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中國(guó)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(lái)，各種類(lèi)型的天然石材幕墻，因其穩(wěn)重大氣的“人設(shè)”，受到了越來(lái)越多業(yè)主方和設(shè)計(jì)院所的青睞，得到了更加廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用。
本文將對(duì)位于我國(guó)廣東省省會(huì)城市——廣州市中心城區(qū)的一幢幕墻工程展開(kāi)介紹。該項(xiàng)目是位于廣州市中心城區(qū)的商住樓項(xiàng)目，本項(xiàng)目定位為城市頂級(jí)豪宅，業(yè)主要求高。同時(shí)，項(xiàng)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(qiáng)烈的商業(yè)辦公建筑，如何讓建筑的外立面即符合大場(chǎng)景的統(tǒng)一風(fēng)格，又能彰顯出自身的個(gè)性特點(diǎn)，成為了幕墻設(shè)計(jì)與選材的關(guān)鍵老師因素。
項(xiàng)目概況：
本項(xiàng)目的總建筑面積約為11萬(wàn)平方米，幕墻面積約4萬(wàn)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(guò)程中，無(wú)法找到與建筑整體效果相匹配的花崗巖石材，經(jīng)過(guò)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(guò)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(guò)業(yè)主邀請(qǐng)，我們對(duì)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(duì)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(qiáng)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(yàn)方法彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)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(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)如下：
檢測(cè)報(bào)告數(shù)據(jù)與《天然石灰石建筑板材 》GBT 23453-2009對(duì)比：
根據(jù)上述參數(shù)，本項(xiàng)目選取的洞石性能滿(mǎn)足國(guó)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(xiàng)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(xiàng)目。
根據(jù)檢測(cè)報(bào)告，僅能獲取測(cè)試數(shù)據(jù)的平均值。為了更好地評(píng)估本項(xiàng)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(cè)試數(shù)據(jù)以供判斷。
在未獲得每一塊試件實(shí)測(cè)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(shí)參考《干掛飾面石材》GB/T 32834-2016 ，第6.1.2條表2
設(shè)計(jì)時(shí)，按洞石的彎曲強(qiáng)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(mǎn)足規(guī)范要求。
基于洞石的特性，已按規(guī)范要求對(duì)石材面板進(jìn)行六面防護(hù)處理，并且在背面采用EW40級(jí)高強(qiáng)度無(wú)堿玻璃纖維布和環(huán)氧AB膠組成的背網(wǎng)作為加強(qiáng)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(lèi)型，本報(bào)告將對(duì)短槽式與背栓式兩種固定方式的受力情況做比較。
洞石強(qiáng)度設(shè)計(jì)值：
根據(jù)檢測(cè)報(bào)告，石材的干燥彎曲強(qiáng)度平均值為10.1Mpa，考慮石材強(qiáng)度的離散性，在未提供每一塊試件實(shí)測(cè)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(qiáng)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(jì)算時(shí)候已經(jīng)考慮安全分項(xiàng)系數(shù)1.5。
因此洞石的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取：fm=6.9/8*1.5=1.29Mpa;抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取：fv=fm/2=0.65Mpa
抗彎強(qiáng)度比較：
短槽式的固定方式可簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)支梁結(jié)構(gòu)，背栓式的固定方式可簡(jiǎn)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(jiǎn)圖如下：
為了更好地對(duì)比兩種固定方式，采用有限元軟件對(duì)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(guò)上述結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，短槽式與背栓式的結(jié)構(gòu)均可滿(mǎn)足抗彎要求，但背栓式結(jié)構(gòu)的板面應(yīng)力較小。
抗剪強(qiáng)度比較：
校核石材開(kāi)槽或者開(kāi)孔位置的抗剪強(qiáng)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(xiàng)目石材面板連接個(gè)數(shù)為4個(gè)，取1.25。
按短槽寬100，槽口位于石材厚度中間，槽口寬度8mm計(jì)算;
算得τmax=0.20Mpa
背栓式：
按背栓直徑為8mm，背栓孔深25mm計(jì)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(shí)，會(huì)在石材開(kāi)槽口填石材專(zhuān)用環(huán)氧樹(shù)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(diǎn)
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(shí)例
背栓式：
可實(shí)現(xiàn)石材的無(wú)應(yīng)力加工，石材背面采用不銹鋼脹栓機(jī)械連接，連接強(qiáng)度高，同時(shí)可以在發(fā)生地震時(shí)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(diǎn)
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(mǎn)足本項(xiàng)目的受力要求。
綜合各種因素，建議采用背栓做法。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，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(lèi)似項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)的進(jìn)口背栓廠家之產(chǎn)品。
為了更好地評(píng)估短槽式與背栓式的承載力，建議按照《天然飾面石材試驗(yàn)方法彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)方法》GB9966-2001的要求，通過(guò)板材掛裝試驗(yàn)，給出不同連接方式的板材掛裝強(qiáng)度報(bào)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(kāi)縫系統(tǒng)比較
短槽式的石材幕墻若采用開(kāi)縫不打膠系統(tǒng)，石材掛碼外視可見(jiàn)，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(jiàn)下表：
通過(guò)對(duì)比，背栓式石材幕墻采用開(kāi)縫式體系，可有效避免密封膠對(duì)石材的污染，雖然造價(jià)相對(duì)高，但綜合性能較好，建議采用。
第四部分：本項(xiàng)目適用性的評(píng)估
1、 洞石具有悠久的歷史及獨(dú)特的外觀，在滿(mǎn)足國(guó)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(guó)家規(guī)范進(jìn)行檢測(cè)，以保證不同批次的各項(xiàng)性能均符合要求;
3、 對(duì)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(yàn)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(guó)慧魚(yú))，背栓直徑不小于8mm，采用不銹鋼材質(zhì)。
4、 對(duì)于安全性問(wèn)題，洞石強(qiáng)度值較低，強(qiáng)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(cè)試、石材背后粘貼耐堿玻璃纖維布，盡量保證安全性。
5、對(duì)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(shí)。密實(shí),填充后的石材不應(yīng)降低石材的力學(xué)強(qiáng)度,并滿(mǎn)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(bǔ)用膠粘劑應(yīng)與原石材相容且由法定檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢測(cè)。
以上為羅馬洞石材實(shí)用性的評(píng)估，在規(guī)范和性能上，預(yù)判不存在不滿(mǎn)足國(guó)家規(guī)范的情況，具體與最終符合中國(guó)國(guó)標(biāo)的試驗(yàn)為準(zhǔn)。
附錄一：國(guó)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(ài)道會(huì)展中心，竣工日期:2008
南京六朝博物館
天津美術(shù)館
