干挂花岗石幕墙节点设计探讨

申请免费试用、咨询电话：400-8352-114

       【摘要】: 本文对干挂花岗石幕墙的各种节点设计进行了总结，并对各种节点的构造设计特点进行比较，通过抗震试验对各种构造的加速度反应、位移反应、层间位移反应、裂缝开展情况及破坏情况进行比较，从而分析不同节点构造设计的特色。 

　　【关键词】：花岗石 ，节点设计， 抗震， 检测    　　 我国建筑幕墙行业经过近二十多年的的发展，已成为世界上产量最多的国家，通过技术引进、吸收、创新，有些技术已经接近甚至达到国际先进水平，干挂花岗石幕墙的节点构造处理也与时俱进，不断的发展。  　　几种典型的干挂花岗石节点设计  　　花岗石在外墙工程中的应用越来越普遍。由于湿贴法（又称灌浆法）固有的缺陷，干挂式花岗石幕墙已被业主及建筑师广泛接受，近几年随着幕墙技术的发展及幕墙技术规范的完善，干挂花岗石的工艺已日趋多样化和日趋完善，概括目前市场上各种工艺，大概有如下六种较典型的节点构造设计：  　　钢销式干挂法：钢销式干挂法又称为插针法，是干挂石工艺中最早的做法，也是最简洁的做法，钢销式又分为两侧连接和四侧连接，结构特点是相邻两块石材面板固定在同一支钢销上，钢销固定在连接板上，连接板再与骨架固定，板片与石材的接触面积相对来说较大，属板对边线状承载，该种构造方法宜做材质较软的石材。  　　单肢短槽式干挂法：单肢短槽式干挂法是将相邻两块石材面板共同固定在“T”形型材上，“T”形型材即可是不锈钢也可是铝合金。“T”形型材再与骨架固定，该种做法在销钉式挂法的基础上改进而成，属目前常用的固定方式，相对于销钉式挂法，板片与石材的接触面积较大，但仍属于板边点式固定，石材板边易崩落，与其他干挂方式相比较，板片与石材的接触面积相对较小，当石材受水平荷载时，这时应力集中所造成的隐患也是最大的，该种结构体系的每块石材上作为承重支撑点只有2个。  　　 其典型的节点图如节点①、②（石材的槽口开在石材中央部位）。  　　双肢短式干挂法：双肢短槽式干挂法是在单肢短槽的基础上进行改进的做法，是将相邻的两块石材面板共同固定在“干”形型材上，“干”形型材一般采用铝合金挤压型材，“干”形型材再与骨架固定。  　　 其典型如节点图如节点③、④。  　　通槽式干挂法：通槽式干挂法原理与单肢短槽式干挂法相近，只是采用通长卡条将相邻两件石材面板固定在骨架上。尤其在单元式石材幕墙中，更多采用这种干挂法。  　　小单元式干挂法：小单元干挂法是与上述几种干挂法在设计构思上完全不同的一种设计。石材面板虽然还是通过铝合金挂钩与骨架相连，但不同的是相邻石材面板均是独立与骨架相连，不再是共同连接。仅这一连接方式的改变彻底改变以往传统的设计思维模式，使干挂石材幕墙的设计方法、加工方法、安装方法、物理性能等都得到了彻底的改变，板块与骨架采用防震胶条柔性连接，改变了以往压块式结构不能弹性变形的缺陷，具有更优的抗震性能，实验证明可达到9度强设防烈度。  　　 小单元干挂法典型的节点如节点⑤、⑥。  　　背栓式干挂法：背栓式干挂法是在石材面板的背面采用专用拓孔设备在石材上钻孔、拓孔，然后安装无应力螺栓锚固在石材背面，再通过铝合金挂钩与骨架连接。其属新一代石材干挂方式，技术先进；每块石材的固定点不仅限在板边，可按更合理的方法布置受力点，以最少的固定点使石材、锚栓均达到强度要求；可使石材受力更均匀,板材独立安装，独立受力，不会发生荷载传递；可根据装饰效果作任意大小的石材分格；适合于材质较软的石材。  　　 其典型的节点构造如节点⑦、⑧。  　　  　　  　　