金屬石材實(shí)用技術(shù)c04第一章

1、概 論建筑幕墻是由幕墻支承結(jié)構(gòu)體系與幕墻面板組成的建筑外圍結(jié)構(gòu)，根據(jù)建筑幕墻使用的面板材料，可分為玻璃幕墻、金屬幕墻、石材幕墻等。實(shí)際應(yīng)用上，尤其是大型工程項(xiàng)目中，往往采用組合幕墻，即在同一工程中同時(shí)采用玻璃、金屬、石材等作為幕墻的面板。2003年我國建筑幕墻已達(dá)到900萬m2，其中采用玻璃面板的約占60%，即約550萬m2左右，金屬（石材）面板約占40%，即約350萬m2左右。90年代中期，金屬（石材）面板（40萬m2）占建筑幕墻面板不到10%，2003年上升到40%（10年時(shí)間絕對(duì)用量翻了近四翻）。而且使用金屬（石材）幕墻建筑的高度也在不斷提升，一個(gè)工程的金屬（石材）幕墻的用量紀(jì)錄也在不斷

2、刷新。上海浦東國際金融大廈背栓式花崗石幕墻安裝高度（最高點(diǎn)）為139米，深圳時(shí)代廣場大廈通槽式石材幕墻高達(dá)170米，上海交銀大廈背栓式花崗石幕墻安裝高度（最高點(diǎn)）為196米，廣州合銀大廈石材幕墻最高點(diǎn)達(dá)220米，上海銀行更高達(dá)230米，東莞行政中心一個(gè)工程使用石材幕墻10萬m2。用脆性材料做面板的石材幕墻，其自重較大，又是天然材料、材質(zhì)變化大，對(duì)其安全使用人們有種種疑慮，個(gè)別人稱它為“隱藏在城市上空的重磅定時(shí)炸彈”。趙西安教授在答建筑知識(shí)記者提問時(shí)指出：“石材幕墻的設(shè)計(jì)與施工都比較復(fù)雜，但是不能說工作難度大的、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)就一定不如簡單的、容易的安全。”“四川倒塌了幾座小橋，與這些小橋相比，長江

3、大橋的設(shè)計(jì)、施工要復(fù)雜得多，但長江上七座大橋都很安全，所以不能簡單地認(rèn)為凡是復(fù)雜的東西就一定比簡單的東西安全性差。只要我們把握好材料、設(shè)計(jì)、施工等各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，其安全性是完全能夠保證的?！鄙鲜龉こ淌哪粔ǔ珊?，都經(jīng)歷了若干次臺(tái)風(fēng)考驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)損壞。1999年9914號(hào)臺(tái)風(fēng)在廈門登陸，氣象部門測得的瞬時(shí)風(fēng)速為每秒46米，臺(tái)風(fēng)中心在廈門地區(qū)滯留8小時(shí)，市區(qū)7萬株行道樹折倒，廣告牌幾乎全都掉落，公共汽車候車亭近9成損壞，而廈門市的建筑幕墻(含石材、玻璃、金屬板等面板)基本完好。只有少數(shù)玻璃受外界物體撞擊破壞，如稅保大廈被從對(duì)面中閩大廈、中信惠揚(yáng)大廈工地刮來的石子、磚塊打破幾塊玻璃，部分開啟扇沒有關(guān)

4、好及鎖扣質(zhì)量問題而被掀落；國貿(mào)大廈和電力大廈建筑邊角部有幾塊（2700mm1100mm和2997mm1300mm）鋁板因固定耳子的螺釘拔出和板孔邊撕裂而使鋁板卷曲破壞；大華銀行39層（130m高）樓頂廣告牌上四塊復(fù)合鋁板被撕毀，也是由于螺釘拔出、板孔邊撕裂造成的；廈門會(huì)展中心工地400噸塔吊塔身攔腰折斷，而幾萬m2石材幕墻未發(fā)現(xiàn)損壞。經(jīng)過近二十年的實(shí)踐，我們積累了大量的試驗(yàn)資料和施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，遵照陳云同志 “不唯上、不唯書、只唯實(shí)” 的教導(dǎo)，對(duì)經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)證明是正確的東西，我們就要大力宣傳，同時(shí)對(duì)工程實(shí)踐中提出的問題，通過科學(xué)試驗(yàn)來檢驗(yàn)它，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來評(píng)價(jià)它，對(duì)實(shí)驗(yàn)中暴露出的問題和薄弱環(huán)節(jié)采

