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目前，背栓式連接石材幕墻已在國內(nèi)廣泛應用，背卡、背槽連接石材幕墻已有許多工程實例，本文對其設計方法和構造要求提出建議，以提高背部連接石材幕墻的安全性和使用質量
1．概 述
1.1 面板背部連接的石材幕墻
面板背部連接的石材幕墻已在我國幕墻工程中廣泛應用，其中歷史最長、應用最普遍的是背栓式連接面板（圖1），近年來我國自行開發(fā)的面板背部連接技術如背卡、背槽也正在推廣。石材面板采用背部連接方式的優(yōu)點是：
?。?）背部連接可以減小石材面板的支承間距，從而減小石板承受的彎曲應力，減薄板的厚度。
?。?）連接可靠，對石板的削弱較小。這就減少了連接部位石材局部破壞的可能性，使石材面板有較高的抗震能力。
現(xiàn)行《金屬與石材幕墻工程技術規(guī)范》JGJ133-2001中未對背部連接的石材幕墻作出規(guī)定，本文根據(jù)國內(nèi)工程經(jīng)驗，對其設計提出一些建議。
1.2 面板背部連接石材幕墻的抗震性能
2．背卡連接試驗
石材為山東嶗山紅，厚度分別為20mm,25mm,30mm，采用厚度為0.5mm的不銹鋼背卡連接。試驗時臺面輸入加速度Amax最大達0.9g。幕墻平面外最大相對位移達1/36，平面內(nèi)最大相對位移1/80。幕墻及連接件無損壞。
3．背槽連接試驗
石材種類為：25mm,30mm厚花崗巖板；15mm,20mm花崗巖板加1.6mm厚纖維增強復合層共四種類型，采用埋入槽內(nèi)的鋁合金可調(diào)連接件。板后開槽，槽深取決于板厚，分別為10～12mm（花崗巖板）和6～8mm（復合板）。
試驗輸入最大加速度Amax達0.949g（x向）和0.872g（y向），最大層間位移角達1/52，連接件及幕墻無損壞。
2．一般要求
2.1 石材面板
1．石材種類
背部連接方式可應用于巖漿巖（花崗巖、玄武巖等），也可用于沉積巖（砂巖、石灰?guī)r等）和變質巖（大理巖、片麻巖等）。背卡連接和背槽連接的連接面較大，對多孔巖石的孔洞缺陷不很敏感，軟弱多孔石材也可以適用；采用背栓連接時，如果栓位遇到孔洞，宜采取注膠等加強措施。
2．石材的性能要求
用于背面連接的石材，材性應符合表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。
當帶有可受力的、較厚的纖維復合層時，石材面板的厚度限值可以適當減小。
4．防止破碎墜落的措施
石材面板可在背面粘結玻璃纖維織物或采用增強膠層等措施來防止石材破碎后墜落，提高其安全性。當采用非注膠板縫或石材軟弱、帶有孔洞時，宜采用這項措施。
5．表面防水處理
巖漿巖石材面板宜進行表面防水處理，其它石材面板應進行表面防水處理。應先進行鉆孔、開縫、開槽，清水沖凈，待石材干燥后，方可進行防水處理。
防水劑宜采用透氣性有機硅或有機氟涂料。涂裝后不應改變石材的顏色和光澤。防水劑至少應有5年的使用壽命，并且應可以再次涂刷。
2.2 連接件
1．背栓連接
背栓直徑不應小于6mm，應采用材質不低于316（0Cr17Ni12Mo2）的不銹鋼制造。連接件可采用304（0Cr18Ni9）或316（0Cr17Ni12Mo2），也可采用鋁型材（6063、6063A）。不銹鋼連接件厚度不小于3mm，鋁型材連接件厚度不小于4mm。
2．背卡連接
背卡由高彈性不銹鋼片冷彎成蝴蝶形斷面（圖3），長度為50mm，鋼片厚度不小于0.5mm。背卡的前爪片嵌入石板背面的水平開縫中，后側嵌入鋁橫梁的凹槽中。
3．背槽連接
背槽截面為空心梯形，外露邊寬24mm，入槽邊寬31mm，高18mm，長50mm，材質為6063鋁合金；C形掛
