石材超限幕墙在施工中的技术措施

禹强

摘 要：中国华商金融中心幕墙工程位于四川省成都市高新区金融总部商务区，东临交子南一路，南临益州东二街，西临交子南二路，北临交子大道。产业定位为国际金融中心，集商业、办公、居住一体。

关键词：石材;超限;幕墙;施工技术

工程包括4栋超高层塔楼：1，2#办公楼（6层-38层，174.7m）;3#住宅楼（6层-44层，高度161.1m），4#公寓和住宅楼（6层-41层，高度161.1m）。幕墙面积约13.2万平方米，其中塔楼幕墙面积为10.3万平方米，裙楼幕墙面积为2.9万平方米。工程1、2#办公楼为单元幕墙，主要包括外墙单元式玻璃幕墙、单元式石材幕墙。单元式石材幕墙最高安装高度为174.7米。超过了JGJ133-2001《金属与石材幕墙工程技术规范》第1.0.2条关于该规范适用于“建筑高度不大于100m、设防烈度不大于8度的民用建筑石材幕墙工程”之规定。因此本工程超限类型为石材幕墙高度超限，需对石材幕墙超限设计进行可行性论证。

1 石材幕墙材料

石材：花崗石最小厚度≥30mm，面板吸水率≤0.5%，弯曲强度标准值≥8MPa，抗压强度≥100MPa，密度：最小2650kg/m³，石材应做六面防护，石材背面需粘结安全防护网。背栓：慧鱼HZPⅡM8X15A4铝型材：采用6063-T5/T6系列，高精级。a、可视部位：室外为氟碳喷涂，室内为粉末喷涂;b、不可视部位采用银白氧化。保温防火材料：a、防火岩棉选用100mm厚防火岩棉，最小密度：120kg/m?;b、保温材料选用75mm厚憎水玻璃棉，最小密度：32kg/m?。c、1.5mm镀锌钢板。

2 石材超限幕墙在施工中的技术措施

2.1 超限石材幕墙大样图

2.1.1 2#塔楼石材包柱单元从23F（标高98.15米）开始，最高包柱石材标高为174.7米。石材包柱平面尺寸为1400*550，层间4000为一个单元体，整个单元体重量约为900Kg左右。石材包柱分真柱和假柱子位置，两个真柱间包了一个石材假柱子，假柱子两侧带通风百叶。

2.2 节点形式

石材幕墙与主体结构间采用单元式挂接形式连接在一起，其特点是：施工安装方便，易操作、与框架式幕墙相比能节省大量施工时间;同时具有安装精度高、三维可调性好等优点。石材面材采用背栓式设计，石材与横竖框之间的连接通过背栓结构形式连接在一起，其特点是：安装精度高，可实现三维调控;同时面材采用四点支撑的体系，使这个面材板块受力均匀，避免产生层层传力的现象。

2.3 连接系统

石材单元与主体连接系统为：单元钢制转接件采用2颗M16的普通T型螺栓与槽型预埋件相连，T型螺栓性能等级为8.8级，槽式埋件受力的锚筋经验算能保证不被破坏。单元铝挂件采用3颗M12的性能等级为A2-70不锈钢螺栓与石材龙骨可靠连接。一个石材单元有3个挂点，分别位于两边转角竖框和中竖框上，两侧挂件用螺钉左右方向限位，同时增加侧向稳定性。单元挂件上带M12*90不锈钢调节螺钉，实现单元上下调节。整个石材单元体系挂接在转接件上，可实现单元体伸缩变形。2）石材连接系统石材板块背部连接4颗M8不锈钢背栓，背栓与铝合金挂件连接，石材挂件滑进铝合金竖框挂钩处，一端固定限位，另一端活动连接;石材下端铝合金托板，长度各100mm，支撑整个石材;同时对下面一个石材板块有限位作用。石材面板厚度为30mm，采用ansysshell63模拟石材面材计算;石材为四点简支的支撑形式，面材作为直接受力构件，主要承受幕墙平面法向的荷载，而由于面材在平面内的刚度相对很大，因此，此处对面材的强度和刚度进行计算时，不考虑面材在平面内荷载下的效应，而作为板壳结构考虑法向荷载下的效应。面材石材与背栓的连接属于点连接，抗变形能力强，石材背栓连接计算：参照“建设部幕墙门窗标准委员会专家组组长”龙文志编著的《高层背栓式石材幕墙建议》计算。经过计算4颗M6的背栓已经满足受力要求，石材基材锚固强度满足设计要求，背栓受力满足要求。石材铝挂件长度为80，石材挂件滑进铝合金竖框钩槽里，一端铝挂件采用螺钉固定，能限制板块左右移动，另一端铝挂件滑进竖框沟槽里活动连接;在背栓位置连接同时石材下端安装了长度100的铝合金托板，采用2颗M5的螺钉固定，经验算托板能满足受力要求。

