石材幕墙深化设计论文

【摘要】目前幕墙干挂石材设计，设计单位通常只提供立面分格形式和少量节点图，其细致程度无法达到依图施工的程度，由于施工单位技术水平的参差不齐，石材及干挂体系的选择和确定均依据日常的施工经验进行，很有可能造成强度不足的危险隐患或强度过大的材料浪费。下面是小编为大家整理的《石材幕墙深化设计论文(精选3篇)》相关资料，欢迎阅读！

石材幕墙深化设计论文 篇1：

石材幕墙的深化设计

石材幕墙的深化设计通常根据建设单位提供的图纸及要求,来确定石材的分格尺寸、颜色、材质、嵌缝材料等，并绘出石材立面图及节点详图。根据图纸进行相关的力学计算，确定石材的干挂方式及龙骨体系、埋件、连接件等的尺寸规格。在有条件的情况下，对计算结果进行现场的力学性能试验.以确保石材幕墙的安全性。

1. 石材的选择

石材的选择，应根据建筑设计师对幕墙分格形式及材质颜色等建筑效果的要求，向建设方提供石材样本，以协助其尽快确定所用石材。通常要应依据所掌握的石材资料，重点考虑拟用石材的表面特征、颜色和纹理等技术性能指标。尽管石材供应商已给出了石材的物理性能指标，但石材作为一种天然材料其物理性质变化很大，因此必须重新确认，以便为石材的设计确立相应的设计指标。

2. 干挂方式的选择

石材的干挂方式有钢销式、通槽式、短槽式、背栓式等几种形式，较常用的有短槽式和背栓式两种，比较而言，短槽式成本较低但安全性不如背栓式，通常用于石材重量不太大或安全系数要求不太高时；背栓式干挂牢靠稳定，但成本较高，用于较大块石材（厚度30mm时石材面积大于1.5m2）或对石材安全性能要求较高时。

3. 石材及干挂体系的力学计算

首先确定幕墙所受的荷载及作用形式，然后确定石材的干挂方式，进而确定石材板块的计算模型，进行受力安全性计算，最后根据干挂体系所受荷载值确定干挂体系的构造形式和所用挂件、连接件、埋件及横竖龙骨的规格尺寸。石材及其干挂体系的设计应符合国家行业标准《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133－2001的要求。

3.1荷载的确定

計算时通常考虑材料的自重、所受风荷载及地震荷载，并根据荷载作用方式对其进行组合。对某些特殊的建筑物，设计说明书中对相应荷载计算取值会有特殊要求，在计算时应和规范对照取其最大值。对干挂体系进行计算时，应根据刚体的力的传递的特性，确定其所受荷载进行力学计算。对一些荷载不易确定时，可通过模拟试验来确定其大小。

3.2石材的计算

石材的计算主要包括石材自身的抗弯计算和石材与挂件销钉连接处的抗剪计算。有时还应计算石材的热裂应力。计算方式与石材的干挂方式有关，本文以背栓式干挂石材固定体系来说明。石材板所受荷载包括水平向的风荷载和地震荷载，竖向的地震荷载和石材自重。以及温度变化产生的热裂应力。背栓式干挂石材典型的安装体系是通过上下各2组（共4组）挂件将石材固定，其中石材上边两组挂件起支承石材重量及在垂直于石材平面的方向上约束石材的作用，下边的两组挂件只是在垂直于石材平面的方向上起约束石材的作用。对石材进行抗弯计算时，应按四点支撑板计算其应力。所得最大弯曲应力设计值不应超过石材板的抗弯强度设计值；对背栓挂件在石材板上产生的剪应力进行抗剪计算时，根据相应的经验公式进行计算，石板所受剪应力标准值不大于板材抗剪强度设计值。应注意的是，竖向剪应力只有上排的两组挂件承担，而不是由全部四组挂件共同承担。

3.3干挂体系的设计

在石材幕墙工程中，石材干挂体系的设计一般由施工单位独立完成，由于幕墙作为悬挂体系的特性，干挂体系的设计决定着幕墙的结构安全，应得到足够的重视。

干挂石材体系力的传递

板材中的最大应力可通过简化计算方法或有限元程序计算得出。值得强调的是有些特殊的石材由于其独特的纹理特性而使石材在沿板长及板高方向的强度具有明显的差异，须分别对这两个不同的强度方向进行计算。另外，在计算石材于某一点达到某方向的最大应力的同时，必须计算其在垂直方向上的应力。

3.4石材板块自身的抗弯验算

对于各向异性的石材，石材板块姿势的抗弯验算分为两种情况。一是石材板块中发生最大弯曲应力的点在另一方向上的应力为零，只要此最大应力小于对应方向上的石材允许应力则石材板块自身的抗弯性能满足要求，反之则不满足。二是石材板块中发生最大弯曲应力的点在另一方向上的应力不为零，则验算时也应该同时考虑此应力。

