论石材幕墙的深化设计 - 装饰常识 - 北京爱地鑫装饰艺术有限责任公司

对于幕墙干挂石材设计，设计单位通常只提供立面分格形式和少量节点图，其细致程度无法达到依图施工的程度，因此，石材板及相关的干挂体系的深化设计工作就非常必要，这项工作一般由挂板施工单位负责。由于其技术水平的参差不齐，许多石材工程甚至没有相应的力学计算和现场试验验证，石材及干挂体系的选择和确定均依据日常的施工经验进行，很有可能造成强度不足的危险隐患或强度过大的材料浪费。干挂石材的设计必须按照相关规范，依严格的程序进行，其力学计算结论要与现场的力学性能试验结果相吻合。本文根据石材幕墙工程施工及设计的工程实践，从石材、龙骨、挂件的材料的选择、物理实验性能、力学计算、模拟实际情况的现场受力性能实验、施工图设计等各个阶段，介绍干挂石材的全过程设计。

石材幕墙的深化设计通常根据设计方提供的图纸确定石材的精确分格尺寸、颜色、材质、嵌缝材料等，并绘出尺寸详尽的石材立面图及各复杂部位的节点详图，然后依各单块石材的重量、尺寸及抗震、抗风压等各项要求。进行相关的力学计算，确定石材的干挂方式及龙骨体系、埋件、连接件等的尺寸规格。并在有条件的情况下，对计算结果进行现场的力学性能试验.以确保石材幕墙的安全性。

对于深化设计而言，应配合设计单位和建设方的工作，根据设计方对幕墙分格形式及材质颜色等建筑效果的要求，向建设方提供各种石材样本，以协助其尽快确定所用石材。通常要在对几种石材的选择中，应依据所掌握的石材资料，重点考虑拟用石材的表面特征、颜色和纹理等技术性能指标。尽管石材供应商已给出了石材的物理性能指标，但石材作为一种天然材料其物理性质变化很大，因此必须重新确认，以便为石材的设计确立相应的设计指标。

石材的干挂方式有钢销式、通槽式、短槽式、背栓式等几种形式，较常用的有短槽式和背栓式两种，其悬挂方式如图1所示，比较而言，短槽式成本较低但安全性不如背栓式，通常用于石材重量不太大或安全系数要求不太高时；背栓式干挂牢靠稳定，但成本较高，用于较大块石材（厚度30mm时石材面积大于1.5㎡）或对石材安全性能要求较高时。

首先确定幕墙所受的荷载及作用形式，然后确定石材的干挂方式，进而确定石材板块的计算模型，进行受力安全性计算，最后根据干挂体系所受荷载值确定干挂体系的构造形式和所用挂件、连接件、埋件及横竖龙骨的规格尺寸。石材及其干挂体系的设计应符合国家行业标准《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133－2001的要求。

计算时通常考虑材料的自重、所受风荷载及地震荷载，并根据荷载作用方式对其进行组合。其相应分项系数及组合系数都应严格按规范要求取用，对某些特殊的建筑物，设计说明书中对相应荷载计算取值会有特殊要求，在计算时应和规范对照取其最大值。对干挂体系进行计算时，应根据刚体的力的传递的特性，确定其所受荷载进行力学计算。有时，一些荷载不易确定时，可通过模拟试验来确定其大小。

石材的计算主要包括挂板板块自身的抗弯计算和挂板与挂件销钉连接处的抗剪计算。有时还应计算石材的热裂应力。计算方式与石材的干挂方式有关，本文以背栓式干挂石材固定体系来说明。石材板所受荷载包括水平向的风荷载和地震荷载，竖向的地震荷载和石材自重。以及温度变化产生的热裂应力。背栓式干挂石材典型的安装体系是通过上下各2组（共4组）挂件将石材固定，其中石材上边两组挂件起支承石材重量及在垂直于石材平面的方向上约束石材的作用，下边的两组挂件只是在垂直于石材平面的方向上起约束石材的作用。对石材进行抗弯计算时，应按四点支撑板计算其应力。其计算边长a0、b0如图2所示。所得最大弯曲应力设计值不应超过石材板的抗弯强度设计值；对背栓挂件在石材板上产生的剪应力进行抗剪计算时，一般根据相应的经验公式进行计算，要求石板所受剪应力标准值不大于板材抗剪强度设计值。应注意的是，竖向剪应力只有上排的两组挂件承担，而不是由全部四组挂件共同承担。

