浅谈石材幕墙的施工方法和新技术发展

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前言

    随着社会经济的发展，城市面貌的日益改善，加之2008年北京奥运会、2010年上海世界博览会的申办成功，建筑业的景象热闹非凡，同时也带来了装饰业的发展，在建筑外装饰中，石材幕墙已占有相当大的比例。而且石材幕墙应用的高度越来越高，体量越来越大；造价越来越低，造型越来越复杂，对安装施工工艺要求越来越严；石材幕墙市场对安全性的要求越来越高，对经济性的要求越来越优。因此石材幕墙技术的更新已经提到了日程，石材幕墙的方法有干挂和湿贴两种，干挂石材工艺就是采用金属配件将石材板材、异型材牢固悬挂在建筑物结构体上，从而形成装饰面的一种装饰装修施工方法；而湿贴石材幕墙则采用传统的水泥砂浆作为黏结剂将石材固定在建筑物结构体上的装饰装修施工方法。而干挂石材工艺又包括插销（针）式、蝴蝶（上下翻、两头翻）式、蝴形背卡式、焊接（'T'形件）、背栓式等等。本文简单介绍目前常用的石材幕墙施工方法及其优点进行对比分析，以及石材幕墙的新技术发展，以飨石材幕墙人员。

    一、石材幕墙施工方法简介

    如今走在大街上随处可见用石材作为建筑物外墙面装饰的幕墙，它以其独特的风格、高雅亮丽的外形，使建筑物更具有时代感，已成为城市建筑步入现代化的重要标志之一。石材幕墙建筑物的安全质量却另人担忧，这与石材幕墙的施工方法有很大关系。 

    石材幕墙四由石材饰面和主体结构形成一种完整的围护结构体系。根据施工工艺的不同，可分为干挂石材幕墙和湿挂石材幕墙。干挂石材工艺就是采用金属配件将石材板材、异形材牢固悬挂在建筑物结构体上，从而形成装饰面的一种装饰装修施工方法，而湿贴石材幕墙则采用传统的水泥砂浆作为黏结剂将石材固定在建筑物结构上的装饰装修施工方法。 

    目前在石材幕墙工程中受用较多的是干挂和介于干挂和湿贴的半干挂法（用金属件连接墙体并灌注水泥砂浆）。下面主要介绍干挂法的分类和比较；

    干挂石材工艺又包括插销（针）、蝴蝶（上下翻、两头翻）式、蝴形背卡式、焊接（'T'形件）、背栓式、背挂（隐藏悬吊）式、缝挂式、钢钩式、SE形式系列等。本文将主要介绍四种：销针式、蝴蝶式、背栓式、背挂（隐藏悬挂）式。

    1、销针式

    它是20世纪80年代从国外引进商务，为国内石材干挂件的标准化生产与管理打下了基础，1998年出台了《干挂天然花岗石饰面建筑板材及其不锈刚配件》（JC830.1~830.2-1998）建材业标准，同时也是我国建设部《金属与石材幕墙工程技术规范》（JGJ133-2001,J133-2001）行业规范制定的参照件，是一种不锈钢金属件。此种方法的挂件主要靠销针受力并传导到墙体上，在销孔出应力比较集中，在装饰大块板材或异形材时易造成销针处的破裂，所以该种方法比较使用于装饰石材单块面积小的墙体、柱体。而大面积装饰的单块板材比较大时，多不用此法。JGJ-133《金属与石材幕墙工程技术规范》就限制了它只能在20米以内使用，而且该工艺在使用中装饰线条及窗口板安装也十分不便。安全性差。

