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石材干掛幕墻工藝技術分析
來源:網絡轉載 | 作者:石多多網 | 發布時間: 2020-01-12 | 206 次瀏覽 | 分享到:

  干掛石材幕墻的方法有多種,那么什么方法是比較安全呢?這是需要從石材的整體受力狀態、支撐點的局部受力狀態、抗地震能力和包括消除石材厚度差的安裝工藝性等四個基本方面去分析。以下是用三種不同的干掛方法進行分析對比:

  一、 石材的整體受力狀態

  幕墻干掛的石材要承受風載荷和地震載荷,這兩種載荷都是均布載荷,好的干掛方法就是能夠根據石材工作中的受力特點,給石材選擇最佳受力支撐點,使整塊石材最大受力處所承受的彎矩相對最小,從而能用最薄的石材,因而具有最佳的經濟性和最好的安全性。

  1、雙切面抗震型背栓式。雙切面抗震型背栓式方法可通過有限元(1/5左右)選擇支撐點,也可在設計許可范圍內任意選擇支撐點。而該支撐點在雙切面技術把背部剩余公差切除的緊靠受力,通過無應力柔性連接和不損傷板材強度的內大外小圓孔受力的作用下,使得該技術從建筑力學中的材料力學原理分析為脆性板材連接的最佳方案,使得石材承受均布載荷的最大彎矩值最小,材料所需的抗彎模量最小,因此能選用最薄的石材。而且被專家定為可在任何建筑物、任何高度、任何部位、任何形式、任何地震臺風地區使用。并被大量使石材、瓷板、陶板、玻璃、微晶玻璃、千思板等幕墻。

  2、背槽式。背槽式需要從邊上開一條槽進去,由于開槽會產生槽的底部與端部應力集中,而且槽開的越長應力集中越明顯,從試驗來分析其安全性大大低于所有的干掛工藝,其主要受力依靠環氧樹脂,由于JGJ133在修訂中刪除了粘貼法,是因為幕墻受外界惡劣環境和膠粘壽命的安全問題,而槽切應力問題將造成石材在切槽處承受應力破壞,從按背栓定位點進行試驗中發現一塊1000mm*600mm*30mm的石材,取切割深度為10mm,槽切長度120mm(1/5),上下邊距為200mm(1/5),其抗彎強度相當于18mm的石材板厚。由于該工藝有人也稱為背栓,從安全性考慮必須把它區分開,作為引導性還是在JGJ133《石材與金屬板幕墻工程技術規程》修訂、《石材與人造板幕墻用后切式背栓》、《人造板材幕墻工程技術規程》中放進去了,但對它進行制約。其一、為解決應力影響,總板厚計算應扣除切槽厚度。其二、按四邊支撐計算(按開槽式計算,可見趙西安文章)。廣州白云國際會展中心10多萬平方幕墻,進行了背槽與背栓對比測試---雙切面背栓遠遠勝出,被專家確定采用雙切面抗震型背栓(100萬棵背栓)。

  3、邊槽式。邊槽式是通過四邊或二邊上開槽來支撐,由于該工藝存在著層層受力和抗彎強度差,所以在JGJ133在修訂和《人造板材幕墻工程技術規程》中,對它進行了規定,使其成為單塊受力,而且對其厚度作出了要求,使其造價上升和安裝難度增加。

  二、 支撐點的局部受力狀態

  支撐點的受力狀態從兩方面分析

 ?。?)最大支撐反力——石材整體受的力折算到支撐點的最大反作用力。支撐點的承載能力是否滿足使用條件,雙切面背栓由于采用有限元原理選擇了最佳著力點,為板材1/5處,通過四點、二點、三點支撐連接,由于雙切面技術通過切除板背栓公差,使得石材在承受正壓時以背部支撐點整體受力,因此只需考慮負風壓的承載力,而負壓受錨固深度和倒椎體影響,通常破壞為135°的椎體破壞,故可用抗拉拔試驗方法確定其承載力。由于四點支撐通過有限元力的均分,使板材通過該支撐點得到反力作用,故形成小于一般邊距受力的數倍,使得較薄的板也可用于沿海超高層使用,從而在JGJ133修改中對該技術不限于厚度。

