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石板材用于饰面装修历史悠久,应用范围广泛,且具有独特的装饰效果。以前石材饰面施工基本工艺是湿贴,由于工艺落后,在外部环境影响下,板材不断热胀冷缩,石材与基材粘接力下降,甚至可导致石材面板脱落,同时由于采用砂浆粘贴,一旦水进入粘接部位后再排出,将砂浆溶融析出形成泛白。于是石材面板干挂工艺应运而生,石板材干挂应用范围很广,即可用于墙面(柱)干挂石板饰面板,也可用于建筑幕墙石材面板安装,其安装工艺是一致的,仅是安装结构体系不同而已。经常采用的工艺有:短平槽式(孤形短槽式)、背栓式等。
国家标准《建筑幕墙》对石材幕墙提出了专项要求。
5石材幕墙专项要求
,并满足设计要求。
石材
.1幕墙用石材宜选用花岗石,可选用大理石、石灰石、石英砂岩等。
.2石材面板的性能应满足建筑物所在地的地理、气候、环境及幕墙功能的要求。符合《建筑幕墙》。
.3幕墙选用的石材的放射性应符合GB/T6566中A级、B级和C级的要求。
.4石材面板弯曲强度标准值应符合《建筑幕墙》表46的规定,应按照GB/T9966的规定进行检测,宜按《建筑幕墙》附录C的要求计算确定。
.5石材面板应符合表5-1的要求。
表5-1石材面板的弯曲强度、吸水率、最小厚度和单块面积要求
天然花岗石
天然大理石
其他石材
(干燥及水饱和)
弯曲强度标准值(MPa)
≥
≥
≥
≥f≥
吸水率
≤%
≤%
≤5%
≤5%
最小厚度(mm)
≥25
≥35
≥35
≥40
单块面积(m2)
.,应采取附加构造措施保证面板的可靠性。
.6在严寒和寒冷地区,。
.7石材表面宜进行防护处理。对于处在大气污染较严重或处在酸雨环境下的石材面板,应根据污染物的种类和污染程度及石材的矿物化学性质、物理性质选用适当的防护产品对石材进行保护。
胶
.。
注:石材幕墙应采用石材用建筑密封胶,不能采用一般耐候胶,一般耐候胶会使污染石材(见下图)。
图5-1a石材面板污染示意图
.2石材幕墙金属挂件与石材间粘接固定材料宜选用干挂石材用环氧胶粘剂,不应使用不饱和聚酯类胶粘剂。环氧胶粘材料参见《建筑幕墙》附录A,应符合其中JC887的规定。
五金附件、转接件、连接件
.1幕墙所采用的五金附件、转接件、,。
.2板材挂装系统宜设置防脱落装置。
.4支承构件与板材的挂装组合单元的挂装强度,以及板材挂装系统结构强度,应满足设计要求。
、。
图5-1b易锈金属挂件胀坏石材面板示意图
石材面板加工工艺质量要求
.1板材外形尺寸允许误差应符合表5-2的要求。
表5-2石材面板外形尺寸允许误差单位为毫米
项目
长度、宽度
对角线差
平面度
厚度
检测方法
亚光面、镜面板
±
±
1
+
-
卡尺
粗面板
±
±
2
+
-
卡尺
.2板材正面的外观应符合表5-3要求。
表5-3每块板材正面外观缺陷的要求
项目
规定内容
质量要求
缺棱
长度不超过10mm,(长度小于5mm不计,),周边每米长允许个数(个)
1个
缺角
面积不超过5mm×2mm(面积小于2mm×2mm不计),每块板允许个数(个)
1个
色斑
面积不超过20mm×30mm,(面积小于10mm×10mm不计),每块板允许个数(个)
1个
色线
长度不超过两端顺延至板边总长的1/10,(长度小于40mm的不计),每块板允许条数(条)
2条
裂纹
不允许
窝坑