4. 石材物理性能试验

在为一个工程项目的石材做试验建立设计指标时，必须取能代表所用石材的试样，或者直接从将要用于建筑物的石材中挑选试样。干挂石材的物理性能主要包括弯曲强度、断裂模量、压缩强度、吸水率及体积密度，这些指标均可通过标准试验方法获得，而相应的标准中都有指定的最小物理性能指标。

5. 现场受力性能试验

干挂石材理论计算的模型毕竟与现场时常的实际受力情况有所不同，为验证理论计算结果的准确性，必须在施工现场按拟采用的干挂石材的固定体系固定石材，对其逐步施加设计规定的荷载并观察记录其整体受力性能。最后按试验对力学计算结果进行分析和研究，以确保干挂石材在实际使用过程中确实具有相当的安全度。

6. 施工图设计

干挂石材施工图设计的依据为：建筑平面图、立面图、节点大样图、其他专业需与干挂石材配合的有关图纸及其他要求和干挂石材的计算书。施工图设计必须做到既满足建筑师的要求，又要与现场的实际情况相吻合，施工图设计主要包括石材的安装立面图设计、石材节点大样图设计、石材的加工详图设计等。

6.1安装立面图设计：根据建筑立面图的板块分格要求，在各立面上将不同形状或不同尺寸的石材分别独立编号，编号应确保唯一并方便实用，所设计的石材安装立面图应清洗表达出各立面上所有不同种类的石材板块。

6.2石材节点大样图设计：对建筑物的拐角、窗口、屋檐、及其它复杂部位石材的形状、尺寸及连接方式，应单独设计干挂石材节点大样图，以表明这些部位石材的实际情况。

6.3石材加工详图设计：石材安装立面图及节点大样图经建筑师批准后，即可按石材立面图分格及节点大样图进行加工详图设计，该详图即通常所说的石材加工单。在确定干挂石材的具体形状及加工尺寸时，须反复核实以确保万无一失（尤其在采用较为昂贵的进口石材时）以免造成巨大的经济损失。

作者：白金冶 程慧俊

石材幕墙深化设计论文 篇2：

论石材幕墙的深化设计

【摘要】目前幕墙干挂石材设计，设计单位通常只提供立面分格形式和少量节点图，其细致程度无法达到依图施工的程度，由于施工单位技术水平的参差不齐，石材及干挂体系的选择和确定均依据日常的施工经验进行，很有可能造成强度不足的危险隐患或强度过大的材料浪费。本文根据石材幕墙工程施工及设计的工程实践，从石材、龙骨、挂件的材料的选择、物理实验性能、力学计算、模拟实际情况的现场受力性能实验、施工图设计等各个阶段，介绍干挂石材的全过程设计。？

【关键词】石材；幕墙；结构设计

石材幕墙的深化设计通常根据设计方提供的图纸确定石材的精确分格尺寸、颜色、材质、嵌缝材料等，并绘出尺寸详尽的石材立面图及各复杂部位的节点详图，然后依各单块石材的重量、尺寸及抗震、抗风压等各项要求，进行相关的力学计算，确定石材的干挂方式及龙骨体系、埋件、连接件等的尺寸规格。并在有条件的情况下，对计算结果进行现场的力学性能试验，以确保石材幕墙的安全性。

1.石材的选择

对于深化设计而言，应配合设计单位和建设方的工作，根据设计方对幕墙分格形式及材质颜色等建筑效果的要求，向建设方提供各种石材样本，以协助其尽快确定所用石材。通常要在对几种石材的选择中，应依据所掌握的石材资料，重点考虑拟用石材的表面特征、颜色和纹理等技术性能指标。尽管石材供应商已给出了石材的物理性能指标，但石材作为一种天然材料其物理性质变化很大，因此必须重新确认，以便为石材的设计确立相应的设计指标。

2.干挂方式的选择

石材的干挂方式有钢销式、通槽式、短槽式、背栓式等几种形式，较常用的有短槽式和背栓式两种，其悬挂方式如图1所示，比较而言，短槽式成本较低但安全性不如背栓式，通常用于石材重量不太大或安全系数要求不太高时；背栓式干挂牢靠稳定，但成本较高，用于较大块石材（厚度30㎜时石材面积大于1.5㎡）或对石材安全性能要求较高时。

3.石材及干挂体系的力学计算

首先确定幕墙所受的荷载及作用形式，然后确定石材的干挂方式，进而确定石材板块的计算模型，进行受力安全性计算，最后根据干挂体系所受荷载值确定干挂体系的构造形式和所用挂件、连接件、埋件及横竖龙骨的规格尺寸。石材及其干挂体系的设计应符合国家行业标准《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001的要求。