件厚3mm，材質也為6063鋁合金。連結螺栓直徑8mm，采用304或316不銹鋼。
2.3 灌縫膠
背卡的窄縫和背槽宜先灌膠，再植入連接件。灌縫宜采用干掛石材幕墻用環(huán)氧膠粘劑，膠粘劑應符合標準《干掛石材幕墻用環(huán)氧膠粘劑》JC887的規(guī)定。
背栓連結用于軟弱和多孔石材面板時，宜在鉆孔內(nèi)注膠。
3．面板設計
3.1 一般原則
面板主要承受風力和地震力，石材面板可視為多點支承受彎板，連接件則承受拉力或壓力。在自重作用下，連接件受彎和受剪。因此，應根據(jù)其連接方式合理選擇設計計算方法，并宜通過試驗確認其承載力。
燒毛板，天然粗糙表面等厚度較均勻的石材面板，其計算厚度宜按實際厚度扣減3mm采用。厚度變化很大的石材面板，其計算厚度宜取計算截面的最小厚度。
3.2 面板的受彎計算
1．支承點位于面板的對邊上時
當背槽、背卡連接的合力中心接近于板的邊緣時，可以認為是支承點位于板的一組對邊。此時可按四角支承板進行計算，最大彎曲應力的標準值為：
3.3 連接件設計
1．連接件的承載力設計值
連接件（背栓、背槽、背卡）承載力的總安全系數(shù)K不應小于3.0。所以其承載力設計值可取其承載力標準值除以系數(shù)2.15后取用。
當承載力試驗值的數(shù)量足夠多時，承載力標準值按其試驗平均值減去1.645倍標準差后取用；當試件數(shù)量較少時，承載力標準值可取其最小的試驗值。
4．板縫設計
4.1 設計原則
背部連接的石材面板之間，應留出板縫。當主體結構、支承結構由于水平側移、溫度變化使面板產(chǎn)生相對移動和面板自身的溫度膨脹時，開放式板縫兩側的面板不應相碰；注膠式板縫中，密封材料的拉壓變形不應超出其耐受能力。
4.2 注膠式板縫
1．概述
注膠式板縫是最普遍采用的板縫形式，其氣密性能和水密性能比較可靠，承建商也熟悉，施工質量有保證，一般工程可以采用注膠式板縫。
2．設計要點
?。?）板縫底部宜用泡沫條充填。宜采用硅酮耐候密封膠嵌縫，硅酮膠縫厚度不宜小于3.5mm，寬度不宜小于厚度的2倍。不應采用三面粘結的膠縫；
?。?）石材膠縫應采用無污染、無滲油的石材專用密封膠。選用前宜進行污染性試驗，確認無滲油現(xiàn)象；
?。?）注膠式板縫也可以采用聚胺酯密封膠嵌縫，聚胺酯膠縫厚度宜為縫寬的0.5～1.0倍，且不宜小于5mm；
（4）建筑設計有需要時也可以采用深膠縫。深膠縫表面與石材表面的距離可以大于5mm.
3．石材專用密封膠
石材專用密封膠除符合一般硅酮建筑密封膠的性能要求外，還要求對石材不產(chǎn)生污染。石材專用密封膠的部份牌號為：
廣州白云：SS602、SS602B；
杭州之江：JS888；
鄭州中原：MF889A。
4.3 開放式板縫
1．概述
開放式板縫不作密封處理，防水層移至板后的空間，放在保溫層的前面。因此，會有少量雨水滲入板的背部空間，要采取多項措施來消除其影響。
由于有潮氣進入，其背面的鋼結構要采取更有效的防腐措施。開放式板縫無耐候膠四邊粘結，所以石材面板宜考慮防止破碎后墜落的措施。
2．設計要點
?。?）背部空間應防止積水，要采取措施順暢排水；
（2）背面的保溫材料應有防水措施，可采用鍍鋅鋼板、鋁板作為防水襯板；
（3）背部空間應保持通風，使潮濕水汽可以順暢排出；
?。?）支承結構和連接件應采取更有效的防腐措施；
?。?）石材面板宜在背面粘貼玻璃纖維織物或涂布加強粘膠層，防止面板破碎后墜落；
?。?）石板宜進行六面防水處理；
?。?）防水襯板及其支承框架應能承受作用在它上面的風荷載，必要時進行承載力計算。
目前，面板背部連接的石材幕墻已積累了較多的工程經(jīng)驗，其設計與施工技術已日漸成熟。正在修訂的《金屬與石材幕墻工程技術規(guī)范》JGJ133即將增補相關的條文，這將為幕墻廠商應用這種幕墻提供更多的技術依據(jù)。
