“半单元式”石材幕墙体系的设计与施工

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇“半单元式”石材幕墙体系的设计与施工范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

【摘 要】本文通过借鉴单元式幕墙设计的思想和方法，对某工程框架式石材幕墙体系进行优化设计，将石材幕墙体系的龙骨和面板进行单元化设计优化，增加了加工厂的加工工作，构成了“半单元式”石材幕墙体系，在工程质量、进度、成本和安全文明施工管理方面均取得了良好的效果。

【关键词】单元式幕墙；框架式幕墙；石材幕墙

单元式幕墙在我国应用已经有了十多年的历史，其设计理念就是建筑产品制作工厂化，现场安装高速化。单元式幕墙是“由金属构架、各种板材组装成一层楼高单元板块的建筑幕墙”。单元式安装法不同于一般的框架式安装法，框架式安装法是将立柱、横梁等构件运到工地逐件安装，再镶嵌玻璃、金属板、石材或瓷板等，最后密封打胶；而单元式安装法是在工厂将立柱、横梁等构件加工组装，然后安装镶嵌件（玻璃、金属板、石材或瓷板），再将密封胶涂缝而形成单元件，最后将其运到工地整块安装。

本文所述的“半单元式幕墙”是指介于单元式幕墙和框架式幕墙之间的一种幕墙形式，其应用了单元式幕墙的设计理念，将部分零散构件在工厂加工成单元构件，减小现场施工工作量，在提高工程质量、进度，保证安全的同时体现了一定的经济效益。

1、传统石材幕墙的干挂连接形式

石材幕墙通常由石板支承结构组成，是不承担主体结构载荷与作用的建筑围护结构。传统的石材幕墙的干挂连接方式主要有：T型挂件式、背栓式和背槽式。

T型挂件式是一种出现较早的石材幕墙结构，因其具有较好的经济性而被广泛采用。石材安装采用在石材上开槽的方式，用不锈钢托T形挂件实现石材的定位，达到定位安装之目的。见图1。其缺点是石材面板在地震力作用下，没有足够的变形空间，容易破坏，不能独立更换，不宜在高层建筑物中使用。

背栓式结构的特点是实现石材的无应力加工，石材背面采用不锈钢胀栓连接， 连接强度高， 节省强度值约30%左右，板块抗变形能力强。且板块破损后可实现更换要求，并可实现不同接缝的处理，见图2。石材龙骨与转接件及挂件之间的连接均采用螺接方式，最大限度减少现场焊接工作量，提高了安装速度的同时，使各处连接点的受力更加合理，满足了结构的伸缩变形。其不足是：造价高、对石材的硬度及厚度要求高、其锚固结构不以柔性结合，不能解决因温差造成的热胀冷缩变形问题。

背槽式干挂技术利用机械嵌固与化学嵌固相结合的原理使锚固件与背槽黏结牢固。石材背面嵌入专用的背槽式锚件，见图3，锚固件与石材的接触面积较大，锚固方式合理，锚固时不产生集中应力，各项强度离散性小，锚固点的承载力大，可靠性高。主挂件栓固连接、三维可调，安装工艺便捷可靠该套结构在高档石材幕墙中的应用体现出很高的可靠性与经济性。

2、传统的石材幕墙龙骨设计及连接受力分析

石材幕墙龙骨一般使用角钢、槽钢、方钢管几种材料，其主要受力传递路径为：外部荷载石材横梁立柱主体结构，石材至横梁的传递通过石材挂件进行连接，立柱至主体结构的传递通过转接件的连接，石材的立柱是石材幕墙体系受力的主要构件，立柱除了应具有足够的强度、刚度外还应具有一定的相对主体结构的变形能力。一般立柱与主体结构连接每层设1-2个连接点，立柱上端悬挂在主体结构上，形成“上悬下支”结构，是偏心受拉构件。图4是一种传统的石材龙骨体系。

3、半单元式石材幕墙的设计理念

单元式幕墙设计的理念是建筑产品制作工厂化，现场安装高速化。半单元式幕墙的设计理念与单元式幕墙的设计理念是相同的，只是单元化的程度不同。其对象主要是针对现场的零散构件，其手段主要是通过工厂化加工，其条件是一方面要具备工厂化加工的条件另一方面要具备现场安装可调节的条件。

4、半单元式幕墙的设计和施工实践

4.1 工程概况：

某工程石材幕墙约17000平米，采用进口印度蓝石材，为突出建筑的立面线条和高大挺拔的立面效果，建筑设计师大量采用了横向和竖向的石材造型，竖向间距3米，横向间距3.8米，最大装饰面距结构外边线500mm，竖向进出位分两步向窗口缩进，每步缩进100mm；横向进出位向窗口内缩进一步，缩进深度为200。

4.2石材干挂系统的半单元式设计

本工程石材干挂系统采用背槽式干挂系统，由于本工程具有石材板块小、数量多、转角多的特点，造成安装工程量大、质量不容易控制的难点。以一个标准层窗周边单元石材幕墙为例，有36块石材，其中宽度超过250mm的有8块，总共需88个背槽件（每块大板需要有四个挂件，最大板块可以做到0.8平米以上，宽度小于250的可以采用两个挂件，具体根据计算确定），每平米用量达到9.26个，大幅超过了每平米7个的标准。因此，根据其石材板块的特点，应用单元化的思想，将石材板块优化设计成L型和U型小单元板材，大大降低了挂件的用量，节约了成本。

单元化后的石材板块其抗弯性能和抗剪性能都发生了变化，下面以石材包柱最不利板块750mm×1000mm石材为例说明单元化后石材板块的受力性能的变化。

石材板块的抗弯性能：

单元化后该石材两侧各增加了一条100宽的石材条，构成了大板的肋，整体石材抗弯强度有所提高。具体数值如下（ft= ftk /2.15=3.7MPa）

σ1=2.094 MPa （单元化前） ＜ft σ2=1.164 MPa （单元化后） ＜ft

石材抗剪强度校核：

te=20mm 石板有效厚度

D=31.2mm 锚栓孔直径

a1=300 锚栓接触面角度

R1=qa1b1/4

经计算

τ1=0.3 MPa （单元化前） ＜ftv=1.86 MPa

τ2=0.38 MPa （单元化后） ＜ftv=1.86 MPa

经验算，将石材板块进行组合单元式优化是可行的，由于石材小条构成了石材主板的肋，其抗弯强度有较大的增加。挂件连接处剪力略有加大，但仍在较保险的范围内。通过单元式优化，在充分发挥利用了挂件的材料性能的同时，减少了挂件的用量，降低了成本。