度要求较高。而旋入式背栓体系因能实现限位扩张套切面与面材孔壁紧密贴合有力的解决了拉拔、剪切受力状态。这就对于如洞石、砂岩等低硬度石材具有更明显的适用性。此外因受力状态更优，不会出现面材顶裂隐患。对于同等硬度的面材而言，对面材的厚度要求更低。

（5）成孔质量的可预见性

成孔的质量是背栓与面材是否能牢固连接的很关键的一环。所以面材在安装前的每一步检测都非常重要。现在市场上敲击式背栓是通过强力敲击使其进人面材内部，再通过扩压环的扩张达到机械连接的目的。故而它对孔洞尺寸要求不高，也就是说孔洞尺寸精度不是很重要。这正是其带来安全隐患弊端的不可预见性。其危害程度是潜在的，所以往往不为人所重视，最终造成的损失将是突发的、惨痛的。此外因为扩压环变形属于不可逆的，一旦出现安装精度超差则无法进行更换，同时因强力敲击也会导致面材因突变应力出现破损，从而导致面材损耗过大，对工程成本造成负面影响。而旋入式背栓则可以消除敲击式背栓的弊端。这种独特的设计不仅避免了应力集中过大，而且它可以在背栓安装时就能检测出孔洞的尺寸合格与否并及时纠正，且可通过控制螺杆旋入深度实现限位扩张套的张合，这就使其具有良好的可更换性。这是市面上现有的背栓无法做到的。

6、结束语

旋入式背栓体系目前是一种先进合理的幕墙施工工艺，在幕墙中具有广阔的应用前景。本文结合以往项目经验，深入分析常规背栓与旋入式背栓间工作原理，通过对比普通干挂工艺与背栓工艺及旋入式背栓与常规背栓间性能的差别，据此提出旋入式背栓具有更加优越的技术性能。为工程设计、施工，工艺、材料选型提供依据。

参考文献：

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