各种干挂法优缺点及经济性比较  　　 干挂石材幕墙工艺做法多种多样，但在设计时应针对具体的工程特点，认真对待，合理选型，才能做到满足规范要求，科学先进，经济合理。下面对各种不同节点设计的技术性能及经济指标进行概括性的比较分析：  　　干挂法 适用范围 优点 缺陷 经济性  　　  　　钢销式  　　 非抗震或6度、7度抗震幕墙，高度不宜大于20m，石板面积不宜大于1.0m2 工艺简单，无需特殊工具 现场作业，精度低，安全度低，石材面板共同作用，不能拆换 成本最低  　　单肢  　　短槽式 建筑高度不大于100m，设防震度不大于8度，石板面积不宜大于1.5m2 工艺简单，无需特殊工具，承载力较钢销式大 现场作业，精度低，石材面板共同作用，不能拆换 成本低  　　双肢  　　短槽式 建筑高度不大于100m，设防震度不大于8度 工艺简单，无需特殊工具，承载力较单肢短槽式更大 现场作业，需注胶调整，石材面板共同作用，不能拆换 成本低  　　通槽式 建筑高度不大于100m，设防震度不大于8度 工艺简单，承载力大，无需特殊工具 开槽作业量大，石材面板共同作用，不能拆换 成本较高  　　小单  　　元式 建筑高度不大于100m，设防震度不大于9度 工厂加工，现场作业量少，精度高，各板块独立作用，可随意拆换 开槽工艺稍复杂 成本较高  　　背栓式 规范无规定 工厂加工，现场作业量少，各板块独立作用，可拆换 开孔拓孔工艺复杂需专用设备，对石材材质要求高 成本高  　　 现对其中三种典型的石材做法的安装工艺进行比较：  　　 钢销式干挂法：①与单肢短槽式安装工艺相似，但石材开槽工作量更大；②挂件材料用量增多；③拆换板材难度在三者中为最大。  　　 单肢短槽式干挂法：① T型挂件安装较为简便，易于调整；②该挂法在施工中石材的开槽全部为手工操作，导致槽位不准，槽两边薄厚不均，在地震及风荷载作用下，槽内侧如果较薄，容易产生石材破裂并脱落；③石材板缝填硅酮密封胶防水，故钢龙骨一般采用镀锌或刷防锈漆处理，焊缝易受到腐蚀；④现场工作量大，工厂内生产量少。  　　 背栓式干挂法：①安装精度较高；②石材孔洞的加工全部采用机器钻孔，孔位、孔径、孔深都相当准确，要求现场龙骨安装要达到相应的准确程度，必须采用三维可调骨架系统及微调连接系统；③所有石材全部在工厂加工，质量易于控制，这样对石材的平整度以及板缝的横平竖直能有较好的控制，减少了石材挂装过程中的调节；④采用特制铝型材与背栓配合，可按要求制成复杂的截面形状，设计更科学，能有效解决热胀冷缩及抗震等诸多问题；⑤维修换板方便；⑥针对工程的开缝体系（外墙作保温与防水，石材板缝内不用打密封胶）横龙骨采用铝型材，其他连接件全部采用不锈钢材料，这就满足了材料的防腐处理要求。    　　三、各种干挂法的位移变形性能及抗震性能分析  　　 石材幕墙构件由石材面板和金属框架等组成，其变形能力是很小的。在地震作用和风力作用下，将会产生侧移。由于幕墙构件不能承受过大的位移，只能通过弹性连接性来避免主体结构过大侧移的影响。对于铝板幕墙和玻璃幕墙而言，板块与骨架的连接基本上都是柔性的，而石材面板则是刚度非常大的板材，且又是脆性材料，极易产生破坏，因此认真研究分析石材面板与骨架的连接方式对于提高石材幕墙的平面内位移变形性能和抗震性能非常重要。  　　 在常遇地震作用下〔大约50年一遇〕，幕墙不能破坏，应保持完好。在中震作用下（相当于设防烈度，大约200年一遇），幕墙不应有严重破损，一般只允许部分面板破碎，经修理后仍然可以使用。在罕遇地震作用下（相当于比设防烈度高1.5度，大约1500－2000年一遇），必然会严重破坏，面板破碎，但骨架不应脱落、倒塌。