粗面板的正面出现窝坑
不明显
.3石材面板宜在工厂加工,安装槽、孔的加工尺寸及允许误差应符合表5-4、表5-5的要求。
表5-4石材面板孔加工尺寸及允许误差单位为毫米
石材面板
固定形式
孔径
孔中心线到板边的距离
孔底到板面保留厚度
检测
方法
孔类别
允许误差
最小尺寸
误差
背栓式
M6
直孔
+
-
最小50
-
+
卡尺
深度尺
扩孔
±
软质石材+1/-
M8
直孔
+
-
扩孔
±
软质石材+1/-
表5-5石材面板通槽、短槽(短平槽、弧形短槽)和碟形背卡槽允许偏差单位为毫米
项目
通槽(短平槽、
弧形短槽)
短槽
碟形背卡
检测方法
最小
尺寸
允许
偏差
最小
尺寸
允许
偏差
最小
尺寸
允许
偏差
槽宽度
±
±
3
±
卡尺
槽有效长度
(短平槽槽底处)
—
±2
100
±2
180
—
卡尺
槽深角度偏差
—
槽深
/20
—
矢高/20
45°
+5°
0
量角器
两(短平槽)槽中心线距离(背卡上下两组槽)
—
±2
—
±2
—
±2
卡尺
槽外边到板端边距离
(碟形背卡外槽到与其平行板端边距离)
—
±2
不小于板材厚度和85,不大于180
±2
50
±2
卡尺
内边到板端边距离
—
±3
—
±3
—
—
卡尺
槽任一端侧边到板外表面距离
±
±
—
—
卡尺
槽任一端侧边到板内表面距离(含板厚偏差)
—
±
—
±
—
—
卡尺
槽深度(有效长度内)
16
±
16
±
垂直10
+2
0
深度尺
背卡的两个斜槽
石材表面保留宽度
—
—
—
—
31
±2
卡尺
背卡的两个斜槽
槽底石材保留宽度
—
—
—
—
13
±2
卡尺
图5-2
图5-3
图5-4
.4异型材、板的加工应符合设计要求。
.5石板连接部位正反两面均不应出现崩缺、暗裂、窝坑等缺陷。
幕墙竖向构件和横向构件制作工艺质量
幕墙竖向构件和横向构件的加工允许偏差应符合的要求。
组件组装质量要求
石材面板挂装系统安装偏差应符合表5-6的规定。
表5-6石材面板挂装系统安装允许偏差单位为毫米
项目
通槽长勾
通槽短勾
短槽
背卡
背栓
检测方法
托板(转接件)标高
±
—
卡尺
托板(转接件)前后高低差
≤
—
卡尺
相邻两托板(转接件)高低差
≤
—
卡尺
托板(转接件)中心线偏差
≤
—
卡尺
勾锚入石材槽深度偏差
+
0
—
深度尺
短勾中心线与托板中心线
偏差
—
≤
—
—
卡尺
短勾中心线与短槽中心线偏差
—
≤
—
—
卡尺
挂勾与挂槽搭接深度偏差
—
+
0
—
—
卡尺
插件与插槽搭接深度偏差
—
+
0
—
—
卡尺
挂勾(插槽)中心线偏差
—
≤
直尺
挂勾(插槽)标高
—
±
卡尺
背栓挂(插)件中心线与孔中心线偏差
—
≤
卡尺
背卡中心线与背卡槽中心线偏差
—
≤
—
卡尺
左右两背卡中心线偏差
—
≤
—
卡尺
通长勾距板两端偏差
±
—
卡尺
同一行石材上端水平偏差
相邻两板块
≤
水平尺
长度≤35m
≤
长度>35m
≤
同一列石材边部垂直偏差
相邻两板块
≤
卡尺
长度≤35m
≤
长度>35m
≤
石材外表面平整度
相邻两板块高低差
≤
卡尺
相邻两石材缝宽(与设计值比)
±
卡尺
图5-5
理想状态允许状态避免状态危险状态
图5-6挂件搭接状态示意图
。
。
石材面板安装到位后,横向构件不应发生明显的扭转变形,板块的支撑件或连接托板端头纵向位移应不大于2mm。
相邻转角板块的连接不宜采用粘结方式。