5、取措施克服它。上海同濟(jì)大學(xué)顏德恒教授為我們作出了榜樣，當(dāng)90年代初“隱框玻璃幕墻定時(shí)炸彈”論甚囂塵上時(shí)，她和她的研究生馬錦明、馬彩霞進(jìn)行了隱框玻璃幕墻抗震性能振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明隱框玻璃幕墻具有良好抗震性能，使“定時(shí)炸彈論”失去了市場，為我國幕墻技術(shù)的發(fā)展作出了重大貢獻(xiàn)。建筑幕墻石材面板安裝，最初采用鋼銷式或槽勾式，勾的型式從T型勾、蝶式勾發(fā)展到L型勾（SE型勾），實(shí)際工程使用結(jié)果表明這些連接方式有一定的可靠性，但也有其局限性，尤其在水平與垂直交角部位、垂直折線轉(zhuǎn)角部位上不能達(dá)到理想的連接。后切式背栓點(diǎn)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

6、大廈（浦東國際金融大廈）高235m，+139m以下采用了后切式背栓點(diǎn)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(gè)背栓，花崗石尺寸為（HB）2.05m0.3m；1999年建成的上海交銀大廈采用的后切式背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻最高標(biāo)高達(dá)196m；中組部后切式背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻花崗石尺寸為（HB）2m2.7m，單塊板重600Kg，全國還有很多工程采用了后切式背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻。 “實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，在建造這些幕墻時(shí)，除進(jìn)行風(fēng)壓變形、空氣滲透、雨水滲漏三項(xiàng)物理性能檢測外，還對(duì)背栓和背栓錨固石材

7、的連接部位進(jìn)行了背栓錨固石材的拉拔試驗(yàn)，背栓拉伸試驗(yàn)，背栓錨固的長期（8500h）靜載抗剪、抗拉試驗(yàn)，背栓錨固的疲勞試驗(yàn)，以及背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻的抗震性能振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，積累了大量試驗(yàn)參數(shù)，證明了背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻有很高的可靠性，同時(shí)找出了局部構(gòu)造改進(jìn)的方向。1.錨固件抗拉拔承載能力試驗(yàn)。從試驗(yàn)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(shí)，承載能力破壞的離散性較大，經(jīng)回歸統(tǒng)計(jì)，抗拉拔承載能力按錨深的指數(shù)1.5增長，基材強(qiáng)度對(duì)抗拉拔承載能力按指數(shù)0.5增長，6mm背栓連接抗拉

8、拔承載能力為4.5KN8KN，8mm背栓抗拉拔承載能力為5KN10KN，12mm背栓抗拉拔承載能力為6KN12KN。 2.背栓拉伸試驗(yàn)。背栓用A2-70不銹鋼制造，一顆12mm（8mm、6mm）背栓應(yīng)力截面積為84.3mm2 (36.6mm2、20.1mm2)，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(huì)是石材沖切破壞。3、錨固件錨固的長期靜載試驗(yàn)。錨固件長期靜載試驗(yàn)，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(dòng)及徐變性能，設(shè)計(jì)試驗(yàn)時(shí)間為一年（8500H），試驗(yàn)分長期荷載抗剪試驗(yàn)和抗拔試驗(yàn)，抗剪試驗(yàn)是指背栓在承受荷載抗剪作

9、用下經(jīng)8500H后，對(duì)受拉試件做極限拉拔力試驗(yàn)與未經(jīng)長期荷載試驗(yàn)的試件作對(duì)比，試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)，即反復(fù)荷載的疲勞試驗(yàn)。在正壓300萬次、負(fù)壓300萬次往復(fù)動(dòng)力載荷耐疲勞度試驗(yàn)中，對(duì)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(dòng)力荷載耐疲勞試驗(yàn)中未見損壞和明顯位移，而單切面背栓由于背栓本身活動(dòng)，在往復(fù)動(dòng)力的壓、拉作用下，最差的在

10、126次負(fù)壓破壞，因此可以看出背栓最好要帶尼龍?zhí)讐|，并采用雙切面背栓。5、抗震試驗(yàn)。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(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。華南城建學(xué)院抗震中心1998年對(duì)鋼銷式、通槽式、短槽式、背栓式五種連接方式石材幕墻試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明在地震加速度0.6g（相當(dāng)于烈度9.6度）以下時(shí)一切正常，在地震加速度0.6g時(shí)，通槽T形勾2塊有輕微裂縫（圖1-1），短槽T形勾1塊有輕微裂縫（圖1-2）。在地震加速度0.6g時(shí)，背栓有松動(dòng)跡象，在地震加速度0.8g時(shí)（相當(dāng)于烈度10度），幕墻一個(gè)上部掛勾脫出橫梁（圖1-3），經(jīng)分析是主要是栓孔未達(dá)到公差精度要求，幕