 ?。?)抗疲勞能力??蛊趶姸戎陵P重要。因為長期作用于外墻的石材幕墻其主要破壞于風荷載、靜荷載、動荷載,而我國是多地震多臺風國家,對于長期疲勞的變化造成石材承受的正壓負壓不斷地變化循環,石材承受的實際上是靜、動載荷。從試驗與原理而言,不同材料的連接,抗疲勞強度最好的方法之一是采用有柔性連接的雙切面抗震型錨栓連接,最差的方法之一是用膠粘接(該工藝已被否定用于幕墻)。

  1、背栓式。雙切面背栓由于采用圓體緊靠點支撐,在通過底部空隙技術后,可將背栓植得更深,大大提高負壓值,具有最佳的局部承載力。由于該背栓的柔性連接和緊靠的的鉸接懸掛結構,解決了單切面背栓、背槽、槽式扭彎矩問題和位移問題。所以說,用雙切面背栓支撐,能求出最佳支撐點,最大限度改善石材的受力,使石材承受的彎矩最小,從而能選擇最薄的石材。

  另外,由于石材為脆性材料,一但背栓式石材遭到破壞,是不會掉下來,因為4個支撐點的背栓分別把4大塊石材吊住,而每棵M6背栓的抗剪力就大于400kg的設計值。足以證明該技術的可靠性。

  在抗疲勞強度方面,雙切面背栓通過緩沖墊把石材與掛件夾緊,通過鉸接結構掛在龍骨上,因而具有極佳的抗疲勞能力。按最大風壓值一正一負為一次循環,通過三百萬次循環試驗(可滿足100年風荷載疲勞),試件保持完好。雙切面抗震型背栓實際應用已達7年(1999-2005),在深圳、上海和江浙沿海臺風高發區廣泛應用,經受過許多次強臺風考驗,在重要工程近400個實例使用中無一損壞。

  2、背槽式。從表面來看背槽經側面開槽進入,以板面1/5定位,是很象4點支撐的背栓原理,但只要一經分析和試驗,它與背栓是無法相齊并論,該技術由于受切槽影響,從而使板材受到槽底和端口應力影響,造成板材的強度下降,故在扣除其切槽原度的同時,還需套用邊槽公式才能滿足,還有其抗扭應力主要依賴于膠的安全問題。

  其疲勞強度更需要認真考慮。因為背槽件與石材是用膠粘結固定的,膠會隨著時間的流逝而粘結力下降(石材幕墻不允許膠接受力)。

  3、邊槽式。目前的邊槽式多為在石材邊上開條通槽或半圓槽,用T型板扣住槽邊。這種安裝方式在石材安裝時就形成了層層受壓,石材成了墻體,幕墻越高壓力越大,其T型板處的彎曲應力也越大,致使工程存在安全隱患和出事。因此這種方法改進,目前修訂版的JGJ133就規范了該層層受力問題。
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  三、抗變形能力

  當地震和臺風發生時,建筑物會發生變形(層間位移),因此石材幕墻必須考慮抵御變形的能力。也就是說石材幕墻與建筑物的連接要求位移量大于1/180,其單塊石材能獨立位移,才能避免被擠壓破壞,一般地震試驗大于1/100。

  1、雙切面背栓式。石材通過背栓鉸接掛到幕墻龍骨上,石材與固定在建筑物上龍骨的連接是柔性的,能夠很有效地避免建筑物層間位移對石材的擠壓。再加上石材與背栓、石材與掛件和掛件與龍骨的連接都有緩沖墊,能大大減少震動對脆性石材的沖擊,因此被國家定名 “抗震型”。

