论石材幕墙设计

论石材幕墙设计

陈超

（沈阳恒生装饰工程有限公司，辽宁，沈阳，110000）

【摘要】在现代建筑装饰中，石材幕墙因其独特的韵味、自然沉稳的风格以及经典质朴的特质赢得了广大建筑师以及人们群众的青睐和好评。为确保石材幕墙更好的服务人民大众，首先需要做好石材幕墙的设计工作，方能确保石材幕墙的顺利施工以及功能的实现。基于此，笔者就石材幕墙设计进行相关探讨，以期作为参考。

【关键词】石材；建筑幕墙；设计

建筑幕墙在现代建筑装饰中已经不再陌生，并呈现出日渐高涨的发展态势。建筑幕墙依据其面材可以划分为玻璃幕墙、石材幕墙、金属幕墙以及复合材料幕墙等几大类型。而天然石材因其具备着得天独厚的自然韵味和较强的耐久性使其得以广泛的应用。

一、建筑石材幕墙的设计要求

在幕墙的设计中，需要根据石材的尺寸、色彩、材质等因素绘制出详细的结构详图，然后按照相关设计规范完成相关节点的抗震、抗压及其他相关参数的力学验算，保证石材幕墙应用的安全性和稳定性。

（一）合理选用石材类型

石材幕墙有古朴、稳健、宏伟等建筑艺术效果，还能给人一定的舒适度，通常被广泛应用。在石材的分类上，主要有花岗岩、大理石以及人工石材三大类，常规上在石材的选择上应根据石材幕墙在室内和室外的特点，按照立面图和各个节点的详图，针对其强度、吸水率和抗震水平等各种参数，进行力学计算来确定石材的选取，应优先考虑石材的特征、颜色、物理性能以及纹理等性质，同时结合幕墙的分格形式、建筑造价、设计布局等要求到达建筑物整体设计效果最佳的石材。

（二）石材幕墙的力学计算

在高层幕墙设计中，对于石材幕墙相关节点的力学性能计算中，需要结合幕墙设计的结构方式、连接方式、材料性质以及国家行业行为标准的要求完成幕墙体系的力学计算。

1．承受荷载的确定

通常，在确定荷载时，需要考虑石材自重、风荷载、地震荷载、以及其他荷载形式，保持结构荷载的有效传递，对于不确定荷载，可以根据国家标准推算以及模拟试验来确定。

2．石材受力计算

在计算石材受力之前，需要确定石材的荷载形式及石材的干挂方式，从而确定石材幕墙的计算模型，对石材幕墙的承重方式、安全性等做出计算。此外，还需要对石材自身的应力做出分析，其中包括石材的物理性能及各项指标，根据不同的石材特性安全系数完成计算。

3．石材的抗弯、抗剪性验算

对于各向异性的石材，石材幕墙相关板块的受弯验算可以分为两种情况，一是石材板块中发生最大弯曲应力的点在另一方向上的应力为零，只要此最大应力小于对应方向上的石材允许应力则石材板块自身的抗弯性能满足要求，反之则不满足。二是石材板块中发生最大弯曲应力的点在另一方向上的应力不为零，则验算时也应该同时考虑此应力。这时可以应用内摩擦理论进行验算。对石材的抗剪性验算时，需要根据石材的计算厚度、孔深度等参数进行验算。

（三）石材幕墙结构设计的一般规定

①石材幕墙按外围护结构进行设计，石材幕墙石板宜选用火成岩；②天然石材幕墙不宜应用于高层及超高层建筑中。当设计要求采用时，应按相关规范规定增设石材防碎裂措施；③石材幕墙的骨架应综合考虑建筑立面效果、土建结构形式、石材幕墙的安装形式等方面进行设计，既要保证幕墙系统的安全可靠，又要考虑施工工艺的可行性；④石材幕墙及其连接件应有足够的承载力、刚度和相对于主体结构的位移能力。幕墙骨架的立柱应通过金属角码与主体结构相连接，立柱与角码之间应采用螺栓连接，螺栓垫板应有防松动和防滑移措施；⑤非抗震设计的石材幕墙，在风力作用下石材不得破损；抗震设计的石材幕墙，在设防烈度地震作用下经修理后幕墙仍可使用；在罕遇地震作用下幕墙骨架不得脱落；⑥在石材幕墙构件设计时，应充分考虑到幕墙系统在重力荷载、风荷载、地震作用、温度作用和主体结构位移影响下，具有的安全性。

