背栓點連接花崗石幕墻

1、背栓點連接花崗石幕墻施工工藝一、概述用背栓點連接花崗石幕墻進(jìn)行建筑外飾面花崗石施工是建筑外飾面施工技術(shù)的重大突破，它開避了石材幕墻施工工藝的新紀(jì)元。使石材幕墻有了廣闊的使用領(lǐng)域，即任何建筑物、任何高度、任何部位、任何構(gòu)造形式都可以采用背栓點連接花崗石幕墻。背栓點連接花崗石幕墻的背栓僅用作石板材與連接件的緊固件，這樣連接件可按需要靈活設(shè)計，而鋼銷式，短槽式，通槽式的鋼銷（鋼鉤）既和橫梁（立柱）連接，又和石材連接，它的使用部位和方法帶有很大局限性，背栓點連接方法為石材幕墻和玻璃（金屬）幕墻組合成組合幕墻創(chuàng)造了條件，即在同一立柱上可左面安裝玻璃幕墻，右面安裝石材幕墻，在同一橫梁上，可上面安裝玻璃幕墻

2、，下面安裝石材幕墻。背栓點連接花崗石幕墻已有二十多年歷史，我國在二十世紀(jì)九十年代開始使用。1998年建成的上海中銀大廈（浦東國際金融大廈）高235m，+139m以下采用了背栓點連接花崗石幕墻，復(fù)蓋主體結(jié)構(gòu)表面15000m2，花崗石幕墻（其構(gòu)造型式為凸梯形與凸矩形組合）展開面積22000m2，使用了約3萬塊花崗石，6萬個背栓，花崗石尺寸為（H×B）2.05m×0.3m，花崗石幕墻最高點為139m。1999年建成的上海交銀大廈采用的背栓點連接花崗石幕墻最高標(biāo)高達(dá)196m，全國還有很多工程采用了背栓點連接花崗石幕墻，總用量超過100萬m2。“實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，在建造這些

3、幕墻時，除按慣例進(jìn)行風(fēng)壓變形，空氣滲透，雨水滲漏三項物理性能檢測外，還對背栓和背栓錨固石材的連接部位進(jìn)行了背栓拉伸試驗，背栓錨固石材的拉拔試驗，背栓錨固的長期（8500h）靜載抗剪、抗拉試驗，背栓錨固的疲勞試驗，以及背栓點連接花崗石幕墻的抗震性能振動臺試驗，積累了大量試驗參數(shù)，證明了背栓點連接花崗石幕墻有很高的可靠性，同時找出了局部構(gòu)造改進(jìn)的方向。下面進(jìn)行詳細(xì)討論：1.背栓拉伸試驗。從調(diào)查資料看出，背栓的材質(zhì)與A2-70不銹鋼螺栓相近，其極限抗拉強(qiáng)度接近700N/mm2，非比例伸長應(yīng)力大于480N/mm2，一顆12mm（8mm、6mm）背栓應(yīng)力截面積為84.3mm2 (36.6mm2、20.1

4、mm2，其極限拉伸強(qiáng)度為59KN(25.6KN、14KN是背栓錨固石材拉拔力的2.5倍10倍,也就是說背栓錨固石材只會是石材沖切破壞，因此只要選對背栓的鋼號就行了。2.錨固件抗拉拔承載能力試驗，從試驗情況看背栓與石材的錨固處全部是石材沖切破壞，破壞狀態(tài)為石材錐度破壞，影響破壞的因素有背栓直徑，背栓錨深，石材本身強(qiáng)度，其中錨深影響最直接，而且當(dāng)錨深等于小于12mm時，承載能力破壞的離散性較大，經(jīng)回歸統(tǒng)計，抗拉拔承載能力按錨深的指數(shù)1.5增長，基材強(qiáng)度對抗拉拔承載能力按指數(shù)0.5增長，6mm背栓連接抗拉拔承載能力為4.5KN8KN，8mm背栓抗拉拔承載能力為5KN10KN，12mm背栓抗拉拔承載能

5、力為6KN12KN。上述為承載能力標(biāo)準(zhǔn)值，即將拉拔試驗結(jié)果進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計，將平均值減去1.645倍標(biāo)準(zhǔn)差，前述錨深12mm離散性較大，其標(biāo)準(zhǔn)差也大，按fK=f-1.645f計算已考慮了離散性，不必再用系數(shù)折減。其設(shè)計值fTV=fK/2.143/2。.對只進(jìn)行了石材抗壓（抗彎）試驗的工程可用應(yīng)力法計算抗剪強(qiáng)度：=P/*h/cos*(D+h*tanfT3、錨固件錨固的長期靜載試驗錨固件長期靜載試驗，測試背栓錨固不同強(qiáng)度的基材在長期靜載下的位移松動及徐變性能，設(shè)計試驗時間為一年（8500H），試驗分長期荷載抗剪試驗和抗拔試驗，抗剪試驗是指背栓在承受荷載抗剪作用下經(jīng)8500H后，對受拉試件做極限拉拔力試

