關于石材干掛幕墻的優化設計

  目前，設計單位對幕墻干掛石材通常只提供立面分格形式和少量節點圖，施工單位無法依圖施工，因此，需要對石材板及相關的干掛體系進行優化設計，而這一般由掛板施工單位負責。由于技術水平參差不齊，許多石材工程甚至沒有相應的力學計算和現場試驗驗證，選擇和確定石材及干掛體系均依據日常的施工經驗，很有可能因強度不足留下隱患或強度過大而浪費材料。石材幕墻的優化設計需確認石材板塊材料、選擇的干掛方式和對石材及干掛體系進行力學計算，確定龍骨體系、埋件、連接件等的尺寸規格。并在有條件的情況下，對計算結果進行現場的力學性能試驗，以確保石材幕墻的安全性




優化設計時設計單位和建設方應相互配合，根據設計方對幕墻分格形式及材質顏色等建筑效果的要求，向建設方提供各種石材樣本，以協助其盡快確定所用石材。應依據所掌握的石材資料，重點考慮擬用石材的表面特征、顏色和紋理等技術性能指標。盡管石材供應商會提供石材的物理性能指標，但作為一種天然材料，石材的物理性質變化很大，應再次予以確認，以便為石材的設計確立相應的設計指標。


石材的干掛方式有鋼銷式、通槽式、短槽式、背栓式等幾種形式，較常用的有短槽式和背栓式 2 種。比較而言，短槽式成本較低，但安全性不如背栓式，通常用于石材重量不太大或安全系數要求不太高時；背栓式干掛牢靠穩定，但成本較高，用于較大塊石材（ 厚度30mm時石材面積> 1.5m2） 或對石材安全性能要求較高時。


石材及干掛體系的力學計算
應該先確定幕墻所受的荷載及作用形式，再確定石材的干掛方式，進而確定石材板塊的計算模型，并進行受力安全性計算，最后根據干掛體系所受荷載值，確定干掛體系的構造形式和所用掛件、連接件、埋件及橫豎龍骨的規格尺寸。石材及其干掛體系的設計應符合國家行業標準《金屬與石材幕墻工程技術規范》（JGJ133—2001）的要求。



石材的計算主要包括掛板板塊自身的抗彎計算和掛板與掛件銷釘連接處的抗剪計算，有時還應計算石材的熱裂應力。計算方式與石材的干掛方式有關（ 本文以背栓式干掛石材固定體系為例說明）。石材板所受荷載包括水平向的風荷載和地震荷載、豎向的地震荷載和石材自重，以及溫度變化產生的熱裂應力。






2. 荷載的確定

計算時通常考慮材料的自重、所受風荷載及地震荷載，并根據荷載作用方式對其進行組合。其相應分項系數及組合系數都應嚴格按規范要求取用，對某些特殊的建筑物，設計說明書中對相應荷載計算取值會有特殊要求，在計算時應對照規范取其最大值。對干掛體系進行計算時，應根據剛體的力的傳遞特性，確定其所受荷載并進行力學計算。當有些荷載不易確定時，可通過模擬試驗來確定其大小。

3. 石材的允許應力
根據前述石材物理性能試驗，可得到相應的石材強度指標。

通常用于建筑物干掛石材的有花崗巖、大理石和石灰石等，根據各種石材特有的性能特征及施工經驗，對上述石材進行力學計算時采用的安全系數應有所不同。美國各種石材的工業協會對相應的石材都給出了推薦使用的安全系數，如對石灰石，美國石灰石行業推薦的設計安全系數值為8。由實驗得到的石材彎曲強度及壓縮強度除以相應的設計安全系數，即可得到時常的允許應力。


四、現場受力性能試驗

干掛石材理論計算的模型畢竟與現場實際受力情況有所不同，公司在承接一些石材干掛幕墻工程時，為驗證理論計算結果的準確性，在施工現場按擬采用的干掛石材的固定體系固定石材，然后對其逐步施加設計規定的荷載并觀察記錄其整體受力性能。最后按試驗對力學計算結果進行分析和研究，以確保干掛石材在實際使用過程中具有一定的安全度。



五、施工圖設計

干掛石材施工圖設計的依據為： 建筑平面圖、立面圖、節點大樣圖、其他專業需與干掛石材配合的有關圖紙及其他要求、干掛石材的計算書。施工圖設計必須做到既滿足建筑師的要求，又要與現場的實際情況相吻合，施工圖設計主要包括石材的安裝立面圖設計、石材節點大樣圖設計、石材的加工詳圖設計等。