二、石材幕墙设计中需注意的事项

（一）安全性

石材幕墙应按照主体建筑的围护结构进行结构设计，幕墙的主要构件应悬挂在主体结构上，不应考虑由幕墙构件来分担主体结构所承受的荷载和作用，只考虑承受直接施加于其上的荷载。开始一项石材幕墙工程的计算时，首先需要确定工程基本概况、工程所在地的地理环境等基本条件；其次，要掌握幕墙施工图中对石材幕墙的基本分格尺寸、构造连接形式，计算时要熟悉石材板块所在具体位置，按照最不利情况进行结构计算；第三，在计算过程中，需要考虑到每一个影响结构安全的环节：面板、主次龙骨、石材与龙骨的连接，主次龙骨的连接，龙骨与埋件的连接，预埋件（后置埋件）与主体的连接等等；第四，计算通过后，需要同相关规范的强制性要求进行比对，看是否满足强制要求，如不满足，需要按照规范强制要求进行取值。

石材面板与龙骨的连接方式分为以下几种：第一，钢销式：钢销式石材幕墙可在非抗震设计或6度、7度抗震设计幕墙中应用，幕墙高度不宜大于20m，石材面板不宜大1m2。钢销和连接板应采用不锈钢。连接板截面尺寸不宜小于40mm×4mm。第二，短槽式:短槽支承石板的不锈钢挂钩的厚度不应小于3mm，铝合金挂钩不应小于4mm。第三，通槽式：通槽支承石板的不锈钢挂钩的厚度不应小于3mm，铝合金挂钩不应小于4mm。第四，背栓式：背栓式是铝合金挂件与石材采用不锈钢螺栓无应力锚固连接，挂件与横框螺栓连接，整套系统为柔性连接，防噪音且抗震性能高，施工安装时方便多向调整，容易保证表面平整度高，拼缝平直、整齐。

（二）美观性

首先应该配合建筑设计师及业主考虑什么石材能够实现该建筑的效果，什么具体标号颜色的石材，以及什么表面处理方式来对效果图上的效果的具体定位。比如表面处理方式上采用光面、火烧面还是荔枝面等等，颜色上需要作一个范围定位，比如红色、黄色还是黑色等等。基本的效果确定后，在幕墙的构造设计时，需要从细节上考虑如何实现幕墙的细节美，在幕墙碰角节点的设计中，要充分的考虑到这一点。

（三）经济性

石材幕墙所用石材的价格组成由石材本身价格、石材的加工费用、石材运输费用、石材损耗率以及石材厂家的利润组成。石材本身的价格是根据石材本身性能以及其资源充沛程度来决定的，而石材的加工费用则由所需加工石材的复杂程度以及石材厂家相关工序的设备加工能力和人工费用构成，运输费用则主要由运输路径的远近确定，石材的损耗则是指在加工过程中以及石材的运输过程中的破损石材所占全部采购石材的百分比。

（四）适用性

在考虑天然石材的辐射问题上，天然石材的放射性主要是指镭－226、钍－232、钾－40三种元素的放射性比活度的值（出自《天然花岗石放射性辐射强度划分等级》），对于使用在建筑幕墙上的天然花岗石，需要借助放射性检测试验来确定其是否可选用。按照天然花岗石的放射性强度分为A、B、C三类石材，从A到C放射强度由低到高。在选择花岗石时，需要根据相关规范确定是否可用于建筑幕墙上。在进行石材板材的开孔开槽过程中，需要严格按照相关规范及设计施工图以及计算依据执行，保证加工后石材的安全可靠性。

总之，在进行石材幕墙设计的时候，首先应依据建筑物的具体特点，合理选用石材类型，色彩等，并绘制详细的结构样图。其次应进行相应的力学计算，包括荷载力、石材受力性以及抗剪性能等，进而确定石材的具体用量及敷设方式等。最后还应该注意石材幕墙设计的安全性、经济性、美观性以及适用性的特点，确保最大限度的发挥出石材幕墙的优势，不断提升现代建筑装饰水平。

参考文献：

[1]徐杞,杜东新.石材幕墙干挂体系设计的要点与示例论述[J].门窗,2012,11

[2]吴尉.石材幕墙连接设计[J].施工技术,2010,S1

[3]牛季平,洪志成.石材幕墙的深化设计分析[J].工业建筑,2013,S1