浅析石材幕墙设计

浅析石材幕墙设计

张联江

  甘肃省建筑设计研究院有限公司  甘肃兰州 730030

摘要：石材幕墙是独立于建筑实体墙之外的装饰性围护结构体系，因外观庄重典雅且耐久性能优秀而被广泛应用于建筑外墙。石材幕墙规范设计也越来被各方所重视，基于此，本文简单探讨石材幕墙设计要点，以供同类工程参考。

　　关键词：石材幕墙；设计要点；工程质量　　　　

　　引言

随着我国建筑行业的快速发展，天然石材被赋予了新的生命力。设计人员对石材进行精心设计，使石材灵动的颜色以及美丽的岩理变化组合呈现，逐渐突显出其良好的外观形象，可以更好的表达建筑物庄重古朴的气质。
　1、石材幕墙概述

 现代的建筑幕墙技术集建筑技术性、装饰性、功能性于一体，是当前建筑外围护结构中应用较为广泛的一种形式，尤其是在一些大型商场、办公大楼等建筑中，更是一种高级的建筑装饰形式。石材干挂技术的应用，弥补了传统的块料镶贴技术安全性的不足，在建筑外装饰中将会有更为广阔的发展前景。干挂石材施工可以不受楼层高度的限制，外墙饰面可大可小，不受拘束，而且耐腐蚀、耐磨损，具有非常好的耐久性。在此提请设计人员注意，依据《民用建筑通用规范》GB55031-2022中3.1.1条文说明包含石材幕墙在内所有幕墙外轮廓为面积计算轮廓线。

2、幕墙石材的选择

对于现阶段的幕墙设计而言，需要以确认的外观效果为依据。通常在石材的选择中首先要掌握石材相关基础知识，选择重点需要考虑所使用石材的表面颜色特征和机理处理等，同时还需要对石材的物理性能指标进行详尽明确要求。幕墙石材具体选用需要注意以下要素：

2.1石材板块大小的设计

可根据建筑师及业主追求风格的条件进行齐缝或错缝设计，但注意单块板块尺寸建议采用常规尺寸设计，通常情况下石材的面板面积宜控制在1.5平米以下。石材规格应尽可能选用标准板，有利于提高出材率，方便运输且节约成本。

2.2石材面板色差的控制

无论哪种天然石材，都会涉及到色差问题，特别是当一个品种干挂在面积较大的同一平面时应尤为注意。因此，要从矿石荒料开始控制。

天然石材的装饰效果，主要是通过色彩花纹及表面处理来表现的。严格讲，只有在同一矿床、矿层上开采的石材，其颜色、花纹等才是相近的。在安装时，必须做挑选或试挂。

另外，石材幕墙选用火烧板相对镜面板色差整体控制更易把控，石材表面进行规范六面防护处理亦对施工完成后效果保持有一定保障作用。
　3、石材干挂系统设计要点
　　在建筑外幕墙设计中，主要使用的石材干挂系统也是多种多样，其中构件式最常见的有短槽式石材幕墙系统、背栓式石材幕墙系统等。下面就对这两中最常见的石材干挂种类和设计要点进行简要的分析。
　　3.1短槽式石材幕墙设计主要是在石材上进行开槽的，主要是利用不锈钢挂件（铝合金SE挂件）来定位石材的，从而实现定位安装的目的。这种方式使用最大的优点就是比较经济实惠，而且相对较安全。其中型钢主要用于横竖龙骨，并且热镀锌处理了型钢表面，因此不仅具有较强的强度和刚度，而且还在一定程度上延长了使用寿命。设计优先推荐在工厂内完成石材的端面开槽工序，把胶垫塞到勾板和槽口之间，从而可以更好保证整个挂接系统的强度和弹性。由于中装协[2016]89号《关于淘汰建筑幕墙落后产品和技术的指导意见》要求，一般常规也仅有小型多层项目采用此种普通石材幕墙系统。
　　3.2背栓式石材幕墙设计要点
　　背栓式的幕墙系统是较先进的一种施工工艺，主要是在石材四角上背部钻孔处理，其中不仅要使用倒锥形的沉头螺杆，还要使用梅花状扩张垫片，并且把两者进行配合使用，促使了物理结构的形成，并且其材料不存有膨胀现象。因为这种工艺固定方式是非常独特的，每一块石材都是独立的个体，那么对于一些比较复杂表面拼接也是可以实现的，同时在更换其中任意一块石板都不会对周边的石材有所影响，如后期需要维修也较方便。但是这种系统石材幕墙的造价要稍高一些，且对施工工艺的要求也高。
　　4、钢骨架的设计
　　在石材幕墙设计中是少不了对龙骨进行设计的，并且在设计龙骨结构的时候，我们对其受力的合理性、安装与后期维修的便捷性都要进行充分的考虑，其中还要对主次龙骨结构进行合理的设计，我们常见的结构就是钢筋混凝土剪力墙结构与框架结构。剪力墙结构钢骨架固定是非常方便，框架结构不能在墙体中预埋钢板及其它预埋件，因此在对主体结构进行施工的时候，要充分考虑到主次龙骨与预埋件的位置，从而便于骨架位置的固定。其中槽钢和方钢管是我们常用的主龙骨，角钢是我们常用的次龙骨，其钢材的表面都是经过热镀锌处理。我们在确定主次龙骨规格的时候，需要充分考虑到干挂石材的大小与形状及建筑物层高与立柱布置间距、受力模型等因素进行计算确认。
　　5、构造的基本性要求
　　5.1，连接件使用的材料材质。其中在整个石材幕墙设计中所使用的连接件和化学锚栓都是必须采用304不锈钢材质，然后根据抗弯性能和抗剪性能来确定规格型号。
　　5.2，设计时石材之间的纵横间隙多为8mm左右，可是在安装过程中，由于干挂件厚度多为4-5mm，这样一来，板与板之间的间隙利用螺母、垫片等调整，造成累积承载，这样硬性接触，将在震动、温差变化的情况下会产生可怕的后果，具体施工应务必避免。用于胶缝的硅酮耐候密封胶应有证明无污染的试验报告且严禁使用掺有矿物油的劣质胶。

