对石材幕墙干挂体系设计的要点与示例论述的问题探讨

李永生

摘要：石材幕墙是目前建筑外墙装饰施工中非常流行的一种。由于其耐腐蚀、耐磨、耐用的特性，以及外墙装饰干挂施工工艺的简单性，无论是施工方还是业主都十分推崇这种装饰工艺和风格。但在具体施工过程中，干挂法没有显示出标高划分和节点图的详细部位，使得施工难度加大，增加了幕墙节点控制的难度。本文将对石材幕墙干挂系统的设计要点进行分析，并通过实例对设计要点进行探讨。

1.背栓式幕墙施工实践分析

石材背面开孔的方式称为背栓式。用于连接铝合金挂件的不锈钢地脚螺栓一般采用无应力锚固石，可以形成独立的干挂系统。石板之间有一定的间隙，可以根据需要决定是否涂抹密封胶。幕墙内部往往需要采取防水保温措施，防火往往需要防火层。防火层可以沿着每层房间屋顶的墙壁设计。防火材料可由绝缘矿棉板和下侧镀锌铜板支撑。它们可以设置在剪力墙的预留位置，可以预防火灾，并在火灾发生后抑制火灾的蔓延。

2.负载计算

在干挂系统设计过程中，应对幕墙进行应力和荷载分析，并根据分析结果确定干挂方法，从而确定石材计算模型，进而对系统的安全性进行计算和分析，最终根据荷载值确定干挂系统中使用的材料和结构。应力分析应以载荷分析为主，以确定系统的承載能力，计算过程中相关参数的值应留有一定的余量。通过刚度传递计算载荷，进而确定干挂系统。在建筑幕墙的使用过程中，幕墙要承受来自各方面的荷载，风、地震、石材重量等产生的荷载都是重要的组成部分。在实际应用过程中，需要在设置石材幕墙的过程中保持一定的间隙作为缓冲。通过设置缓冲区，可以在很大程度上消除部件和环境因素造成的热胀冷缩效应。风和地震是墙体三维荷载的主要组成部分，幕墙本身要考虑所选材料的自重。通过这些比较，风在这些载荷中起着最重要的作用，所以风通常被认为是一种不利的载荷。

在幕墙构件、构件连接和结构荷载计算过程中，需要考虑各种可能的荷载和不利因素，并始终为设计值预留一定的余量。在计算位移和扰动的过程中，应合理选择分项系数，用标准值计算。根据风荷载计算规范，垂直于幕墙表面的荷载值可按以下方式计算：风荷载标准值=阵风系数*风荷载体型系数*风压高度变化系数*基本风压根据设计规范，在计算构件、连接和结构荷载的过程中，风荷载的取值可按1.4倍风荷载的标准值计算，幕墙上的地震作用可按以下计算方法计算：石材垂直幕墙平面分布水平地震作用、地震动力放大系数和石材幕墙单位面积自重的乘积，地震作用分项系数可合理选取，地震作用值可设计为石材垂直幕墙平面分布水平地震作用的1.3倍。 石材幕墙的自重可按标准设计，石材幕墙结构的分项系数可设置为G=1.2，应计算各种幕墙同向作用的组合。

（1）现场应力性能测试

在干挂石材的应力分析中，一般需要结合现场的受力情况和结构进行分析。为了获得石材应用精度的数值，一般在施工现场确定干挂石材的结构，然后在设计完成后依次对其施加荷载，并检查结构的应力和变化，以达到更准确的应力分析结果，并与实际结果保持一致。在结构实验过程中，可以在前期理论设计的基础上直接进行，最大限度的保证干挂石材在使用过程中的安全性。

（2）石料的计算

计算石材幕墙选用的石材，需要计算石材面板本身的抗弯能力和板与构件连接处的抗剪能力。如果有特殊要求，如石材的热应力能力计算，石材幕墙在使用过程中，在扩孔过程中会因高速摩擦而产生高温。如果热应力值低，石材在使用过程中容易损坏。计算模型的选择也与干挂结构有关。本文仅以背栓结构为例。在重新设计和计算过程中，应考虑石材幕墙的重力、风荷载、地震荷载和热应力。背栓干挂一般由上下背栓点决定，因此在石材表面弯曲计算过程中，应根据支撑板上的支撑点计算相应的应力。获得的最大值不能超过石材表面的最大弯曲值。在计算搓板后面的马桶产生的剪力的过程中，目前可以用经验公式来计算，这样石头的建筑一定不能超过石头的最大剪力值。

在目前的施工条件下，施工过程中石材的计算主要是挂板本身的重力和抗剪计算。并且在一些工程项目中，需要计算石材的热裂力。从目前板岩的受力和主要形式分析，目前的计算方法在一定程度上是不合理的，例如有些方法没有考虑温度引起的热裂力的计算。背栓石计算方法一般分为上下两组。应考虑垂直于石材表面的约束力，并在其下方设置一定的支撑空间。

（3）干挂系统设计

在干挂系统设计过程中，整个石材幕墙和干挂系统往往是由一个单元独立实现的。由于干挂系统主要是幕墙，幕墙悬挂系统的质量对干挂系统的设计有很大的影响，而且结构安全与施工质量关系密切。而且干挂系统的特殊性要求很强，有很多隐蔽的施工环节，需要在施工监理过程中给予足够的重视。

（4）施工图设计

根据上述计算的实际结果和建筑物的结构，应绘制更详细的施工设计图纸，并根据石材本身的重力、风荷载和地震荷载的标准值进行相应的荷载分析计算，以确定石材的干挂方法，以及龙骨和预埋件的尺寸和规格。本工程为单体建筑，多栋建筑结构复杂。为了看清楚图片，在干挂石材的安装面上要设置相应的指标，并详细标注各构件的详细编号。建筑物的复杂部位，如檐口、转角等，需要根据实际情况分别设计，各部位的具体构造和参数要描述清楚。

（5）石材幕墙防火设计

在设计过程中，要将标准化与实践相结合，最大限度地优化设计方案。幕墙设计中最关键的原则之一是安全原则。在满足安全原则的基础上，根据工程的实际设计规范和要求进行防火设计。在设计过程中，幕墙表面采用防火材料，并用镀锌铜板支撑。

3.示例讨论

从上图的设计情况来看，有一些不合理的地方：比如石材幕墙挂件的位置设计明显不合理。根据金属和石材幕墙的相关设计规范，短槽边与楼板两边缘的距离应大于或等于楼板厚度的三倍，并应大于85mm，但小于180 mm，下图中选用的斜撑挂件不合理。倒挂石头可以选择不锈钢T型挂件，从安全角度考虑最好选择背栓挂件。

结语

本文对石材幕墙干挂系统设计中的理论问题进行了探讨，包括背栓式幕墙实际施工过程的分析、幕墙所受荷载的分析计算、现场应力试验、石材抗弯承载力和接缝抗剪承载力计算方法的选择、石材计算过程中应包含的内容的详细分析以及干挂系统的设计过程。重点分析和探讨了建筑图纸设计和幕墙防火设计过程中需要注意的问题，并进行了实例分析，对我国石材幕墙干挂系统的设计和施工具有重要的参考意义。

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