在石材幕墙工程中，石材干挂体系的设计一般由施工单位独立完成，由于幕墙作为悬挂体系的特性，干挂体系的设计决定着幕墙的结构安全，有着特殊的重要性，而又因为其属于隐蔽工程，尤其应得到足够的重视。

板材中的最大应力可通过简化计算方法或有元程序计算得出。值得强调的是有些特殊的石材由于其独特的纹理特性而使石材在沿板长及板高方向的强度具有非常明显厂的差异，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。

根据前述石材物理性能试验，可得到相应的石材强度指标。通常用于建筑物干挂石材的有花岗岩、大理石和石灰石等，根据各种石材特有的性能特征及施工经验在对上述石材进行力学计算是采用的安全系数应有所不同。美国各种石材的工业协会对于相应的石材都给出了推荐使用的安全系数。如对于石灰石，美国石灰石行业推荐的设计安全系数值为8，用实验得出的石材弯曲强度及压缩强度除以相应的设计安全系数，即可得到时常的允许应力。

对于各向异性的石材，石材板块姿势的抗弯验算分为两种情况。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。这时可以应用内摩擦理论，设一个方向为x，另一个垂直的方向为Y，在满足下列公式时，则石材板块自身的抗弯性能满足要求，反之则不满足。

在为一个工程项目的石材做试验建立设计指标时，必须取能代表所用石材的试样，或者直接从将要用于建筑物的石材中挑选试样。干挂石材的物理性能主要包括弯曲强度、断裂模量、压缩强度、吸水率及体积密度，这些指标均可通过标准试验方法获得，而相应的标准中都有指定的最小物理性能指标。

干挂石材理论计算的模型毕竟与现场时常的实际受力情况有所不同，为验证理论计算结果的准确性，必须在施工现场按拟采用的干挂石材的固定体系固定石材，然后对其逐步施加设计规定的荷载并观察记录其整体受力性能。最后按试验对力学计算结果进行分析和研究，以确保干挂石材在实际使用过程中确实具有相当的安全度。

干挂石材施工图设计的依据为：建筑平面图、立面图、节点大样图、其他专业需与干挂石材配合的有关图纸及其他要求和干挂石材的计算书。施工图设计必须做到既满足建筑师的要求，又要与现场的实际情况相吻合，施工图设计主要包括石材的安装立面图设计、石材节点大样图设计、石材的加工详图设计等。

1.安装立面图设计：根据建筑立面图的板块分格要求，在各立面上将不同形状或不同尺寸的石材分别独立编号，编号应确保唯一并方便实用，所设计的石材安装立面图应清洗表达出各立面上所有不同种类的石材板块。若工程的体形较复杂，为查找干挂石材立面图纸方便，还应设计干挂石材安装立面图的位置索引图，清晰的表示出建筑物每个区域墙面对应的挂板立面编号图编号。

3.石材加工详图设计：石材安装立面图及节点大样图经建筑师批准后，即可按石材安装立面图上的石材尺寸分格及节点大样图的细节进行加工详图设计，该详图即通常所说的石材加工单。在确定干挂石材的具体形状及加工尺寸时，须反复核实以确保万无一失（尤其在采用较为昂贵的进口石材时）以免造成巨大的经济损失。

目前干挂石材已占有建筑幕墙相当大的比例，并具逐年上升趋势，面对石材干挂的迅速发展，而国内石材干挂工法的储备少，施工单位生产技术缺乏技术规范，施工人员技术素质偏低，使工程施工存在诸多的安全隐患。

在石材干挂设计中，因缺乏相关的技术信息和资料，无从参考而使真正先进的施工工法和挂件产品无法被设计采纳，故仍延用被市场早已淘汰的针销式工法或只在图纸某一部分注明实施石材干挂，然后任由施工方自行安排操作方法，导致无图纸依据在施工中随意性处理，监理验收得过且过，安全隐患既由此产生。如今有经建设部批准实施的国家标准图集《全国民用建筑工程设计技术措施》和由华北、西北地区建筑设计标准化办公室联合编审的《建筑构造通用图集》88J－1之外装修<1>两部标准图集为依据，完全可解决设计无参考的被动局面，并能为推广应用先进干挂工法具有重大意义。