《中國建筑科學研究院 趙西安》
1．概 述
1.1 面板背部連接的石材幕墻
面板背部連接的石材幕墻已在我國幕墻工程中廣泛應用，其中歷史最長、應用最普遍的是背栓式連接面板（圖1），近年來我國自行開發(fā)的面板背部連接技術如背卡、背槽也正在推廣。石材面板采用背部連接方式的優(yōu)點是：
?。?）背部連接可以減小石材面板的支承間距，從而減小石板承受的彎曲應力，減薄板的厚度。
?。?）連接可靠，對石板的削弱較小。這就減少了連接部位石材局部破壞的可能性，使石材面板有較高的抗震能力。
現(xiàn)行《金屬與石材幕墻工程技術規(guī)范》JGJ133-2001中未對背部連接的石材幕墻作出規(guī)定，本文根據(jù)國內(nèi)工程經(jīng)驗，對其設計提出一些建議。
1.2 面板背部連接石材幕墻的抗震性能
2．背卡連接試驗
石材為山東嶗山紅，厚度分別為20mm,25mm,30mm，采用厚度為0.5mm的不銹鋼背卡連接。試驗時臺面輸入加速度Amax最大達0.9g。幕墻平面外最大相對位移達1/36，平面內(nèi)最大相對位移1/80。幕墻及連接件無損壞。
3．背槽連接試驗
石材種類為：25mm,30mm厚花崗巖板；15mm,20mm花崗巖板加1.6mm厚纖維增強復合層共四種類型，采用埋入槽內(nèi)的鋁合金可調(diào)連接件。板后開槽，槽深取決于板厚，分別為10～12mm（花崗巖板）和6～8mm（復合板）。
試驗輸入最大加速度Amax達0.949g（x向）和0.872g（y向），最大層間位移角達1/52，連接件及幕墻無損壞。
2．一般要求
2.1 石材面板
1．石材種類
背部連接方式可應用于巖漿巖（花崗巖、玄武巖等），也可用于沉積巖（砂巖、石灰?guī)r等）和變質巖（大理巖、片麻巖等）。背卡連接和背槽連接的連接面較大，對多孔巖石的孔洞缺陷不很敏感，軟弱多孔石材也可以適用；采用背栓連接時，如果栓位遇到孔洞，宜采取注膠等加強措施。
2．石材的性能要求
用于背面連接的石材，材性應符合表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。
當帶有可受力的、較厚的纖維復合層時，石材面板的厚度限值可以適當減小。
4．防止破碎墜落的措施
石材面板可在背面粘結玻璃纖維織物或采用增強膠層等措施來防止石材破碎后墜落，提高其安全性。當采用非注膠板縫或石材軟弱、帶有孔洞時，宜采用這項措施。
5．表面防水處理
巖漿巖石材面板宜進行表面防水處理，其它石材面板應進行表面防水處理。應先進行鉆孔、開縫、開槽，清水沖凈，待石材干燥后，方可進行防水處理。
防水劑宜采用透氣性有機硅或有機氟涂料。涂裝后不應改變石材的顏色和光澤。防水劑至少應有5年的使用壽命，并且應可以再次涂刷。
2.2 連接件
1．背栓連接
背栓直徑不應小于6mm，應采用材質不低于316（0Cr17Ni12Mo2）的不銹鋼制造。連接件可采用304（0Cr18Ni9）或316（0Cr17Ni12Mo2），也可采用鋁型材（6063、6063A）。不銹鋼連接件厚度不小于3mm，鋁型材連接件厚度不小于4mm。
2．背卡連接
背卡由高彈性不銹鋼片冷彎成蝴蝶形斷面（圖3），長度為50mm，鋼片厚度不小于0.5mm。背卡的前爪片嵌入石板背面的水平開縫中，后側嵌入鋁橫梁的凹槽中。
3．背槽連接
背槽截面為空心梯形，外露邊寬24mm，入槽邊寬31mm，高18mm，長50mm，材質為6063鋁合金；C形掛
件厚3mm，材質也為6063鋁合金。連結螺栓直徑8mm，采用304或316不銹鋼。
2.3 灌縫膠