每平方米亚光面和镜面板材的正面质量应符合表5-7要求。
表5-7细面和镜面板材正面质量的要求
项目
规定内容
划伤
(),长度小于100mm,不多于2条
擦伤
面积总和不超过500mm2(面积小于100mm2不计)
注:。
。
。
石材幕墙的面板宜采用便于各板块独立安装和拆卸的支承固定系统,不宜采用T型挂装系统。
第一节石材板与支承结构的连接构造。
石材板与支承结构的连接有钢销式连接、槽式连接、复合连接、蝶式背栓、背栓式,钢销式、T型钩、
蝴蝶钩不能单独更换面板,不宜采用。下面分别讨钢销式连接、槽式连接、复合连接、蝶式背栓、背栓式连接构造。
钢销式连接是在石材上、下边打孔,用安装在连接板上的钢销插入孔中,连接板与结构体系连接,使石板材固定安装在结构体系上(图5-7)。
图5-7钢销式连接
钢销和托板一般应采用12Cr18Ni9或06Cr19Ni9不锈钢,钢销直径4~6mm,入孔深20~30mm,连接板一般采用40mm×4mm,石板上开孔直径宜为6~8mm,孔深22~33mm,孔位距板边不小于3T不大于180mm,两销距离不宜大于600mm。
石板材用钢销连接时,由于一个钢销要插入上下两块石板材,并且从上到下连续互插,当中间一块破损时,无法单独更换,需从顶部一直拆至该板块为止,才能进行更换,费工费时,并且可能影响建筑物正常使用。同时连接板要伸出钢销外5~7mm,在安装时往往因为施工偏差,设计板缝不能与连接板相配合,要在现场将连接处石板材边打磨而使石板材边受损,影响外观,现在一般不再采用。
槽式连接时开槽方式可分为通槽式、短平槽式和孤形短槽式。通槽式是沿板侧边全长开槽,一般槽宽
为6mm或7mm,槽深宜为16mm~20mm,短平槽开槽长度不宜小于100mm。
孤形短槽开槽是孤形短槽连接技术的基础,也是一切设计、计算的起点。只有确定了孤形短槽的有关几何参数才能着手进行孤形短槽连接设计、计算。
,不同直径砂轮开出的槽的几何参数不一样,因此选择砂轮直径是孤形短槽开槽的第一步。一般石材加工企业常用的砂轮直径有350mm(14英寸)、300mm(12英寸)、250mm(10英寸)等。
JGJ133《金属与石材幕墙工程技术规范》第条规定:“孤形槽的有效长度不应小于80mm”。有效长度是指相对于锚入槽内挂钩底处孤形短槽的弦长。它是按40mm宽挂钩考虑的,即40mm宽挂钩且挂钩中心线与槽长中心线吻合时,挂钩
两侧各可移动20mm(理论值,实际值应不小于15mm),如果挂钩宽度尺寸大于40mm,应该按挂钩实际宽度加两侧活动量调整有效长度。它还与挂钩锚入的深度有关,一般挂钩锚入10~12mm为宜。
图5-8孤形短槽开槽示意图
根据砂论直径与挂钩锚入短槽深度,按有效长度为60mm(80mm)计算的孤形短槽几何参数见表5-8、表5-9。
表5-8弧形短槽几何参数mm
砂轮直径φ
有效长度80mm(适用钩宽60mm)
有效长度60mm(适用钩宽40mm)
钩锚入深度H1
槽长B1
弧长s
钩锚入深度H1
槽长B1
弧长s
350
10
140
144
10
130
12
149
154
12
140
144
300
10
137
10
122
126
12
146
12
131
135
250
10
10
114
118
12
12
121
短平槽开槽示意图
图5-9
表5-9短平槽几何参数mm
砂论直径φ
钩锚入深度H1
槽底深度