6、驗與未經(jīng)長期荷載試驗的試件作對比，試驗結(jié)果說明抗剪性能良好，除加載初期觀察到較小因裝配間隙位移（0.3mm）外未見其他破壞，在長期抗拉拔試驗中未見破壞和明顯位移。說明背栓與石材的連接即使在長期外荷載下作用也有很大的可靠性。4、錨固件錨固的荷載疲勞試驗，即反復(fù)荷載的疲勞試驗。在正壓300萬次+負(fù)壓300萬次往復(fù)動力載荷耐疲勞度試驗中，對帶尼龍塑料套墊的背栓在栓與孔之間起到三向隔震減震效應(yīng)，在沖擊作用下起到緩沖作用，使背栓錨固連接部位在數(shù)百萬次強(qiáng)勁往復(fù)動力荷載耐疲勞試驗中未見損壞和明顯位移，而單切面背栓由于背栓本身活動，在往復(fù)動力的壓、拉作用下，最差的在126次負(fù)壓破壞，因此可以看出背栓最好要帶尼

7、龍?zhí)讐|，并采用雙切面即背栓與石材要首先緊固。5、抗震試驗華南城建學(xué)院抗震中心、中國建筑科學(xué)研究院、中國水科科學(xué)研究院進(jìn)行多次石材幕墻抗震性能振動臺試驗。試驗結(jié)果表明在地震加速度0.6g以下（相當(dāng)于烈度9.7度）時一切正常，華南城建學(xué)院抗震中心試驗中發(fā)現(xiàn)在0.6g時背栓有松動跡象，0.8g時（相當(dāng)于烈度10度）幕墻掛勾有脫出橫梁的可能，經(jīng)分析是主要是栓孔未按公差要求加工，采用單切面無尼龍?zhí)讐|的背栓，幕墻組件的掛勾與橫梁搭接量小于6mm。其他試驗采用了帶尼龍?zhí)讐|的雙切面背栓，幕墻單元組件掛勾與橫梁搭接高度大于10mm，即使在0.9g（相當(dāng)于烈度10.2度）、層間變位達(dá)到1/54時，背栓點連接花崗石

8、幕墻仍完好無損，而且經(jīng)過抗震試驗的試件背栓與石材錨固處的石材抗拉拔能力與未經(jīng)抗震試驗的試件幾乎沒有區(qū)別。從以上試驗可以看出，背栓式點連接花崗石幕墻在規(guī)范規(guī)定的使用范圍（68度區(qū)）時，可以采用無尼龍塑料套墊的單切面背栓，當(dāng)用于9度區(qū)及9度以上烈度區(qū)時，應(yīng)采用帶尼龍塑料套墊的雙切面背栓。幕墻組件掛勾與橫梁的搭接高度應(yīng)不少于10mm。二、設(shè)計與計算1、構(gòu)造設(shè)計首先要樹立一個概念：背栓是一個緊固件，它把石材和石材幕墻組件中的連接件聯(lián)結(jié)在一起，它屬于可以自由拆卸的緊固件，連接件可按需要即按照每幅幕墻中與石材幕墻相組合的玻璃（金屬）幕墻的構(gòu)造相匹配的構(gòu)造要求來設(shè)計連接件。例如和外插式隱框幕墻（小單元幕墻）

9、相組合時可采用與外插式相匹配的連接件，用背栓將石材固定在外插式付框上。石材與連接件的連接，視石板材尺寸和構(gòu)造要求可采用一個背栓、兩個背栓、四個背栓等。當(dāng)采用一個背栓時，孔一般應(yīng)位于板中心，孔中到板邊距離不大于300mm，板與連接件還應(yīng)采用4個尼龍螺栓頂住板內(nèi)側(cè)，保持板的穩(wěn)定。當(dāng)采用二個背栓時，孔中到板頂邊距離不大于400mm，至側(cè)邊不大于300mm，在背栓兩側(cè)用尼龍螺栓頂住板內(nèi)側(cè)，保持板的穩(wěn)定。當(dāng)采用四個螺栓時，孔中到板邊距離不大于250mm。背栓及孔的構(gòu)造要求如下表： 表1型 號鉆孔直徑錨固深度連接螺栓最大錨固厚度底孔直徑最小板厚FZP11×12M6/3A41112M6313.52

10、0FZP11×12M6/9A41112M6913.520FZP11×15M6/6A41115M6613.528FZP13×15M8/4A41315M8415.528FZP13×15M8/25A41315M82515.535FZP13×20M8/10A41320M81015.535FZP13×21M8w/5A41321M8515.535FZP13×21M8w/20A41321M82015.535FZP11×19M6/6kt/3AL111014M6313.520FZP11×21M6/6kt/4AL111216