    2、蝴蝶式

    因其挂装石材的部位形状像翻开的蝴蝶翅膀故而得名。

蝴蝶式干挂工艺的各个配件基本形式同销针式，只是蝴蝶式翻头有所区别，其尾部也因有可调几种形式，原理与销针式基本一样，只是挂装石材部位不同。优质不锈钢除外，一般在加工时因需要而上下的翻头和角度，必须使石材装卡挂件的切槽加宽，故而使石材在安装中容易损坏，为了加工时的强度有保证，就只有增厚石材，由于石材的切槽宽使所用的填空胶就多，也使成本提高。所以这类方法不易使用在高层建筑的装修，只可使用底层或一般场所的装修。新标准《干挂饰面石材及金属挂件》规定此法是应大力提倡的。

    3、背栓式

    背栓式干挂工艺最早由德国设计，我国近年引进的。它是在石材的背部打孔用锚栓连接金属件与墙体上龙骨连接的一种在世界上属于较先进的石材干挂工艺，是由后切式锚栓及后支承式系统共同组成幕墙干挂体系。因此，背栓式干挂工艺属于机械式锚固结构，由于是金属与金属、石材与金属的直接接触，也即硬性接触，所以这种干挂对因温差造成的热胀冷缩变形显得无能为力，安装用工时较多。但仍然是新标准推广的形式。

    4、背挂式

    背挂（隐藏悬吊）式干挂工艺是新标准规定的形式，尤其适合在高层建筑和抗震建筑上使用。除挂装头与销针式不同外，其余大致相同。背挂式干挂件采用7075铝合金原料经挤压成型的轻质金属干挂件，具有体积轻便、耐腐蚀、耐高温、抗老化特点，此工件使每一种石材板材成为单独固定单位，板材与石材之间没有力的联系，只有填缝胶和密封胶的软连接。不会在板材安装处产生附加应力，体现除柔性结构设计优良特性。加上挂件的表层用高压静电粉喷涂，不会形成锈蚀与污染，十分有利于永久建筑的外装修石材。
二、干挂方法工艺评价

    1、钢销式存在以下缺陷：由于石材硬度大，因此打孔时极易造成破损；点式受力，安全性差；由于钢销为一托二的连接方式，易发生力的传递，存在安全隐患；连接件长期受剪，易出现疲劳损坏，存在安全问题；只能在板的棱边处布点，满足不了大规格、超大规格的板材上墙的需要；施工安装不便，尤其在装饰线条和窗口板安装中，安全性差。

    所以新的JGJ-133《金属与石材幕墙工程技术规范》就限制了它只能在20米以内使用，而且该工艺在使用中装饰线条及窗口板安装也十分方便，安全性差。

    2、短槽式存在以下缺陷：由于石材的硬度大，因此开槽时极易造成破损；由于将石材一分为三，因此剩余受力石材太薄，消弱了干挂点处的抗拉强度，嵌填于槽内的云石胶还易在石材饰面产生油渍现象；只能在板的棱边处布点，受力方式不合理，而且当石材对个较大、使用高度较高时存在无法有效布点的缺陷；无法实现更换，满足不了幕墙的需要。

    3、背栓式存在以下缺陷：锚固孔的质量不易控制；构造厚度要求较厚；锚固点的接触面积小，在包装运输安装过程中易造成连接点失效；机械连接，敲打时会造成孔底击通或开裂，还存在热胀冷缩硬抵触造成胀应力造成对板面慢性破坏。脆性板材与硬性锚栓直接胀接，而且通过间接式的方法来达到正面平整造成锚底扩胀点受力，所以讲在地震大的强力反复震动下是相对容易破坏的。其中，钢销式已经淘汰，较常用的有短槽式和背栓式两种，背栓式比较而言，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不太高时；背栓式干挂牢靠稳定，但成本较高，用于大块石材（厚度30mm时石材面积大于1.5）或对石材安全性能要求高时。

    三、干挂新技术的发展

    为了适应市场和提高石材幕墙的技术水平，一些新的技术出现了，比较有代表的是：青石槽式和铝矽镁合金隐藏式悬吊法石材干挂件。

    1、青石背槽式安全幕墙技术有两个特点：

    第一，在天人石材的背面采用专利技术，复合一层高强度纤维安全增强层，增加了石材幕墙板的强度和安全性；安全复合层有效的解决了天然石材易破碎的难题，当石材幕墙在受到意外冲击等强力破坏时，复合层的高粘结力可把破碎后的石材碎片粘结在一起，有效的避免了人员损害。