有效长度
槽口长度
槽底长度
100
10
15
60
80
80
12
17
60
80
125
10
15
60
87
80
12
17
60
91
80
150
10
15
60
93
80
12
17
60
98
80
槽式连接用钢钩可采用12Cr18Ni9或06Cr19Ni9不锈钢,其厚度不应小于3mm,当采用铝板冲压
成型勾时,宜选用3003或3A21H26(H16)单层铝板,当采用挤压成型勾时,宜选用6061T5或6063T5铝合金,其厚度不宜小于4mm。
钢钩的型式有T型钩、蝶式钩(上下翻)、L型钩、SE型钩。T型钩要连接上下两块石板,且从上
到下连续,所以石板材不能个别更换,T型钩支撑板位于钩后侧,石板材开槽时可采用不等高板(即内侧板脊可低于外侧),采用平槽时,钩上端顶住槽底使支承板不与石材接触,有利于石材伸缩(图5-10)。蝶式钩支承方法同T形钩,只是T形钩上下对齐而蝶式钩上下错开(图5-11),《建筑幕墙》。
图5-10T型钩连
图5-11蝶式钩连接
L型钩,一只L型钩只固定每块的上(下)一端,即每块板上下各有一L型钩固定,这样就可以个别更换任何一块需要更换的石材板,有时石材板下端L型钩与横梁是连成一体的,仅石材板上端L型钩在石材定位后插入石材板槽沟并与横梁插接,此时要注意插接件防脱。在使用L形钩时,下部挂钩是与横梁整体连接,上部挂钩是活动的,在上部挂钩安装定位后要采用限位装置,保证其在振动时不脱落(图5-12)。
图5-12L型钩连接
SE型钩工作原理与L型钩相似,仅钩的形状为板下端连接用S型,上端连接用E型,由于SE型钩与横梁均为插
接,都要采取防脱措施(图5-13)。
图5-13SE型钩连接
。复合连接是采用SE钩时,在板背与SE钩接触部位再用结构胶将挂勾与板材粘接,原来的设想是在挂钩破坏后用结构胶与板材的粘接,作为第二道保险,但这种连接是多余的,因为槽钩连接破坏不可能是金属钩的破坏,而只能是石材槽口破坏,且槽口破坏时,石材剥离高度远远大于槽深,由于结构胶粘接部位处于石材剥离部位,复合连接对钩与石材的连接几乎没有任何意义(图5-14)。
图5-14复合连接
,由于弹性卡无法采用奥氏体不锈钢制成,用马氏体或铁素体材料锟压处理材料易断裂。受力主要靠粘胶,所以光面扣件还存在与JC887-2001《干挂石材幕墙用环氧胶粘剂》规定的胶粘前清洗、石材必须干燥、不锈钢必须砂毛等不符;由于靠弹性与铝型材卡住,摩擦系数也很低;任何材料都存在公差,而该工艺是不能调节公差。用燕尾式槽镶嵌蝶式背栓,对胶缝质量很难进行检查。
蝶式背栓做过抗震试验和拉拔试验,如果仔细研究一下拉拔试验有关资料,可以看出蝶式背栓不是锥体破坏而是尖角破坏(图5-15)。
图5-15尖角破坏
这和台湾省财团法人石材工业发展中心试验结果吻合。从试验报告中可以看出破坏拉力为3600~4800N,从试验报告所附图片中可以大致推算出破坏截面高度约为4mm,蝶式背栓宽40mm,可计算出破坏截面积约为160mm2,两侧合计约320mm2,按此计算,~15N/mm2,大大高出石材剪应力,从试验报告说明“石材与蝶形背栓之间采用环氧树脂作为填缝胶。”可以分析出拉拔试验不单纯是蝶形背栓与石材连接破坏,而是一种很复杂的破坏过程。
首先是环氧树脂胶缝局部剥离,蝶形背栓卷曲,挤压尖角而使尖角逐步破坏(图5-16)。
图5-16胶缝局部剥离
