面板背部连接的石材幕墙设计

摘要目前，背栓式连接石材/幕墙已在国内广泛应用，背卡、背槽连接石材/幕墙已有许多工程实例，本文对其设计方法和构造要求提出建议，以提高背部连接石材/幕墙的安全性和使用质量1．概述1.1面板背部连接的石材/幕墙面板背部连接的石材/幕墙已在我国幕墙工程中广泛应用，其中历史最长、应用最普遍的是背栓式连接面板（图1），近年来我国自行开发的面板背部连接技术如背卡、背槽也正在推广。石材/面板采用背部连接方式的优点是：（1）背部连接可以减小石材/面板的支承间距，从而减小石板承受的弯曲应力，减薄板的厚度。（2）连接可靠，对石板的削弱较小。这就减少了连接部位石材/局部破坏的可能性，使石材/面板有较高的抗震能力。现行《金属与石材/幕墙工程技术规范》JGJ1332001中未对背部连接的石材/幕墙作出规定，本文根据国内工程经验，对其设计提出一些建议。1.2面板背部连接石材/幕墙的抗震性能2．背卡连接试验石材/为山东崂山红，厚度分别为20mm,25mm,30mm，采用厚度为0.5mm的不锈钢背卡连接。试验时台面输入加速度Amax最大达0.9g。幕墙平面外最大相对位移达1/36，平面内最大相对位移1/80。幕墙及连接件无损坏。3．背槽连接试验石材/种类为：25mm,30mm厚花岗岩板；15mm,20mm花岗岩板加1.6mm厚纤维增强复合层共四种类型，采用埋入槽内的铝合金可调连接件。板后开槽，槽深取决于板厚，分别为10～12mm（花岗岩板）和6～8mm（复合板）。试验输入最大加速度Amax达0.949g（x向）和0.872g（y向），最大层间位移角达1/52，连接件及幕墙无损坏。2．一般要求2.1石材/面板1．石材/种类背部连接方式可应用于岩浆岩（花岗岩、玄武岩等），也可用于沉积岩（砂岩、石灰岩等）和变质岩（大理岩、片麻岩等）。背卡连接和背槽连接的连接面较大，对多孔岩石的孔洞缺陷不很敏感，软弱多孔石材/也可以适用；采用背栓连接时，如果栓位遇到孔洞，宜采取注胶等加强措施。2．石材/的性能要求用于背面连接的石材/，材性应符合表1的要求。3．石材/面板的厚度石材/面板的厚度宜符合表2的要求。当带有可受力的、较厚的纤维复合层时，石材/面板的厚度限值可以适当减小。4．防止破碎坠落的措施石材/面板可在背面粘结玻璃纤维织物或采用增强胶层等措施来防止石材/破碎后坠落，提高其安全性。当采用非注胶板缝或石材/软弱、带有孔洞时，宜采用这项措施。5．表面防水处理岩浆岩石材/面板宜进行表面防水处理，其它石材/面板应进行表面防水处理。应先进行钻孔、开缝、开槽，清水冲净，待石材/干燥后，方可进行防水处理。防水剂宜采用透气性有机硅或有机氟涂料。涂装后不应改变石材/的颜色和光泽。防水剂至少应有5年的使用寿命，并且应可以再次涂刷。2.2连接件1．背栓连接背栓直径不应小于6mm，应采用材质不低于316（0Cr17Ni12Mo2）的不锈钢制造。连接件可采用304（0Cr18Ni9）或316（0Cr17Ni12Mo2），也可采用铝型材（6063、6063A）。不锈钢连接件厚度不小于3mm，铝型材连接件厚度不小于4mm。2．背卡连接背卡由高弹性不锈钢片冷弯成蝴蝶形断面（图3），长度为50mm，钢片厚度不小于0.5mm。背卡的前爪片嵌入石板背面的水平开缝中，后侧嵌入铝横梁的凹槽中。3．背槽连接背槽截面为空心梯形，外露边宽24mm，入槽边宽31mm，高18mm，长50mm，材质为6063铝合金；C形挂件厚3mm，材质也为6063铝合金。连结螺栓直径8mm，采用304或316不锈钢。