摘要：目前幕墻干掛石材設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)單位通常只提供立面分格形式和少量節(jié)點(diǎn)圖，其細(xì)致程度無法達(dá)到依圖施工的程度，因此，石材板及相關(guān)的干掛體系的深化設(shè)計(jì)工作就非常必要，這項(xiàng)工作一般由掛板施工單位負(fù)責(zé)。由于其技術(shù)水平的參差不齊，許多石材工程甚至沒有相應(yīng)的力學(xué)計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，石材及干掛體系的選擇和確定均依據(jù)日常的施工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，很有可能造成強(qiáng)度不足的危險(xiǎn)隱患或強(qiáng)度過大的材料浪費(fèi)。干掛石材的設(shè)計(jì)必須按照相關(guān)規(guī)范，依嚴(yán)格的程序進(jìn)行，其力學(xué)計(jì)算結(jié)論要與現(xiàn)場(chǎng)的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果相吻合。本文根據(jù)石材幕墻工程施工及設(shè)計(jì)的工程實(shí)踐，從石材、龍骨、掛件的材料的選擇、物理實(shí)驗(yàn)性能、力學(xué)計(jì)算、模擬實(shí)際情況的現(xiàn)場(chǎng)受力性能實(shí)驗(yàn)、施工圖設(shè)計(jì)等各個(gè)階段，介紹干掛石材的全過程設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：石材 幕墻 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
石材幕墻的深化設(shè)計(jì)通常根據(jù)設(shè)計(jì)方提供的圖紙確定石材的精確分格尺寸、顏色、材質(zhì)、嵌縫材料等，并繪出尺寸詳盡的石材立面圖及各復(fù)雜部位的節(jié)點(diǎn)詳圖，然后依各單塊石材的重量、尺寸及抗震、抗風(fēng)壓等各項(xiàng)要求，進(jìn)行相關(guān)的力學(xué)計(jì)算，確定石材的干掛方式及龍骨體系、埋件、連接件等的尺寸規(guī)格。并在有條件的情況下，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的力學(xué)性能試驗(yàn)，以確保石材幕墻的安全性。
1.石材的選擇
對(duì)于深化設(shè)計(jì)而言，應(yīng)配合設(shè)計(jì)單位和建設(shè)方的工作，根據(jù)設(shè)計(jì)方對(duì)幕墻分格形式及材質(zhì)顏色等建筑效果的要求，向建設(shè)方提供各種石材樣本，以協(xié)助其盡快確定所用石材。通常要在對(duì)幾種石材的選擇中，應(yīng)依據(jù)所掌握的石材資料，重點(diǎn)考慮擬用石材的表面特征、顏色和紋理等技術(shù)性能指標(biāo)。盡管石材供應(yīng)商已給出了石材的物理性能指標(biāo)，但石材作為一種天然材料其物理性質(zhì)變化很大，因此必須重新確認(rèn)，以便為石材的設(shè)計(jì)確立相應(yīng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)。
2.干掛方式的選擇
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兩種，其懸掛方式如圖1所示，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(shù)要求不太高時(shí)；背栓式干掛牢靠穩(wěn)定，但成本較高，用于較大塊石材（厚度30L時(shí)石材面積大于1.5O）或?qū)κ陌踩阅芤筝^高時(shí)。
3.石材及干掛體系的力學(xué)計(jì)算
首先確定幕墻所受的荷載及作用形式，然后確定石材的干掛方式，進(jìn)而確定石材板塊的計(jì)算模型，進(jìn)行受力安全性計(jì)算，最后根據(jù)干掛體系所受荷載值確定干掛體系的構(gòu)造形式和所用掛件、連接件、埋件及橫豎龍骨的規(guī)格尺寸。石材及其干掛體系的設(shè)計(jì)應(yīng)符合國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ133-2001的要求。
3.1荷載的確定
計(jì)算時(shí)通常考慮材料的自重、所受風(fēng)荷載及地震荷載，并根據(jù)荷載作用方式對(duì)其進(jìn)行組合。其相應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)及組合系數(shù)都應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范要求取用，對(duì)某些特殊的建筑物，設(shè)計(jì)說明書中對(duì)相應(yīng)荷載計(jì)算取值會(huì)有特殊要求，在計(jì)算時(shí)應(yīng)和規(guī)范對(duì)照取其最大值。對(duì)干掛體系進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)剛體的力的傳遞的特性，確定其所受荷載進(jìn)行力學(xué)計(jì)算。有時(shí)。一些荷載不易確定時(shí)，可通過模擬試驗(yàn)來確定其大小。
3.2石材的計(jì)算
石材的計(jì)算主要包括掛板板塊自身的抗彎計(jì)算和掛板與掛件銷釘連接處的抗剪計(jì)算。有時(shí)還應(yīng)計(jì)算石材的熱裂應(yīng)力。計(jì)算方式與石材的干掛方式有關(guān)，本文以背栓式干掛石材固定體系來說明。石材板所受荷載包括水平向的風(fēng)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(chǎn)生的熱裂應(yīng)力。背栓式干掛石材典型的安裝體系是通過上下各2組（共4組）掛件將石材固定，其中石材上邊兩組掛件起支承石材重量及在垂直于石材平面的方向上約束石材的作用，下邊的兩組掛件只是在垂直于石材平面的方向上起約束石材的作用。對(duì)石材進(jìn)行抗彎計(jì)算時(shí)，應(yīng)按四點(diǎn)支撐板計(jì)算其應(yīng)力。其計(jì)算邊長a0、b0如圖2所示。所得最大彎曲應(yīng)力設(shè)計(jì)值不應(yīng)超過石材板的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 ；對(duì)背栓掛件在石材板上產(chǎn)生的剪應(yīng)力進(jìn)行抗剪計(jì)算時(shí)，一般根據(jù)相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算，要求石板所受剪應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值 不大于板材抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。應(yīng)注意的是，豎向剪應(yīng)力只有上排的兩組掛件承擔(dān)，而不是由全部四組掛件共同承擔(dān)。
3.3干掛體系的設(shè)計(jì)
在石材幕墻工程中，石材干掛體系的設(shè)計(jì)一般由施工單位獨(dú)立完成，由于幕墻作為懸掛體系的特性，干掛體系的設(shè)計(jì)決定著幕墻的結(jié)構(gòu)安全，有著特殊的重要性，而又因?yàn)槠鋵儆陔[蔽工程，尤其應(yīng)得到足夠的重視。
干掛石材體系力的傳遞
板材中的最大應(yīng)力可通過簡化計(jì)算方法或有元程序計(jì)算得出。值得強(qiáng)調(diào)的是，有些特殊的石材由于其獨(dú)特的紋理特性而使石材在沿板長及板高方向的強(qiáng)度具有非常明顯廠的差異，須分別對(duì)這兩個(gè)不同的強(qiáng)度方向進(jìn)行計(jì)算。另外，在計(jì)算石材于某一點(diǎn)達(dá)到某方向的最大應(yīng)力的同時(shí)，必須計(jì)算其在垂直方向上的應(yīng)力。
石材的允許應(yīng)力
根據(jù)前述石材物理性能試驗(yàn)，可得到相應(yīng)的石材強(qiáng)度指標(biāo)。通常用于建筑物干掛石材的
