关于石材干挂幕墙的优化设计

目前，设计单位对幕墙干挂石材通常只提供立面分格形式和少量节点图，施工单位无法依图施工，因此，需要对石材板及相关的干挂体系进行优化设计，而这一般由挂板施工单位负责。由于技术水平参差不齐，许多石材工程甚至没有相应的力学计算和现场试验验证，选择和确定石材及干挂体系均依据日常的施工经验，很有可能因强度不足留下隐患或强度过大而浪费材料。石材幕墙的优化设计需确认石材板块材料、选择的干挂方式和对石材及干挂体系进行力学计算，确定龙骨体系、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

优化设计时设计单位和建设方应相互配合，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。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。尽管石材供应商会提供石材的物理性能指标，但作为一种天然材料，石材的物理性质变化很大，应再次予以确认，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 2 种。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> 1.5m2） 或对石材安全性能要求较高时。

1.石材及干挂体系的力学计算

应该先确定幕墙所受的荷载及作用形式，再确定石材的干挂方式，进而确定石材板块的计算模型，并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。

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为例说明）。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。

2. 荷载的确定

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，在计算时应对照规范取其最大值。对干挂体系进行计算时，应根据刚体的力的传递特性，确定其所受荷载并进行力学计算。当有些荷载不易确定时，可通过模拟试验来确定其大小。

3. 石材的允许应力

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，对上述石材进行力学计算时采用的安全系数应有所不同。美国各种石材的工业协会对相应的石材都给出了推荐使用的安全系数，如对石灰石，美国石灰石行业推荐的设计安全系数值为8。由实验得到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。

4.现场受力性能试验

干挂石材理论计算的模型毕竟与现场实际受力情况有所不同，公司在承接一些石材干挂幕墙工程时，为验证理论计算结果的准确性，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具有一定的安全度。

5.施工图设计

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、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。