当尖角破坏到一定程度(如断面4mm深)后,提拉蝶形背栓,对槽两侧的环氧树脂胶缝产生剪
切,将蝶形背栓从槽中拉出,使连接失效(剪切破坏)(图5-17)。
图5-17剪切破坏
从以上试验结果可以看出,蝶形背栓与石材的连接不是靠它与石材的锚固,而是靠环氧树脂胶的粘接,因此这种连接设计的关键是胶缝设计。如何保证蝶形背栓和石材粘接,这就要对胶缝设计提出要求,如胶缝面积、粘接厚度等。
背栓式是在石材背面开背栓孔,将背栓植入背栓孔后在背栓上安装上连接件,用连接件与幕墙结构体系连接(图5-19),背栓有两种类型,即单切面背栓与双切面背栓(图5-18)。
单切面背栓双切面背栓
图5-18单(双)切面背栓
图5-19背栓连接
单切面背栓在开孔时仅将背栓孔开出植入背栓,由于背栓孔底位于石材厚度过半处,这样对正风压与负风压石材料锥体破坏效果不一样,负风压时由孔底至石材板背部厚度较厚,锥体破坏面积比正风压时(孔底到正面厚度较薄)大,对锥体破坏有利,即它承受正风压时的荷载较负风压时的荷载要小,双切面在开孔时,在石材背面与孔底定厚处磨出一园槽,安装背栓时在此处加一钢垫圈,由于钢垫圈园面积大于背栓扩孔头,冲切破坏时厚度等于板厚,正风压时,冲切破坏面积大于负风压时的冲切破坏面积,其受力情况优于单切面背栓(图5-20)。
A背栓植入石材B负风压时锥体破坏C正风压时锥体破坏
图5-20锥体破坏示意图
由于背栓仅是石材与连接件的紧固件,这样它就可以按照连接部位不同,设计成各种型式的连接件,对各种异型部位有其独特的效果(图3-71a),而各种勾型连接件由于直接连接石材和结构体系,只能用于平直部位,一旦遇到上下收口部位和转角部位就不能适应其变化多端的要求,有时不得不采取在石材板背面开斜槽的方式,由于斜槽连接受力最大部位为尖角,往往由于尖角破坏导致连接失效。
背栓连接件,一块石板可用一个背栓,两个背栓或四个背栓视荷载大小和石材抗冲切强度而定,一
~,~3KN,当采用一个背栓时孔中到板边的距离不宜大于300mm;当采用二个背栓时,孔中到板端距的距离不宜大于400mm、距两边的距离不宜大于300mm;当采用4个背栓时螺孔中心到板边的距离不宜大于250mm。当采用一(两)个背栓时,要用四个尼龙螺栓顶住板内侧,保持板的稳定。
第二节槽(孔)与钩(栓)配合设计
从石材幕墙实际工程破坏和试验结果看,石材幕墙石板材连接破坏大部分为槽(孔)冲切(锥体)破坏,对槽(孔)破坏情况的分析表明,槽(孔)与钩(栓)配合尺寸的正确选择是非常重要的,它对石材幕墙石板材连接性能起到关键作用。钩(栓)与槽(孔)的配合不仅要考虑施工、安装时便于调整,而更重要的是考虑槽(孔)的受力特点,在严格控制施工偏差、满足施工安装必要的调整尺寸基础上,确定槽(孔)尺寸,使其达到最佳受力状态。
现在对各种连接配合构造分别进行讨论。
(图5-21)
通槽即沿板上、下边通长开槽,一般槽宽取7mm,槽深取15~17mm,这样取值是按钩厚4mm,钩锚入槽10~12mm考虑的,通长钩钩长一般取比板宽两端各减5mm考虑。
图5-21通槽(普通槽)通长钩
从破坏情况分析,通槽通长钩破坏时石材沿槽底向下剥离,剥离角随石材强度而异,石材强度高,角度小(即剥离面积大),石材强度低,角度大(即剥离面积小)。由于通长设钩,总的剥离面积等于板宽乘剥离深度,剥离面积大,受力特别有利,但钩的用料较多。从以上分析还可看出如果槽开得很深,剥离深度不会随开槽深度而相应改变,即槽深比钩锚入深度大于5mm以上后,会减少剥离面积,减少抗剪承载能力(图5-22)。