    第二，在石材背面嵌入获得国家发明专利的背槽式锚固件，因其与石材有较大的接触面，增加了锚固点的可靠性。背槽式锚固件与已有的挑件式（短槽式）、背槽式相比，由于其受力面积较成倍增加，使受力性能明显提高。在应用于石材材质疏松、局部缺陷和有孔洞的石材时（如：大理石、砂岩、洞岩）由于背槽式锚固件与石材接触面大，对孔洞不敏感，所以相比其他锚固件具有明显的优势。

    在综合性价比上，背槽式锚固件也拥有明显的优势。背槽式安全幕墙技术的纤维安全增强复合层（简称安全层）作为一种成熟的技术，具有良好的耐候性。它的老化主要是水对安全层切割面的侵蚀作用和紫外线对胶的分解。青石幕墙技术采用的安全层位于石材幕墙的背面，不受紫外线的照射，因此安全层的胶在不受紫外线照射的环境中复合层不易分解和老化。密封式石材幕墙很少受湿气的侵蚀，开缝式石材幕墙受湿气影响较大，但在安全层切割面做防水处理后，因湿气引起的侵蚀老化也可以得到有效的控制。根据我国该技术的防老化工作组1960年~1985年的研究发现：纤维复合层的耐候性能良好，根据老化组对纤维复合层的大气曝露试验十年证明：曝露面树脂老化深度为100，非曝露面树脂老化的深度为10。因此处于石材背面的安全层的使用寿命约为大气曝露状态的10倍，能够满足牧区昂规范要求的使用火寿命。青石幕墙特别适合于以下的情况：应用与洞石及砂岩等强度较低、强度离散性大的石材幕墙工程时，安全性、经济性优势明显；应用与厚度较薄的高级进口花岗岩的石材干挂幕墙工程时，安全性优势明显；应用于吊顶及安装工艺复杂的异型石材干挂幕墙工程时，安全性优势明显；应用于吊顶及安装工艺复杂的异型石材干挂幕墙工程时，安装便捷优势明显。 

    2、铝矽镁合金隐藏式悬吊法石材干挂件特点

    铝矽镁合金隐藏式悬吊法石材干挂件主要是采用制造飞机外壳的材质7075铝合金（又简称为铝锌媄铜合金或称铝矽镁合金）为原料，集中了抗老化、耐高温、耐腐蚀的特点，提高了产品的性能。传统的不锈钢销针、销板的做法时用销针、销板通过石板边将两块石材安装在一起，受力状态复杂。而铝矽镁隐藏式悬吊法在每块石材的背面固定，板与板之间没有联系，因而不会产生相会连接而造成的不可确定性应力积累和应力集中。他传力简洁明确。在正常使用状态下能充分利用板材的抗弯曲强度。铝矽镁材质体积轻便、能通过静力计算精确算出其承载力，从而控制破坏状态。在主体结构产生较大位移和温差较大的情况下不会在板材内部产生附加应力，因而特别使用于高层建筑和抗震建筑，体现了柔性结构连接的设计意图。因为每块板都独立安装，因而拆换方便。

    四、结论

    总而言之，我们可以看出石材幕墙时伴随着设计理念提升和幕墙材料质量的提高而发展的。设计理念时幕墙发展的灵魂，幕墙材料的质量是幕墙发展的基础和保障，还有幕墙施工单位和施工队伍的整体素质也影响幕墙的发展；从设计、选材、施工、管理、验收到一线工人的操作等几个环节都是影响幕墙发展的重要因素，因此一个行业的持续发展，主要因素就在于提高行业人员的技术水平和科研创新能力。