石材干挂工程材料的选用应严格按照图纸设计和符合《金属与石材幕墙工程技术规范》（JGJ133－2001）的要求实施，但个别施工单位为降低成本而选用劣质材料以次充好，尤其以干挂件、干挂胶最为突出。用通过脱磁处理的“不锈铁”焊接头干挂件代替国标304不锈钢或7075铝合金挂件，而这三种挂件的抗拉强度分别是：国标304不锈钢530－620Mpa，7075铝全金540－560Mpa，而“不锈铁”仅为160－180Mpa，其强度还达不到不锈钢的1/3。用它做干挂件不恰当的，如出现问题谁负责?再者，设计时板与板之间的间隙多为6mm、8mm或10mm不等，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多么可怕的安全后果。长期以来在施工过程中用大力士胶代替石材干挂胶同样是一种错误的做法，大力士胶是石材与石材之间相互粘结用胶，将它用于石材与金属间粘结是不科学的，其粘结强度要弱于石材干挂胶很多倍.再者亦不符合行业标准《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》（JC887－2001）的规范要求。

施工现场管理工作的好与否直接反反映出项目经历素质的高低，管理混乱必然会导致偷工减料，多占多得，物资流失，假公济私等现象的发生，将会直接影响工程进度、质量，无形中掩埋下诸多的安全隐患。

作为项目经理，就应充分认识到自己肩负的责任，并应六个方面的素质：一是本专业知识和实践经验；二是工作干劲和责任心、使命感；三是成熟、客观的判断力；四是组织管理能力；五是言行一致，以身作则；六是精力充沛，吃苦耐劳。

据不完全统计，在我国从事建筑装饰行业的工人已达850多万人，遍布在全国各地的装饰市场和企业。这支队伍为促进建筑装饰行业的发展做出巨大的贡献。但同时存在着一个严重的，令业内同仁担忧的问题，急需摆在国家有关部门和行业协会的议程上；大量的农村剩余劳动力和其他行业转岗人员进入装饰行业，而绝大多数人员没有接受到系统的培训，素质参差不齐，尤其是专业素质偏低。要提高整个行业的整体素质，保证工程质量的合格和安全，必须提高一线操作工人的素质，提高施工队伍的技术素质。这不仅是当务之急，更是企业和行业发展的基础工作。一个企业、一个行业的发展基础，主要因素就是要有一支高素质的技术工人队伍。

因此，行业协会和装饰企业应积极联合，组织行业专家、企业技术人员和相关人士结合国家和行业的标准规范和先进的技术及工艺共同开展对一线技术操作工人的培训，为行业的规范、企业的发展创造动力，奠定基础，为人民的生命和财产安全作出贡献。

针对石材幕墙工程而言，现在的诸多监理人员可以说是外行，而在基建或主体结构方面都是内行。幕墙的监理工作尤为重要，但目前尚属薄弱环节，由于国内暂无系统的石材干挂工程相关验收标准，所以监理工作难度较大，那么对监理队伍的技术和相关技能的培训也是亟待解决的重点工作。

行业标准《金属与石材幕墙工程技术规范》（JGJ133－2001）和由建设部批准实施的国家标准图集《全国民用建筑工程设计技术措施》属现行最新版、最具权威性的标准规范，希望国家和地方有关部门、行业协会予以关注和重视标准规范的贯彻和落实。标准规范就是法律，应该严肃认真地、不折不扣地去执行，所以希望设计、施工、装饰、监理等在石材幕墙工程设计、选材、安装、验收等过程中各负其责，严格把关，依法执业，照章办事，以“全心全意为人民服务”的宗旨指导我们的敬业精神和职业道德。防患于未然。不要只追求便宜而忽视的安全。为城市的美化和人民的安全，严格履行宪法赋予每个公民应尽的义务，坚决杜绝一切安全隐患，为社会和人民建设出更加美丽、健康、安全的城市家园。