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中國幕墻，從北方出發(fā)，在南方壯大!除了玻璃幕墻、金屬幕墻之外，近年來，各種類型的天然石材幕墻，因其穩(wěn)重大氣的“人設(shè)”，受到了越來越多業(yè)主方和設(shè)計院所的青睞，得到了更加廣泛的市場應(yīng)用。
本文將對位于我國廣東省省會城市——廣州市中心城區(qū)的一幢幕墻工程展開介紹。該項目是位于廣州市中心城區(qū)的商住樓項目，本項目定位為城市頂級豪宅，業(yè)主要求高。同時，項目周邊為廣州城區(qū)的成熟商業(yè)中心，附近均為現(xiàn)代感強烈的商業(yè)辦公建筑，如何讓建筑的外立面即符合大場景的統(tǒng)一風(fēng)格，又能彰顯出自身的個性特點，成為了幕墻設(shè)計與選材的關(guān)鍵老師因素。
項目概況：
本項目的總建筑面積約為11萬平方米，幕墻面積約4萬方，幕墻的形式有大跨度玻璃幕墻系統(tǒng)，鉆石體玻璃幕墻系統(tǒng)，洞石幕墻系統(tǒng)，塔樓（詞條“塔樓”由行業(yè)大百科提供）鋁板幕墻系統(tǒng)等。 *(其中洞石幕墻系統(tǒng)約3500方)
由于立面方案在調(diào)試過程中，無法找到與建筑整體效果相匹配的花崗巖石材，經(jīng)過多次比選后，建筑師及業(yè)主最終確定采用紋理及顏色都比較均勻的洞石，作為幕墻材料用于商業(yè)裙樓，該洞石幕墻的標(biāo)高不超過20m，板材的最大分格為900X995。
考慮到洞石(石灰石（詞條“石灰石”由行業(yè)大百科提供）)非幕墻的常用材料，經(jīng)過業(yè)主邀請，我們對洞石幕墻的可行性分析如下：
第一部分：羅馬洞石的物理性能分析
1、羅馬洞石介紹：
羅馬洞石屬于石灰?guī)r的一種，相對與工程上常用的由巖漿冷卻而成的花崗巖，洞石密度較小、強度較低、力學(xué)離散型較大、吸水率較高以及與酸性（詞條“酸性”由行業(yè)大百科提供）物質(zhì)更容易起化學(xué)反應(yīng)。
2、 適用規(guī)范：
《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ133—2001;
《天然飾面石材（詞條“飾面石材”由行業(yè)大百科提供）試驗方法彎曲強度試驗方法》GB9966.2-2001;
《干掛飾面石材及其金屬掛件》JCJ830-2005;
《干掛飾面石材》GB/T 32834-2016;
《天然石灰石建筑板材 》GBT 23453-2009;
《建筑幕墻》GB/T 21086-2007;
《天然石材裝飾工程技術(shù)規(guī)程》JCGT 60001-2007 ;
3、洞石的物理性能
廠家提供的檢測報告數(shù)據(jù)如下：
檢測報告數(shù)據(jù)與《天然石灰石建筑板材 》GBT 23453-2009對比：
根據(jù)上述參數(shù)，本項目選取的洞石性能滿足國家規(guī)范要求。
此外，參考上海市的《建筑幕墻工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》DG/TJ 08-56-2019第11.4.2條的規(guī)定：
本項目石材幕墻的最大高度為20米。基于此，可以進(jìn)一步判斷洞石可以應(yīng)用于本項目。
根據(jù)檢測報告，僅能獲取測試數(shù)據(jù)的平均值。為了更好地評估本項目選用的洞石的物理性能，建議按規(guī)范GB/T 9966的內(nèi)容，提供每一塊石材試件的測試數(shù)據(jù)以供判斷。
在未獲得每一塊試件實測數(shù)據(jù)的情況下，下文的分析將按規(guī)范要求的最低值進(jìn)行考慮。
第二部分：石材厚度及固定方式比較
1、 石材厚度：
根據(jù)《建筑幕墻》GB/T 21086-2007 表46 ：
同時參考《干掛飾面石材》GB/T 32834-2016 ，第6.1.2條表2
設(shè)計時，按洞石的彎曲強度按不小于4MPa且不大于8MPa考慮，單塊面積為0.88平方米，其厚度為40mm，滿足規(guī)范要求。
基于洞石的特性，已按規(guī)范要求對石材面板進(jìn)行六面防護(hù)處理，并且在背面采用EW40級高強度無堿玻璃纖維布和環(huán)氧AB膠組成的背網(wǎng)作為加強措施。
2、 石材固定方式：
石材的固定方式主要有短槽式、通槽式、背栓式三種類型，本報告將對短槽式與背栓式兩種固定方式的受力情況做比較。
洞石強度設(shè)計值：
根據(jù)檢測報告，石材的干燥彎曲強度平均值為10.1Mpa，考慮石材強度的離散性，在未提供每一塊試件實測數(shù)據(jù)的情況下，根據(jù)《天然石灰石建筑板材》GBT 23453-2009取石材的彎曲強度值為：6.9Mpa。
根據(jù)《天然石材裝飾工程技術(shù)規(guī)程 》JCGT 60001-2007，表18：
洞石的總安全系數(shù)取：8
由于在荷載計算時候已經(jīng)考慮安全分項系數(shù)1.5。