3.1荷载的确定

计算时通常考虑材料的自重、所受风荷载及地震荷载，并根据荷载作用方式对其进行组合。其相应分项系数及组合系数都应严格按规范要求取用，对某些特殊的建筑物，设计说明书中对相应荷载计算取值会有特殊要求，在计算时应和规范对照取其最大值。对干挂体系进行计算时，应根据刚体的力的传递的特性，确定其所受荷载进行力学计算。有时。一些荷载不易确定时，可通过模拟试验来确定其大小。

3.2石材的计算

石材的计算主要包括挂板板块自身的抗弯计算和挂板与挂件销钉连接处的抗剪计算。有时还应计算石材的热裂应力。计算方式与石材的干挂方式有关，本文以背栓式干挂石材固定体系来说明。石材板所受荷载包括水平向的风荷载和地震荷载，竖向的地震荷载和石材自重。以及温度变化产生的热裂应力。背栓式干挂石材典型的安装体系是通过上下各2组（共4组）挂件将石材固定，其中石材上边两组挂件起支承石材重量及在垂直于石材平面的方向上约束石材的作用，下边的两组挂件只是在垂直于石材平面的方向上起约束石材的作用。对石材进行抗弯计算时，应按四点支撑板计算其应力。其计算边长a0、b0如图2所示。所得最大弯曲应力设计值不应超过石材板的抗弯强度设计值 ；对背栓挂件在石材板上产生的剪应力进行抗剪计算时，一般根据相应的经验公式进行计算，要求石板所受剪应力标准值 不大于板材抗剪强度设计值。应注意的是，竖向剪应力只有上排的两组挂件承担，而不是由全部四组挂件共同承担。

3.3干挂体系的设计

在石材幕墙工程中，石材干挂体系的设计一般由施工单位独立完成，由于幕墙作为悬挂体系的特性，干挂体系的设计决定着幕墙的结构安全，有着特殊的重要性，而又因为其属于隐蔽工程，尤其应得到足够的重视。

①干挂石材体系力的传递

板材中的最大应力可通过简化计算方法或有元程序计算得出。值得强调的是，有些特殊的石材由于其独特的纹理特性而使石材在沿板长及板高方向的强度具有非常明显厂的差异，须分别对这两个不同的强度方向进行计算。另外，在计算石材于某一点达到某方向的最大应力的同时，必须计算其在垂直方向上的应力。

②石材的允许应力

根据前述石材物理性能试验，可得到相应的石材强度指标。通常用于建筑物干挂石材的有花岗岩、大理石和石灰石等，根据各种石材特有的性能特征及施工經验在对上述石材进行力学计算是采用的安全系数应有所不同。美国各种石材的工业协会对于相应的石材都给出了推荐使用的安全系数。如对于石灰石，美国石灰石行业推荐的设计安全系数值为8。用实验的出的石材弯曲强度及压缩强度除以相应的设计安全系数，即可得到时常的允许应力。

3.4石材板块自身的抗弯验算

对于各向异性的石材，石材板块姿势的抗弯验算分为两种情况。一是石材板块中发生最大弯曲应力的点在另一方向上的应力为零，只要此最大应力小于对应方向上的石材允许应力则石材板块自身的抗弯性能满足要求，反之则不满足。二是石材板块中发生最大弯曲应力的点在另一方向上的应力不为零，则验算时也应该同时考虑此应力。这时可以应用内摩擦理论，设一个方向为X，另一个垂直的方向为Y，在满足下列公式时，则石材板块自身的抗弯性能满足要求，反之则不满足。

3.5销钉孔处石材的抗剪验算

先根据销钉孔的深度、石材板块的厚度等几何参数算出销钉孔处的深度、石材板块的厚度等几何参数反之则不满足。

4.石材物理性能试验

在为一个工程项目的石材做试验建立设计指标时，必须取能代表所用石材的试样，或者直接从将要用于建筑物的石材中挑选试样。干挂石材的物理性能主要包括弯曲强度、断裂模量、压缩强度、吸水率及体积密度，这些指标均可通过标准试验方法获得，而相应的标准中都有指定的最小物理性能指标。

5.现场受力性能试验

干挂石材理论计算的模型毕竟与现场时常的实际受力情况有所不同，为验证理论计算结果的准确性，必须在施工现场按拟采用的干挂石材的固定体系固定石材，然后对其逐步施加设计规定的荷载并观察记录其整体受力性能。最后按试验对力学计算结果进行分析和研究，以确保干挂石材在实际使用过程中确实具有相当的安全度。

6.施工图设计

干挂石材施工图设计的依据为：建筑平面图、立面图、节点大样图、其他专业需与干挂石材配合的有关图纸及其他要求和干挂石材的计算书。施工图设计必须做到既满足建筑师的要求，又要与现场的实际情况相吻合，施工图设计主要包括石材的安装立面图设计、石材节点大样图设计、石材的加工详图设计等。