图5-22通槽(深槽)通长勾
(图5-23)
石板材上开通槽(一般槽宽取7mm,槽深取15~17mm),用短钩连接,板材受剪破坏时,短钩两侧槽壁剪切破坏,并从钩下槽底向下剥离,剪切破坏面积为槽壁剪切面积加槽底下板面剥离破坏面积,剥离面积随钩宽和槽深而变化。总体来说,其总剥离面积远远小于通槽通长钩,是所有钩槽连接节点中剪切(剥离)面积最少的,即最易剪切破坏的连接节点。
图5-23通槽短钩
(图5-24)
石板材上开短平槽(一般槽宽取7mm、槽长度取100mm),用短钩连接,石板材受剪破坏时,短钩两侧槽壁呈γ0角剥离,槽底呈α0角剥离,剪切破坏面积为槽壁两侧剥离面积加槽底以下面板剥离面积,总剥离面积大于通槽短钩,但应注意到短平槽槽长与钩宽的关系,保持槽长为钩宽+10mm(2×5mm)时槽壁沿槽端剥离(如按规范规定长度取不少于100mm,则钩宽应为90mm),如果槽长过长(即大于勾宽+2×5mm)就有可能在槽中部剥离或沿槽壁切断,即短平槽开槽过长,对槽受力不利。
图5-24短平槽短钩
(图5-25)
弧形短槽(一般槽宽取7mm,槽长、槽深与砂轮直径和有效长度取值有关),用短钩连接,它要求钩下端处弦长(有效长度)比钩宽长(2×5mm)10mm,以便安装时调节(并考虑开槽、制钩及安装时定位偏差),受力破坏为剥离破坏,剥离破坏面积与钩宽和钩锚入深度有关,不会随弧形短槽开槽深度和宽度而相应改变,即同样钩宽和钩锚入深度,开槽加深、加宽以后,剥离面积随之减少,因此控制有效长度对弧形短槽抗剪承载能力至关重要。如按规范规定有效长度取不少于80mm,则钩宽应为70mm,如果钩宽40mm,则有效长度控制在50mm左右为宜。
短平槽(弧形短槽)如果采用蝶式钩,剪切破坏时,槽两侧剥离面积不同,即近勾侧剥离面积大,远勾侧剥离面积小,甚至无剥离(槽壁剪切破坏),因此短平槽(弧形短槽)采用蝶式钩对受力不利。
图5-25弧形短槽短勾
(图5-26)
在石板材板上、下边上开孔,一般孔径为6~7mm,孔深22~33mm,破坏时石板在销孔两侧呈γ0角,在孔底呈α0角剥离,孔深对剥离面积有影响,但孔深30mm以后继续增加孔深其影响会越来越小。
图5-26钢销式
(图5-27)
背栓式是在石板材背面开背栓孔,用背栓将石材和连接件紧固起来,形成连接节点。单切面背栓背
栓孔深一般要大于板厚的一半(例如20mm板厚,孔深12mm)。这样,在受风压力时冲切破坏面积小于受风吸力时冲切破坏面积,且在反复冲击时易于破坏。
双切面背栓由于板材背面垫圈面积大于扩孔孔底面积,且抗冲击厚度为板厚,受风压力时冲切破坏面积大于受风吸力时冲切破坏面积(即单切面背栓最大冲切破坏面积),而且在反复冲击时不会破坏。凝灰石(黄洞石)由于板材上有孔洞,如果背栓孔位于板上孔洞上(附近)有可能使连接失效。
背栓式单切面背栓双切面背栓
图5-27背栓式连接示意图
第三节石材幕墙的典型结点构造
下面介绍各种石材幕墙的典型结点构造并通过各种石材幕墙的典型结点图说明石材用建筑密封胶在施工图上的标示方法(图5-28~图5-43)。
图5-28
图5-29
图5-20
图5-30
图5-31
图5-32
图5-33
图5-34
图5-35
图5-36
图5-37
图5-38
图5-39
图5-40
图5-41
图5-42
图5-42
图5-43