2.3灌缝胶背卡的窄缝和背槽宜先灌胶，再植入连接件。灌缝宜采用干挂石材/幕墙用环氧胶粘剂，胶粘剂应符合标准《干挂石材/幕墙用环氧胶粘剂》JC887的规定。背栓连结用于软弱和多孔石材/面板时，宜在钻孔内注胶。3．面板设计3.1一般原则面板主要承受风力和地震力，石材/面板可视为多点支承受弯板，连接件则承受拉力或压力。在自重作用下，连接件受弯和受剪。因此，应根据其连接方式合理选择设计计算方法，并宜通过试验确认其承载力。烧毛板，天然粗糙表面等厚度较均匀的石材/面板，其计算厚度宜按实际厚度扣减3mm采用。厚度变化很大的石材/面板，其计算厚度宜取计算截面的最小厚度。3.2面板的受弯计算1．支承点位于面板的对边上时当背槽、背卡连接的合力中心接近于板的边缘时，可以认为是支承点位于板的一组对边。此时可按四角支承板进行计算，最大弯曲应力的标准值为：3.3连接件设计1．连接件的承载力设计值连接件（背栓、背槽、背卡）承载力的总安全系数K不应小于3.0。所以其承载力设计值可取其承载力标准值除以系数2.15后取用。当承载力试验值的数量足够多时，承载力标准值按其试验平均值减去1.645倍标准差后取用；当试件数量较少时，承载力标准值可取其最小的试验值。4．板缝设计4.1设计原则背部连接的石材/面板之间，应留出板缝。当主体结构、支承结构由于水平侧移、温度变化使面板产生相对移动和面板自身的温度膨胀时，开放式板缝两侧的面板不应相碰；注胶式板缝中，密封材料的拉压变形不应超出其耐受能力。4.2注胶式板缝1．概述注胶式板缝是最普遍采用的板缝形式，其气密性能和水密性能比较可靠，承建商也熟悉，施工质量有保证，一般工程可以采用注胶式板缝。2．设计要点（1）板缝底部宜用泡沫条充填。宜采用硅酮耐候密封胶嵌缝，硅酮胶缝厚度不宜小于3.5mm，宽度不宜小于厚度的2倍。不应采用三面粘结的胶缝；（2）石材/胶缝应采用无污染、无渗油的石材/专用密封胶。选用前宜进行污染性试验，确认无渗油现象；（3）注胶式板缝也可以采用聚胺酯密封胶嵌缝，聚胺酯胶缝厚度宜为缝宽的0.5～1.0倍，且不宜小于5mm；（4）建筑设计有需要时也可以采用深胶缝。深胶缝表面与石材/表面的距离可以大于5mm.3．石材/专用密封胶石材/专用密封胶除符合一般硅酮建筑密封胶的性能要求外，还要求对石材/不产生污染。石材/专用密封胶的部份牌号为：广州白云：SS602、SS602B；杭州之江：JS888；郑州中原：MF889A。4.3开放式板缝1．概述开放式板缝不作密封处理，防水层移至板后的空间，放在保温层的前面。因此，会有少量雨水渗入板的背部空间，要采取多项措施来消除其影响。由于有潮气进入，其背面的钢结构要采取更有效的防腐措施。开放式板缝无耐候胶四边粘结，所以石材/面板宜考虑防止破碎后坠落的措施。2．设计要点（1）背部空间应防止积水，要采取措施顺畅排水；（2）背面的保温材料应有防水措施，可采用镀锌钢板、铝板作为防水衬板；（3）背部空间应保持通风，使潮湿水汽可以顺畅排出；（4）支承结构和连接件应采取更有效的防腐措施；（5）石材/面板宜在背面粘贴玻璃纤维织物或涂布加强粘胶层，防止面板破碎后坠落；（6）石板宜进行六面防水处理；（7）防水衬板及其支承框架应能承受作用在它上面的风荷载，必要时进行承载力计算。目前，面板背部连接的石材/幕墙已积累了较多的工程经验，其设计与施工技术已日渐成熟。正在修订的《金属与石材/幕墙工程技术规范》JGJ133即将增补相关的条文，这将为幕墙厂商应用这种幕墙提供更多的技术依据。