　　5.3，伸缩缝的问题。因为干挂花岗岩是长时间在室外的，并且根据气候原因，有的地方一年四季的温度差异是比较大的，所以需要预留一定的伸缩缝在主次龙骨结构中。通常情况下，主龙骨使用上端固定的方式，然后其下端伸缩的拉弯受力结构，主龙骨的伸缩缝预留在15mm以上，然后把次龙骨分端与主龙骨进行有效的连接。

5.4，在解决完基本构造连接问题，楼层防火隔离带及幕墙龙骨避雷也需严格根据相关规范要求进行设计。有关石材幕墙楼层防火隔离带设置在此提请注意《建筑防火封堵应用技术标准》GBT51410-2020中4.0.3-1要求，建筑与幕墙窗槛墙之间的空腔应在建筑缝隙上、下处分别采用矿物棉等背衬材料填塞且填塞高度均不应小于200mm。

6、抗震性能分析

    对幕墙抗震设计，要求在受到轻微地震作用时要保持完好；当受到中震作用进不会出现严重破损，可以出现部分面板破损，但是经过修理后仍然可以使用；当受到强震作用时幕墙骨架不会脱落、倒塌。我们从节点构造来分析，短槽式方法都是将石材面板一起固定在挂件上，形成一个整体，可以有效的防止位移变形，但是当受到地震作用时，石材面板缺少位移空间，就会和骨架一起震动，其抗震措施只是靠骨架和主体结构之间的活动连接来完成。背栓式其石材面板自成连接体系,相邻板块间不传递荷载作用,块板与骨架间设计成活动连接,使面板有较大的位移变形空间,因此具备更好的位移变形性能和抗震性能

7、力学计算

 7.1荷载的确定 ：荷载主要包括材料的自重、风荷载、地震荷载等，在设计的时候要根据荷载作用方式进行组合。对其中各项系统都有严格的要求，对某些特殊的建筑物，在设计时也会对针对实际情况对计算取值做特殊的要求。

 7.2石材的计算：石材的计算主要包括两个方面，一是石材板块自身的抗弯计算，二是石材板块与挂件连接处的抗剪计算。计算的时候要考虑干挂系统的选择，石板所受的荷载主要有水平向的风荷载、地震荷载和竖向的地震荷载、石材自重，还有因气温变化产生的热裂应力。
　8、结束语
　  综上所述，本文通过对石材幕墙设计要点进行简要分析，希望从业人员在石材幕墙设计中，根据具体工程的特点选择适用于该工程的石材幕墙系统，认真对待各个设计要点，做到既经济又合理，并且安全可靠。

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）

[3]王雪松，论石材幕墙的深化设计，中华建筑报，2006

[4]赵海红，石材幕墙施工安全中的弊端分析，考试周刊，2008

[5]李怀亮，石材幕墙施工管理的五大安全隐患，中华建筑报，2004