11、M6413.520FZP13×24M6/6kt/3AL131519M8315.530FZP13×26M8/6kt/5AL131721M8515.534FZP11×21M6/ES/4AL111216M6413.520FZP13×24M8/ES/4AL131519M8415.530背栓與石材錨固部位的施工質(zhì)量的重要一環(huán)是極限（公差）配合的確定和檢驗，要求孔位偏差±0.5mm，孔距偏差±0.5mm，孔距與孔位偏差之和不得大于±1.0mm，孔徑(68mm+0.4mm、-0.2mm，孔深+0.4mm、-0.1mm，底部擴(kuò)孔直徑

12、7;0.3mm。2.設(shè)計計算A. 一塊板用一個背栓P=qA=（P/t2）*0.5456Ln(0.64L/t+1.062fT 或 =（P/t2）*1.2563lg(0.64L/t+1.062fT u=C×(P×L2/E×t3 表2 LX/LY(LY/LXC1.00.12651.10.13811.20.14781.40.16211.60.17141.80.17692.00.18033.00.1840.1849=P/*h/cos*(D+h*tan式中: LLX、 Ly 中較小者（mm）； t 板厚（mm）；D錨孔直徑（mm）； h錨孔深度（mm）。B. 一塊板用兩個背栓

13、錨固，可簡化為兩端帶懸臂的簡支板計算MA=MB= qa2/2R=qL/2M=qL2/8×14×（a/L）2uC=uD=qaL2/24EI1+6（a/L）2+3（a/L）3u=qL4/384EI5-24（a/L）2=R/*h/cos*（D+h*tan）C 一塊板用四個背栓錨固，按四角支承板計算 =6mqL2/t2 式中： LLX、Ly中較大；m彎距系數(shù)。=（qa/4*1.25）/*h/cos*(D+h*tan表3 彎距系數(shù)表 LX/LYm0500130405501320060013390650136107001384075014080800143508501464090014

14、940950152610001559表4 天然花崗石板強(qiáng)度分級表 Nmm2t等級強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值抗彎強(qiáng)度設(shè)計值fr抗剪強(qiáng)度設(shè)計值ftv彈性模量E線脹系數(shù)泊松比抗壓抗彎MU11011083.71.90.8*1040.8*10-50.125MU13013094.22.1MU150150104.72.31*104MU170170115.12.6MU190190125.62.8MU210210136.13.01.1*104MU230230146.53.3MU250250157.03.5MU270270167.53.8MU2902901784.0例1 MU110級(抗彎強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值8N/mm2花崗石500mm*

15、500*30mm，用背栓11*15M6一個，驗算花崗石抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度。WK=4000N/m2, qEK=336N/m2, 。解：風(fēng)荷載設(shè)計值 W=1.4WK=1.4*4000=5600N/m2地震（作用）設(shè)計值 qE=1.3qEK =1.3*336=437N/mm2荷載（作用）組合設(shè)計值 q=1.0 W+ 0.6 qE =1.0*5600+0.6*437=5862N/mm2石板抗彎截面最大設(shè)計正應(yīng)力值=（P/t2）*0.5456Ln(0.64L/t+1.062=（1466/302）*0.5456ln(0.64*500/30+1.062=3.83N/mm2>3.7N/mm2 或 = （

16、P/t2）*1.2563lg(0.64L/t+1.062=（1466/302）*1.2563lg(0.64*500/30+1.062=3.83N/mm2>3.7N/mm2需改用MU130級(抗彎強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值9N/mm2花崗石fT=4.2N/mm2石板抗剪截面最大設(shè)計剪應(yīng)力值=P/*h/cos250*(D+h*tan250=1466/15/cos250*3.14159*(13.5+15*tan250=1.38N/mm2<1.9N/mm2例2上例條件1000mm*1000*30mm花崗石，背栓11*15M6四個，驗算花崗石抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度。解： 板長寬比 LX/LY=0.7/0.7=1

17、 查彎距系數(shù) mOY=0.1559石板抗彎截面最大設(shè)計正應(yīng)力值=6mqLY石板抗剪截面最大設(shè)計剪應(yīng)力值=qa/4*1.25/*h/cos*(D+h*tan=(5862/4*1.25/(15/cos250*3.14159*(13.5+15*tan25o=1.72N/mm2<1.9N/mm2例3用MU130級(抗彎標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度9N/mm2的花崗石300mm*2050mm*30mm,兩個13*15M8背栓各距板端400mm,WK=3500N/mm2，驗算花崗石抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度。解：石板自重標(biāo)準(zhǔn)值 GK=28000*0.03=840N/m2地震作用標(biāo)準(zhǔn)值 qEK=emaxGK=5*0.08*840