2.4 石材单元支撑结构体系

石材单元龙骨采用铝合金结构：主体单元横竖框采用铝合金型材，利于单元防腐。石材单元主龙骨有上横框、下横框、2根转角铝竖框和1根中竖框。两侧铝竖框为悬挑结构，通过连接角钢L100X63X6与转角竖框连接。横竖框采用M6不锈钢内六角螺钉连接。上横框转角位置及中竖框位置设置有横框插芯，增强竖框的刚度。整个石材单元龙骨连接可靠，详见下面组框附图。根据建筑结构特点，幕墙竖框悬挂于主体结构上，为受拉构件。主支点通过转接件与主体结构相连，竖框与转接件之间采用螺栓连接，螺栓孔采用圆形螺栓孔。因此，石材横竖框采用ansysbeam4模拟石材竖框计算，计算模型为简支梁结构简支梁。竖框承受通过面材传递和产生的重力荷载、风荷载和地震荷载。法向荷载作用于竖框上可简化为等效均布线荷载;而由面材及其连接附件产生的竖向荷载可简化为均布线荷载作用于竖框上。

2.5 石材采用背栓连接

传统石材幕墙采用不锈钢托板槽式结构和销钉结构体系，但只适合规范规定100米以下的石材幕墙。本工程石材幕墙采用背栓结构，此结构是目前较先进的石材干挂技术。1）背栓通过尼龙网套与石材板柔性连接，具有更好的抗震性能，解决石板材被挤裂、顶裂问题，有效地减少缓冲套的损坏，增加背栓抗轴向拉脱能力2）石材孔加工采用专用加工设备，石材孔为圆形，安装后，不会有应力集中现象，能实现无内应力加工组合。3）板材之间独立安装，独立受力，不会产生因相互连接而造成的不可确定性应力积累、应力集中致使板材变形或破坏的危险，提高其长期荷载作用下的使用寿命。4）通过对比性试验和计算证明，背栓体系与传统销钉、销板体系相比，在同等受力状态、板材规格尺寸相同的条件下，因为受力模型合理，背栓体系承载能力高于后者3--4倍，相应位移量仅为后者一半弱。故而具有更高的安全性能及安全储备。5）在背栓挂件一侧加设限位装置，可充分保证板块的定位精度，避免板块左右串动。

2.6 石材背栓计算：

面材最大分格尺寸为1.4×0.7米。面材采用30 mm花岗岩石材。该面材位于建筑物的转角区域。此处面材主要承受作用于面板上的重力荷载、风荷载和地震荷载。背栓石材锚固抗拉承载力计算（按照锥体受拉破坏形式）计算结果，0.578 KN/个<2.904 KN/个，所以基材锚固强度满足设计要求！背栓的拉力设计值N=0.722 KN≤Nt/k=10/2.15=4.65 KN ，则石材背栓抗拉承载力满足设计要求。石材背栓抗拉计算σ=36.21 N/mm²< ftb=320 N/mm²，所以背栓抗拉满足要求。

2.7 石材托板计算

石材面板厚度为30mm，铝合金托板长度L=100 mm，最不利抗弯剪面的厚度t=4.0 mm。铝合金托板采用铝合金型材，其牌号及状态为6063—T5，抗拉和抗弯强度设计值ft=85.5 Mpa，抗剪强度设计值fv=49.6 Mpa抗弯强度验算：σ=72.1 Mpa < ft=85.5 Mpa抗剪强度验算：τ=1.2 Mpa < fv=49.6 Mpa所以此铝合金托板板满足使用要求。

3 结语

根据以上论述，中国华商金融中心幕墙工程1，2#办公楼石材幕墙超高部分，我司是在传统设计的基础上优化了结构系统，同时增加了必要的安全储备，采用了石材防坠落措施等手段。因此，我司认为本工程石材幕墙100米以上超限部分的设计方案是可行的，能够保证结构使用安全。

参考文献：

[1]曹坤倩.建筑工程中石材幕墙施工工艺技术探讨[J].居舍，2018（13）：37.

[2]邹雨.研究建筑工程中石材幕墙施工工艺技术[J].建材与装饰，2018（33）：32-33.