11、墻組件的掛勾與橫梁搭接量小于3mm。根據(jù)試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，改進(jìn)掛勾與橫梁搭接設(shè)計(jì)，即增加兩者搭接量（5mm）（圖3-68b），并用硅酮密封膠填縫（使掛勾可在槽內(nèi)活動(dòng)），1999年進(jìn)行試驗(yàn)，在地震加速度0.9 g、位移1/60時(shí)，幕墻完好無損。2001年單元式通槽連接石材幕墻試驗(yàn)結(jié)果，在地震加速度0.8g、位移1/150時(shí)，幕墻完好無損。中組部2m2.7m后切式背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻，在地震加速度1.0g、位移1/100時(shí)，后切式背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻仍完好無損。而且經(jīng)過抗震試驗(yàn)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(yàn)的試件幾乎沒有區(qū)別。 圖1-1 圖1-2 a 正常狀態(tài) b 抗震試驗(yàn)，

12、0.8g振動(dòng)后，上部一個(gè)掛勾脫出橫梁 圖1-3用后切式背栓點(diǎn)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，它開辟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)造形式都可以采用后切式背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻。后切式背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻的背栓僅用作為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(jì)，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，后切式背栓點(diǎn)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

13、墻，在同一橫梁上，可上面安裝玻璃幕墻，下面安裝石材幕墻。天然石材是我國傳統(tǒng)外裝修材料，且資源豐富，2003年我國出口石材974萬噸（13.65億美元），進(jìn)口340萬噸(5.86億美元)。現(xiàn)在幕墻石材面板從傳統(tǒng)的天然花崗石板，擴(kuò)大到砂巖、凝灰?guī)r（黃洞石）等低強(qiáng)度天然石材，微晶玻璃和瓷板也已大規(guī)模應(yīng)用。金屬板做建筑幕墻面板有其獨(dú)特的優(yōu)勢，金屬板材料強(qiáng)度高，伸長率大，可以加工成各種形狀的面板，且其重量輕、抗變形能力強(qiáng)，具有優(yōu)良的抗震性能。金屬板表面處理方法很多，色彩可以任意挑選，還可做成仿木紋、仿花崗（大理）石紋的表面，代替石（木）材裝修外表面。廈門9914號(hào)臺(tái)風(fēng)中幕墻金屬面板破壞情況與歷次風(fēng)壓變形

14、試驗(yàn)結(jié)果，都說明金屬板面板與幕墻框架連接構(gòu)造細(xì)部設(shè)計(jì)是非常重要的，是目前幕墻金屬面板設(shè)計(jì)安裝中的薄弱環(huán)節(jié)，也是導(dǎo)致幕墻金屬面板失效的主要原因，幕墻金屬面板設(shè)計(jì)、安裝時(shí)特別要注意以下兩點(diǎn)：折邊、耳子上開孔的位置要保證孔中心至構(gòu)件邊緣的距離：順內(nèi)力方向不小于2d（孔徑）；垂直內(nèi)力方向不小于1.5d。耳子用螺栓（螺釘）固定在鋁框上（即以鋁框作螺母）時(shí)，鋁材壁厚不小于螺栓（螺釘）直徑，并驗(yàn)算螺母抗剪強(qiáng)度，要求螺栓、螺釘和螺母的極限公差達(dá)到6g（6H）級(jí)；用自攻螺釘時(shí)，要嚴(yán)格檢查開孔的最大孔徑和最小孔徑，符合要求后再攻入螺釘，如果開孔直徑不符合要求的堅(jiān)決報(bào)廢。也有人擔(dān)心鋁板的防雷性能問題，德國ALUSUISSESINGEN GMBH公司在慕尼黑一軍事學(xué)院國家實(shí)驗(yàn)室，對(duì)3mm純鋁板、4mm厚ALUCOBOND平板、4mm厚ALUCOBOND（銑槽后）折邊板、10mm厚ALUCORE全鋁蜂窩板進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果證明，按目前采用的鋁板和金屬框架連接方法，并且該金屬框架與建筑物防雷接地系統(tǒng)有可靠連接，不論單層鋁板、復(fù)合鋁板或蜂窩鋁板完全可以防雷擊，不用擔(dān)心復(fù)合鋁板由于只有0.5mm厚的鋁面板無法將雷擊時(shí)產(chǎn)生的巨大電流通過金屬框架導(dǎo)入地面。在鋁板用于幕墻面板的幾十年間也無遭雷擊破壞的報(bào)告