山東大學(xué) 張進(jìn)生 李玲 王志
山東費(fèi)縣建材機(jī)械廠 戚霄峰

摘要：本文針對飾面幕墻用干掛石材選擇與固定系統(tǒng)的問題與設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了分析和論述。

關(guān)鍵詞：石材；干掛；選擇；固定系統(tǒng)

一：概述

由于石材以其華麗的美學(xué)特性，較大的聲阻性，易保養(yǎng)和維護(hù)及能夠制造通風(fēng)幕墻系統(tǒng)等獨(dú)特的優(yōu)良品質(zhì)在飾面幕墻系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。盡管我國干掛技術(shù)起步較晚，但隨著高檔建筑日益增多，石材的應(yīng)用呈大幅度增長趨勢。

建筑物外墻用石材幕墻的裝飾方法有粘接法和干掛法兩種。傳統(tǒng)的粘接法適用于小規(guī)格的板材，施工速度慢，另外，粘接的板材由于水泥砂漿在板材的空隙，裂紋及接縫滲出，造成墻面起花，泛白（室外粘接板材墻到處可見），影響整體飾面效果，同時(shí)氣溫的變化也易引起粘接板的脫落。

干掛法由于不使用水泥等粘接劑，施工中及施工后無污染，墻面無泛白，可充分顯示石材的華麗色彩。安裝時(shí)可上下同時(shí)施工，且不受季節(jié)的影響，裝飾后經(jīng)久耐用，維修更換方便，安全可靠，抗震性好。石材幕墻相對于玻璃幕墻及鋁板幕墻的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，也只有在采用干掛工程設(shè)計(jì)大都是施工單位憑經(jīng)驗(yàn)自己完成的，同時(shí)與石材廠家缺乏溝通，所以常常因幕墻系統(tǒng)及固定系統(tǒng)不合適的設(shè)計(jì)造成飾面效果不理想和幕墻石材破壞等現(xiàn)象。建設(shè)與施工單位迫切需要有關(guān)部門盡快解決干掛工程施工的理論問題。

作者試圖通過理論分析和實(shí)驗(yàn)對工程所選石材的質(zhì)量及物理，化學(xué)機(jī)械特性進(jìn)行評定后（考慮飾面的建筑設(shè)計(jì)和環(huán)境及載荷條件），根據(jù)建筑美學(xué)，飾面承受的風(fēng)壓，地震，石材的物理化學(xué)性能，確定最合適的飾面石材固定系統(tǒng)，對固定機(jī)械結(jié)構(gòu)，板材溝槽進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)與分布的研究，同時(shí)開發(fā)出科學(xué)的專用加工設(shè)備。做到在正常的維護(hù)操作下，可發(fā)現(xiàn)并能更換已損壞的板材。使固定系統(tǒng)可排除任何本系統(tǒng)或板材的損壞，適得飾面系統(tǒng)的壽命與建筑物本身的壽命相同。這也是其他幕墻無法比擬的。

為了發(fā)揮上述特性，保持足夠的安全水平，尤其在大型建筑工程中使用薄板石材，應(yīng)針對具體的客觀環(huán)境條件，做到：

（1）正確選擇石材；（2）精確設(shè)計(jì)石材固定系統(tǒng)；（3）正確安裝石材。

1幕墻飾面石材的選擇原則

使用飾面石材的目的是為了提高建筑物的裝飾效果和壽命。因此，所用石材的選擇方案，應(yīng)在加工和施工技術(shù)上可行，并要符合建筑物的具體情況。無論是通常還是特殊幕墻席系統(tǒng)，其選擇方案應(yīng)按照圖1所示的程序進(jìn)行。由圖1中可看出，最初的工作主要取決于建筑學(xué)和美學(xué)因素，這些又依賴于石材的紋理模式及其晶粒大小，礦體結(jié)構(gòu)，色譜和所提出的飾面規(guī)程，然后將其劃分為各種不同的形狀和尺寸，以最能體現(xiàn)石材飾面獨(dú)具的美學(xué)特性。

在具體確定石材的選擇方案時(shí)，應(yīng)注意；

（1） 生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)技術(shù)。確定所希望的表面質(zhì)量是否易于實(shí)現(xiàn)（鋸切，磨拋，火燒，噴砂，鑿打等），要求尺寸的飾面單元是否能從大塊荒料上加工出來，以及礦山，荒料本身能否保證滿足設(shè)計(jì)方案要求的質(zhì)量和數(shù)量。

明確所選擇的石材規(guī)格和質(zhì)量要求在生產(chǎn)技術(shù)上是否可行是很重要的。工作時(shí)要求設(shè)計(jì)者和生產(chǎn)者密切合作。在這個(gè)早期階段，也可能需要修訂或徹底改變原定方案。

（2） 石材的物理化學(xué)性質(zhì)應(yīng)適應(yīng)現(xiàn)實(shí)施工工程所在地的氣候和環(huán)境條件。

（3） 礦體結(jié)構(gòu)及花色，色差情況及板材的可加工經(jīng)濟(jì)規(guī)格。

（4） 石材在承受載荷條件下的力學(xué)性能。

（5） 飾面的總體造價(jià)。

二：石材固定安裝系統(tǒng)

在理論上和實(shí)踐中對所選石材的質(zhì)量以及物理化學(xué)，力學(xué)特性進(jìn)行評定之后（考慮飾面的建筑設(shè)計(jì)和環(huán)境及載荷條件），有必要確定使用最合適的石材固定系統(tǒng)。這涉及到各種可能的溝槽設(shè)計(jì)和分布的研究，以適應(yīng)石材元件中的機(jī)械固定元件的需要。

除機(jī)械條件外，固定系統(tǒng)還取決于飾面結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，如圖2所示。