背卡的窄縫和背槽宜先灌膠，再植入連接件。灌縫宜采用干掛石材幕墻用環(huán)氧膠粘劑，膠粘劑應符合標準《干掛石材幕墻用環(huán)氧膠粘劑》JC887的規(guī)定。
背栓連結用于軟弱和多孔石材面板時，宜在鉆孔內(nèi)注膠。
3．面板設計
3.1 一般原則
面板主要承受風力和地震力，石材面板可視為多點支承受彎板，連接件則承受拉力或壓力。在自重作用下，連接件受彎和受剪。因此，應根據(jù)其連接方式合理選擇設計計算方法，并宜通過試驗確認其承載力。
燒毛板，天然粗糙表面等厚度較均勻的石材面板，其計算厚度宜按實際厚度扣減3mm采用。厚度變化很大的石材面板，其計算厚度宜取計算截面的最小厚度。
3.2 面板的受彎計算
1．支承點位于面板的對邊上時
當背槽、背卡連接的合力中心接近于板的邊緣時，可以認為是支承點位于板的一組對邊。此時可按四角支承板進行計算，最大彎曲應力的標準值為：
3.3 連接件設計
1．連接件的承載力設計值
連接件（背栓、背槽、背卡）承載力的總安全系數(shù)K不應小于3.0。所以其承載力設計值可取其承載力標準值除以系數(shù)2.15后取用。
當承載力試驗值的數(shù)量足夠多時，承載力標準值按其試驗平均值減去1.645倍標準差后取用；當試件數(shù)量較少時，承載力標準值可取其最小的試驗值。
4．板縫設計
4.1 設計原則
背部連接的石材面板之間，應留出板縫。當主體結構、支承結構由于水平側移、溫度變化使面板產(chǎn)生相對移動和面板自身的溫度膨脹時，開放式板縫兩側的面板不應相碰；注膠式板縫中，密封材料的拉壓變形不應超出其耐受能力。
4.2 注膠式板縫
1．概述
注膠式板縫是最普遍采用的板縫形式，其氣密性能和水密性能比較可靠，承建商也熟悉，施工質量有保證，一般工程可以采用注膠式板縫。
2．設計要點
?。?）板縫底部宜用泡沫條充填。宜采用硅酮耐候密封膠嵌縫，硅酮膠縫厚度不宜小于3.5mm，寬度不宜小于厚度的2倍。不應采用三面粘結的膠縫；
?。?）石材膠縫應采用無污染、無滲油的石材專用密封膠。選用前宜進行污染性試驗，確認無滲油現(xiàn)象；
?。?）注膠式板縫也可以采用聚胺酯密封膠嵌縫，聚胺酯膠縫厚度宜為縫寬的0.5～1.0倍，且不宜小于5mm；
（4）建筑設計有需要時也可以采用深膠縫。深膠縫表面與石材表面的距離可以大于5mm.
3．石材專用密封膠
石材專用密封膠除符合一般硅酮建筑密封膠的性能要求外，還要求對石材不產(chǎn)生污染。石材專用密封膠的部份牌號為：
廣州白云：SS602、SS602B；
杭州之江：JS888；
鄭州中原：MF889A。
4.3 開放式板縫
1．概述
開放式板縫不作密封處理，防水層移至板后的空間，放在保溫層的前面。因此，會有少量雨水滲入板的背部空間，要采取多項措施來消除其影響。
由于有潮氣進入，其背面的鋼結構要采取更有效的防腐措施。開放式板縫無耐候膠四邊粘結，所以石材面板宜考慮防止破碎后墜落的措施。
2．設計要點
?。?）背部空間應防止積水，要采取措施順暢排水；
（2）背面的保溫材料應有防水措施，可采用鍍鋅鋼板、鋁板作為防水襯板；
（3）背部空間應保持通風，使潮濕水汽可以順暢排出；
?。?）支承結構和連接件應采取更有效的防腐措施；
?。?）石材面板宜在背面粘貼玻璃纖維織物或涂布加強粘膠層，防止面板破碎后墜落；
?。?）石板宜進行六面防水處理；
?。?）防水襯板及其支承框架應能承受作用在它上面的風荷載，必要時進行承載力計算。
目前，面板背部連接的石材幕墻已積累了較多的工程經(jīng)驗，其設計與施工技術已日漸成熟。正在修訂的《金屬與石材幕墻工程技術規(guī)范》JGJ133即將增補相關的條文，這將為幕墻廠商應用這種幕墻提供更多的技術依據(jù)。
《中國建筑科學研究院 趙西安》