幕墙的抗震构造措施，应保证上述设计目标能实现。  　　从节点构造来看，上述干挂法中，钢销式、短槽式、通槽式等常用方法的石材面板均为共同固定在挂件上，面板与骨架连接成整体，不利于位移变形。在地震作用下，石材面板也缺乏足够的活动余地，不可避免的会随着骨架同步振动。因此其抗震措施仅依靠骨架与主体结构之间的活动连接来解决。而小单元式及背栓式则将石材面板独立分解开，各面板自成连接体系，相邻板块间不传递荷载作用、块板与骨架间仍设计成活动连接，可保证面板有足够的位移变形空间。因此从理论上分析应比其它的干挂法具备更好的位移变形性能和抗震性能。  　　 上述的理论已由多次的位移试验和地震台模拟试验证实是正确的。如由广东省建设工程质量安全监督检测总站检测的重庆民族广场干挂花岗石幕墙（检测报告编号为C980806），风压变形性能指标达到4137Pa，水密性达到Ⅰ级，气密性达到Ⅰ级，平面内位移变形性能达到Δ=36mm，而由华南建设学院西院工程结构抗震研究中心与中山盛兴股份有限公司（原中山市盛兴幕墙有限公司）合作的“干挂花岗石材模拟地震振动台”试验（试验报告编号为99011）更证实了上述的理论。这次模拟试验分别采用钢销式，双肢短槽式、通槽式、小单元式、背栓式等五种干挂法制作安装了一幅3.5×3.5×5.4m的实体模型，采用35个加速度传感器，所用地震波为美国San Francisco波，El Centro Ns波和我国唐山地震波，分别代表Ⅰ类场地、Ⅱ类场地和Ⅲ类场地的地震波形，将地震波的振幅设定为0.1g、0.2g、0.4g、0.6g和0.8g，以模拟不同加速度对干挂花岗石的作用。按试验方案，对模型的动力反应分别测试和记录了模型的加速度反应、模型的位移反应、模型的层间位移反应、裂缝开展情况及破坏情况，最后通过现场观查和记录数据进行分析，通槽式较早发生干挂胶裂缝，分析原因应是石材面板刚度大，通长卡条限制了板材的荷载传递，更容易发生局部破坏。短槽式结构面板有裂缝，但结构仍保持完好，背栓式结构有松动，但面板未破坏，小单元式无论是面板还是结构均保持完好。  　　上述分析和试验说明，在干挂花岗石幕墙设计中，对不同的干挂方法应针对工程的具体特点慎重选型，绝不能一味为节约成本减低造价而粗制滥造。  　　四、关于石材幕墙抗震性能检测方法的建议  　　 1、关于模拟地震动台上的建筑物主体结构的模拟钢框架，采用白噪声激振法来测定及调整其自振频率及幕墙平面内的层间变位能力是必要的。但幕墙平面外的层间变位也应控制，防止幕墙试件出现不正常的破坏。  　　试验设备应力求将水密性，气密性，风压变形与抗震性能等四项测试统一到同一幕墙试件和同一模拟钢框架。  　　幕墙工程的主要荷载作用是风压，地震作用的主要影响是附加效应，因此，建议先做完水密性，气密性及风压变形三性检测后，再做抗震性能的测试。  　　抗震性能测试的加速度传感器应至少有2处是用于测定胶缝的垂直和水平变位的，检测胶的变位能力。特别是隐框幕墙试件。  　　用于抗震性能测试的试件如果加载到设计烈度仍未破坏，应继续加载直到设计烈度的1.25倍。  　　检测报告应给出一些比较关键的记录数据，供设计人员修正设计及维修时使用。  　　五、结束语  　　随着“四新”技术的不断发展，石材幕墙的也随之发展，各种先进的技术和工艺将给这个领域注入新的活力，我们要以此为契机，不断完善我们的设计理论，使我们的技术水平更上一台阶。  　　 　  　　参考文献：  　　JGJ102-2003《玻璃幕墙工程技术规范》中国建筑工业出版社2004  　　JGJ133-2001 《金属与石材幕墙工程技术规范》 中国建筑工业出版社2001