固定系統(tǒng)主要有兩種形式，一個(gè)是靜定的，另一個(gè)是超靜定的。靜定系統(tǒng)是在很少的幾點(diǎn)處固定板材，就可以保持平衡。其典型結(jié)構(gòu)是用四個(gè)銷釘插在矩形板材上下兩相對側(cè)面上四個(gè)孔中固定板材的形式。對于這種固定系統(tǒng)，由于板材的制造和安裝中存在誤差，除非石材元件和主要支撐結(jié)構(gòu)遭受大的打擊和破壞，在任一時(shí)刻，四個(gè)銷中只有三個(gè)起作用。而超靜定系統(tǒng)則在板材的上下相對兩側(cè)面采用多個(gè)支撐點(diǎn)將石材單元固定在主要結(jié)構(gòu)上，或采用連續(xù)的邊緣固定，也可將板材粘接在背面支撐件上來固定。

這兩種固定形式的主要區(qū)別在于它們的靜態(tài)特性。對于局部固定的靜態(tài)系統(tǒng)，石材元件的設(shè)計(jì)必須考慮以下事實(shí)：如果一個(gè)固定點(diǎn)失效了，石材元件可能會同支撐結(jié)構(gòu)分離并脫落。這就需要采用較厚的板材或者在板材的后面采用加強(qiáng)肋。這樣，倘若護(hù)墻板破壞后，加強(qiáng)肋會起作用。當(dāng)支撐結(jié)構(gòu)由于外力作用而變形時(shí)，這種固定系統(tǒng)可能使板材與支稱結(jié)構(gòu)分離。另一方面，在多點(diǎn)處固定板材的超靜定系統(tǒng)，外圍固定，可以防止板材在它們損壞時(shí)脫落下來。這種系統(tǒng)使用超薄板材，但它們將與支撐結(jié)構(gòu)以同樣的方式產(chǎn)生變形。采用最多的固定座是孔和槽，后者也可加長成為切斷槽或二者的組合方式，根據(jù)所給定的方向，它們能在三個(gè)方向上固定石材元件。

除此之外，還有更復(fù)雜的解決辦法。目前利用個(gè)種金剛石加工工具能使不同形狀的固定系統(tǒng)成為可能。

在具體的實(shí)施中，特別注意以下幾點(diǎn)：

（1） 如果幕墻系統(tǒng)采用桁架嵌板結(jié)構(gòu)（石材超薄板），就必須確定是將板材的后面固定在桁架上，還是將其邊緣固定在其上，這個(gè)取決與桁架是安裝在水平面上，還是垂直布置的。

（2） 如果裝配好的板材將要從不同的位置輸入到建筑物上指定位置，那么這個(gè)固定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就必須考慮到這種遷移或者增加固定構(gòu)件。

（3） 必要時(shí)要考慮石材的替代或更新。

（4） 嚴(yán)格控制固定系統(tǒng)的成本。

三：飾面石材的安全問題

飾面石材應(yīng)用的安全問題主要受靜動載荷，內(nèi)部應(yīng)力條件，石材與環(huán)境條件的作用及石材機(jī)械強(qiáng)度不一致等因素影響。同時(shí)也受到專業(yè)人員的影響，如固定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，生產(chǎn)過程，安裝過程。

為了保證石材應(yīng)用必要的安全性，當(dāng)然也要考慮工程要求，必須認(rèn)真對待直接與石材相關(guān)的那些因素，固定系統(tǒng)和安裝。與載荷相關(guān)的不確定因素，實(shí)際上已通過作用比實(shí)際載荷更大的模擬載荷和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)消除了，隨著計(jì)算機(jī)在石材行業(yè)的應(yīng)用，與石材內(nèi)應(yīng)力相關(guān)的不確定因素，可通過精確的分析，仿真而被減少或消除。

通過大量建筑的調(diào)查結(jié)果表明：幕墻石材系統(tǒng)中的石材元件破壞的主要原因并非直接與石材的力學(xué)性能相關(guān)，而主要是與環(huán)境中存在的腐蝕介質(zhì)，固定系統(tǒng)不合適的設(shè)計(jì)所造成的（如沒有全面考慮固定點(diǎn)周圍石材的力學(xué)性能）。石材元件加工過程中的誤差，大大減少了在固定點(diǎn)周圍的穩(wěn)定區(qū)域，以致與在固定孔距尺寸超差的情況下，用錘頭強(qiáng)行調(diào)整金屬銷的位置，而不能滿足安裝技術(shù)規(guī)范的要求，引起材料內(nèi)部產(chǎn)生微觀裂紋或應(yīng)力集中現(xiàn)象。技術(shù)不熟練的工人不合適的安裝，也可能破壞設(shè)計(jì)工作的成果，從而降低已安裝好的幕墻系統(tǒng)的安全性。

石材力學(xué)性能板材 局部固定 將銷釘插入邊緣孔規(guī)格尺寸表面加工 靜定系統(tǒng) 將環(huán)氧膠注入背面孔中質(zhì)量載荷條件熱量 把薄板插入邊緣孔效應(yīng)各種沉淀物 把薄板插入背面槽中實(shí)驗(yàn) 理論求解 把固定錨釘插入專用槽中石材固定系統(tǒng) 外圍固定 上下側(cè)邊開連續(xù)邊界槽幕墻安裝系統(tǒng) 超靜定系統(tǒng) 多銷釘打入背面預(yù)制板孔裝卸運(yùn)輸 超薄板粘接在背面支撐上板材替代裝置成本

所有這些因素，可通過仔細(xì)的檢查在相似的規(guī)范和條件所選材料的特征而被查出，或者在生產(chǎn)過程中，通過對材料進(jìn)行一系列的測試來解決。