18、=336N/m2 面荷載（作用）組合設(shè)計值 q面=1.4W+0.78 qEK =1.4*3500+0.78*336=5162N/m2線荷載（作用）組合設(shè)計值 q線=b q面=0.3*5162=1549N/m2背栓處支座反力 R1=R2= q線L/2=1549*2.05/2=1588N彎矩M=qL2/81-4(a/L2 =1549*1.252/8*1-4*(0.4/1.252=178.619N/m=178619N/mm石板截面抵抗矩 W=bt2/6=300*302/6=45000mm3石板抗彎截面最大設(shè)計正應(yīng)力值 =M/W=178619/45000=3.97N/mm2<4.2N/mm2石板

19、抗剪截面最大設(shè)計剪應(yīng)力值=R/*h/cos*（D+h*tan）=1585/15/cos250*3.14159*(15.5+15/tan25o=1.37N/mm2<2.1N/mm2 三背栓點連接花崗石幕墻用于復(fù)雜部位連接設(shè)計假設(shè)造型為有五個凸角，三個凹角組成的裝飾線，用背栓將石材緊固在五個連接件上順利完成了裝飾要求，這對鋼銷、鋼勾是無法完成的。四背栓點連接花崗石幕墻的施工要求背栓式干掛石材幕墻是在石材背面鉆成燕尾孔與凸形脹栓結(jié)合然后與龍骨連接，并由金屬支架組成的橫豎龍骨通過埋件連接固定在外墻上。 背栓式外墻干掛石材是近幾年從國外引進(jìn)的施工工藝，它具有以下優(yōu)點：第一，背栓式干掛石材，由于每塊

20、石材均有四個背栓式掛件，每個掛件都均勻承受石材重量且石材掛件與龍骨掛件間接觸面積大，相應(yīng)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性好。因此它可適用于高層和超高層外墻飾面。 第二，背栓式干掛石材，因各個掛件均承載石材重量破裂后石材不易脫落且易于更換。 第三，背栓式干掛石材表面清潔，不易受污染，而且用水泥砂漿粘結(jié)石材表面因受水泥漿侵蝕易變色形成色差。 1、施工準(zhǔn)備1.1 石材選擇 石材幕墻使用的材料應(yīng)符合國家現(xiàn)行產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，要求具右耐侯，耐火和抗風(fēng)化性能。 由于本工程外墻掛石石材用最人，為防止出現(xiàn)色差和供貨能力，由業(yè)主帶隊到相關(guān)廠家進(jìn)行實際考察，確定石材加工廠生產(chǎn)的代號為山東魯灰的火燒花崗巖石材，厚度為25mm。 1.2

21、 外腳手架要求 龍骨安裝階段利用主體圍護(hù)封閉腳手架，掛石安裝階段由于圍護(hù)腳手架離墻30mm左右，無法滿足掛石安裝要求，所以掛石安裝階段采用吊掛腳手架，在9層、12層、16層和21層屋面外伸133鋼管牛腿，鋼管從墻面外伸出1.5米，墻里側(cè)用吊環(huán)將鋼管固定在樓板上，吊掛用16園鋼制作，吊掛安裝要進(jìn)行荷載計算和加荷試驗，確認(rèn)安全后才允許使用。 2、主要分項工程的施工方法與技術(shù)措施2.1 施工工序 2.2 放線定位 將土建方提供的基準(zhǔn)中心線、標(biāo)高線進(jìn)行復(fù)測，無誤后根據(jù)圖紙給出的橫、豎龍骨的位置和軸線放鋼線，定出橫、豎龍骨位置和石材幕墻位置。先由中間向兩端測錄，然后由兩端向中間復(fù)核尺寸。放出的橫、豎龍骨位置線誤差心符合設(shè)計要求。 根據(jù)放線位置，尋找預(yù)埋件，如果預(yù)埋件沒有即補(bǔ)打埋件，補(bǔ)打埋件用一塊10mm厚鋼板和418膨脹螺栓，鉆孔后加環(huán)氧樹脂膨脹螺栓擰緊引并將螺母與螺栓點焊。 2.3 龍骨安裝 從結(jié)構(gòu)上實現(xiàn)先立豎框(正12鍍槽鋼，后上橫框(L50×5鍍鋅角鋼豎框定位后再裝橫框，將能很好的保證橫豎框的直線度和橫框的伸縮縫，安裝順序是先下后上。龍骨安裝完要進(jìn)行全面檢查，尤其是橫、豎框中心線，必須用儀器對橫、豎龍骨進(jìn)行調(diào)整。 2.4 石材掛件的安裝 鋁合金掛件的定位、安裝是可更換背栓式石材幕墻安裝中至關(guān)重要一環(huán)，它位置是準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到石材幕墻