  2、背槽式。由于該工藝主要靠膠來承載扭應力和剪應力,而石材幕墻由于膠粘技術問題而被刪,因此無法確定其安全可靠性3、邊槽式。T型槽式是通過上下半圓槽的石材,通過槽內注膠來固定。這種方式由于上下石材無法通過位移通在震動較大時容易發生四邊的勾板與石材、石材與石材之間的擠壓破壞,防震性能差。

  四、 消除石材厚度差和安裝的工藝性

  加工石材一般根據國家標準允許有的厚度±公差,而公差又分光板、毛面板、石材等級。能否消除這個公差的影響,保證石材墻面的平整度,容易安裝調整,大量減少安裝調整的工作量,是判斷石材干掛方法優劣的主要指標之一。

  1、背栓式??赏ㄟ^高精確拓孔機械以石材裝飾面通過雙切面拓孔將公差同時切除,使石材背面的切面到裝飾面的厚度為一常量。后面連接的緩沖墊和掛件都是用模具生產的,也就是說,石材飾面到幕墻龍骨托件的距離是一固定值,不受石材厚度公差的影響。只要調準龍骨上的托件(定好基準后整個面的托件一起調),一塊塊掛上去的石材就能保證有很高的平整度,而在窗口、柱、門邊只需將邊板連在主板可一氣完成(邊板無需龍骨)。而且在裝好后能夠方便地再進行單塊石材的調整和任意拆裝,能夠在裝好的整幅石幕墻上任意互換石材的安裝位置非常方便,由于受壓和抗震能力較強,亦適用于超大規格板塊使用。

  對于超出公差范圍偏薄的石材,通過許可加個墊片就能做到石材飾面到幕墻龍骨托件的距離一致,可以用于受力較小的部位。因為背栓埋深范圍一般為4.5mm~25mm,約占石材厚度的60%~75%。石材偏薄一點對其支撐承載力減弱的百分比較小。這樣,在向石材供應商索賠的同時,不影響安裝質量和工程進度。

  2、背槽式。是以鋁背槽件的底到石材飾面的距離為標準,如果要解決石材的公差問題,該背槽可通過裝飾面以埋深的減少和增加,也能做到消除石材公差,但是對于偏薄的石材該背槽件埋進石材背面很淺,膠結力減小而應力就更集中,而過厚則開槽過深則會加重該槽扭剪應力影響和安裝困難,由于承壓計算安全考慮,一般適用板塊較小和較低處使用。

  3、邊槽式。不能消除石材的公差,只能在安裝時逐塊石材調整,然后打膠固定。再加上石材比用背栓式的要厚要重,安裝調整的工作量很大,工時成本高。而且裝上后就不能再調整和卸下。

  綜合上述四個方面對比分析可知

  邊槽式受結構原理的限制,導致抗位移變形能力差,支撐點局部承載力低,要用很厚的石材,安裝費力費時。用這種方法做的幕墻不能用大分格尺寸的石材,其主要原因就是抗彎度和抗變形較差和層層受壓,針對這種類型的干掛方式的安全隱患,國家已對JGJ133進行了修改,將T型的雙面扣件改為L型單面扣,以每塊為一單元扣于龍骨,并且采用高承載力的龍骨改變層層受壓。

  背槽式是從背卡原理中演變而成,而是把一只很薄0.6mm的不銹鐵,而改進點是達到鋁材厚度符合國家規范3mm,不足之處:應力集中、石材需加厚(例火燒板國標28mm+開槽10mm=38mm)、膠粘壽命等。

  從力學的角度分析,雙切面抗震型背栓式幾乎是完美的:能選擇最佳受力支撐點,使石材在相同條件下受力最小,支撐點承載力能夠發揮石材本身的最大效用,耐疲勞強度優異,抗震能力極強,能使用其它方法不能的最薄的石材,有很高的安全性(壽命大于100年)。

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