因此洞石的抗彎強度設(shè)計值取：fm=6.9/8*1.5=1.29Mpa;抗剪強度設(shè)計值取：fv=fm/2=0.65Mpa
抗彎強度比較：
短槽式的固定方式可簡化為簡支梁結(jié)構(gòu)，背栓式的固定方式可簡化為兩端懸挑的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，在面板規(guī)格相同的情況下，短槽式的最大彎矩（詞條“彎矩”由行業(yè)大百科提供）約為背栓式的3倍。受力簡圖如下：
為了更好地對比兩種固定方式，采用有限元軟件對洞石受力情況進(jìn)行分析。石材規(guī)格為900X975mm，厚度為40mm：
短槽式面板應(yīng)力（詞條“應(yīng)力”由行業(yè)大百科提供）情況如下：
σmax=1.086Mpa
考慮8倍安全系數(shù)的情況下，
短槽式受力抗彎利用率為：1.086/1.29=0.84
背栓式面板應(yīng)力情況如下：
σmax=0.448Mpa
考慮8倍安全系數(shù)的情況下，
背栓式受力抗彎利用率為：0.448/1.29=0.35
通過上述結(jié)構(gòu)計算結(jié)果對比可以發(fā)現(xiàn)，短槽式與背栓式的結(jié)構(gòu)均可滿足抗彎要求，但背栓式結(jié)構(gòu)的板面應(yīng)力較小。
抗剪強度比較：
校核石材開槽或者開孔位置的抗剪強度。
短槽式：
根據(jù)《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ133—2001第5.5.6條，式5.5.6-1：
式中β為應(yīng)力調(diào)整系數(shù)，本項目石材面板連接個數(shù)為4個，取1.25。
按短槽寬100，槽口位于石材厚度中間，槽口寬度8mm計算;
算得τmax=0.20Mpa
背栓式：
按背栓直徑為8mm，背栓孔深25mm計算：
算式為：τ=q×a×b×β/4(π×h/cosα×(D+h×tanα)，
式中β為應(yīng)力調(diào)整系數(shù)，取1.25。
算得τmax=0.23Mpa
抗震性能比較：
短槽式：
安裝石材時，會在石材開槽口填石材專用環(huán)氧樹脂，石材與掛件之間為固接，發(fā)生地震，槽口容易損壞。
短槽式安裝節(jié)點
石材在地震作用（詞條“地震作用”由行業(yè)大百科提供）下的破壞實例
背栓式：
可實現(xiàn)石材的無應(yīng)力加工，石材背面采用不銹鋼脹栓機械連接，連接強度高，同時可以在發(fā)生地震時有一定位移調(diào)節(jié)的間隙，抗震性能較佳。
背栓式安裝節(jié)點
兩種固定方式綜合性能比較：
綜上，短槽式及背栓式的固定方式均可滿足本項目的受力要求。
綜合各種因素，建議采用背栓做法。本項目設(shè)計時，已選用直徑為8mm的不銹鋼背栓。由于洞石的特性，進(jìn)一步建議選用有類似項目經(jīng)驗的進(jìn)口背栓廠家之產(chǎn)品。
為了更好地評估短槽式與背栓式的承載力，建議按照《天然飾面石材試驗方法彎曲強度試驗方法》GB9966-2001的要求，通過板材掛裝試驗，給出不同連接方式的板材掛裝強度報告，以便業(yè)主做出更直觀的判斷。
第三部分：密縫打膠系統(tǒng)與開縫系統(tǒng)比較
短槽式的石材幕墻若采用開縫不打膠系統(tǒng)，石材掛碼外視可見，不推薦采用。此處是在采用背栓式固定方式的基礎(chǔ)上進(jìn)行比較。詳見下表：
通過對比，背栓式石材幕墻采用開縫式體系，可有效避免密封膠對石材的污染，雖然造價相對高，但綜合性能較好，建議采用。
第四部分：本項目適用性的評估
1、 洞石具有悠久的歷史及獨特的外觀，在滿足國家各種規(guī)范的前提下，是可以使用的;
2、 洞石不同批次均需要按照國家規(guī)范進(jìn)行檢測，以保證不同批次的各項性能均符合要求;
3、 對于洞石的石材固定用的背栓，因洞石的質(zhì)地特殊性，建議采用進(jìn)口的有經(jīng)驗的石材背栓（詞條“石材背栓”由行業(yè)大百科提供）產(chǎn)品(如德國慧魚)，背栓直徑不小于8mm，采用不銹鋼材質(zhì)。
4、 對于安全性問題，洞石強度值較低，強度離散性也較大出現(xiàn)意外的情況大于花崗巖，可以采用分批次測試、石材背后粘貼耐堿玻璃纖維布，盡量保證安全性。
5、對于洞石面板影響結(jié)構(gòu)安排的空洞，應(yīng)用同質(zhì)材料填充密實。密實,填充后的石材不應(yīng)降低石材的力學(xué)強度,并滿足《上海市建筑幕墻工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》DG/TJ 08-56-2019表11.4.3要求;填充、修補用膠粘劑應(yīng)與原石材相容且由法定檢測機構(gòu)檢測。
以上為羅馬洞石材實用性的評估，在規(guī)范和性能上，預(yù)判不存在不滿足國家規(guī)范的情況，具體與最終符合中國國標(biāo)的試驗為準(zhǔn)。
附錄一：國內(nèi)石灰石(洞石)工程案例
東莞市行政中心，竣工日期:2004
天津博愛道會展中心，竣工日期:2008
南京六朝博物館
天津美術(shù)館