作者：秦雅鹏

石材幕墙深化设计论文 篇3：

单元式幕墙深化设计案例分析

摘要：为满足业主在品质和工期上的要求，越来越多的办公楼采用单元式幕墙。单元式板块在工厂内生产、加工、组装完成，可充分确保板块加工的质量和进度，极大的提高工地的安装效率和安装精度，同时其特点可较好的适应建筑及结构变形要求。文章介绍某工程单元式幕墙深化设计过程，包括结构、立柱、水槽料、支座、抗弯抗扭、防水设计与建筑位移和热工位移的容纳等内容，以期和各位幕墙设计同行进行交流。

关键词：单元式幕墙；立柱；结构；水槽料；支座

1工程概述

某拟建项目是地标性建筑，三栋办公楼塔楼标准层高4.3m，单元宽度模数为1.5m。

其外立面的半隐框单元式幕墙在现代建筑中具有代表性意义。采用横滑型单元式幕墙设计，竖明横隐半隐框形式，由标准层单元（玻璃单元板块）和避难层单元（铝合金百叶单元板块）组成，半隐框单元式幕墙标准节点效果图见图1。主要分布于办公楼塔楼东、南、西、北立面大面位置。下文旨在通过对该项目幕墙的分析，形成一个比较系统的单元式幕墙概念和有一定借鉴意义的深化设计管理经验。

图1半隐框单元式幕墙标准节点效果图

2幕墙系统深化设计

2.1结构设计

2.1.1竖向铝合金装饰条设计

深化点一：

原设计：

（1）竖向铝合金装饰条由五种铝型材组成，其中有三种型材截面最大尺寸超过350mm,最大达386mm,而大多数铝型材生产厂家，最大型材截面生产尺寸通常都小于350mm，型材生产困难,成本会大幅增加。

竖向铝合金装饰条组件（原设计）

竖向铝合金装饰条组件效果图（原设计）

深化设计：

（2）竖向铝合金装饰条由五种铝型材减为四种型材组合，铝型材外型尺寸均小于220mm，满足铝型材生产要求,节约了铝型材开模费用。由于铝型材外型尺寸减小，型材壁厚也可相应减小（原铝型材壁厚2.5mm,现为2.0mm），经测算比原设计节省铝材30℅左右。

竖向铝合金装饰条组件（深化设计）

竖向铝合金装饰条组件效果图（深化设计）

深化点二：

原设计:

（1）铝型材组件片状设计，尺寸大，易变形，支撑体系复杂,在负风压的情况下，有脱落的危险，不安全。其组合而成的竖向铝合金装饰条强度和刚度均不理想。

竖向铝合金装饰条（原设计）

竖向铝合金装饰条组件效果图（原设计）

深化设计:

（2）竖向铝合金装饰条改为闭腔截面铝合金组件，其强度和刚度明显提高。

铝合金装饰条组件（深化设计）

竖向铝合金装饰条组件效果图（深化设计）

深化点三：

原设计:

（3）装饰条连接板较难定位，导致铝合金扣线和胶条均扣压不紧而脱落。

竖向铝合金装饰条连接板安装图（原设计）

深化设计:

（4）装饰条连接板设置定位扣和卡位，使其定位准确，传力简单合理，保证外铝合金扣线的适度扣压而不脱落。

竖向铝合金装饰条连接板安装图（深化设计）

深化点四：

原设计：

（1）连接螺栓无防松设计，其更换须双边操作，空间狭小，拆装困难。

连接螺栓安装图（原设计）

深化设计：

（2）采用双螺纹防松脱设计、可单边拆装，解决了操作空间小、竖向装饰条难拆装的问题。

连接螺栓安装图（深化设计）

2.1.2铝合金公母立柱设计

深化点一：

原设计：

（1）公母立柱对插组合后，但采用密封条单边密封，在正负风压作用下，易失效。

公母立柱对插组合图（原设计）

公母立柱对插组合效果图（原设计）

深化设计：

（2）在公母立柱的对插处采用双边密封，保证幕墙在正负风压作用下，保持良好的密封性。且合理选用不同硬度不同压缩量的胶条，在公母槽外侧选用较低硬度较大压缩量的胶条以确保槽口始终密封，从而保证幕墙的水密、气密性能；而在公母槽内侧则选用较高硬度，较小压缩量的胶条以确保公母槽结构的传力，使公母槽的配合紧密组合受力，同时可消除铝合金立柱直接接触产生的噪音。

公母立柱对插组合图（深化设计）

公母立柱对插组合效果图（深化设计）

深化点三：

原设计：

（3） 竖向铝合金装饰条在单元板块外侧，板块重心偏移，易失稳侧翻。所占空间大，运输安装困难。

单元板块组装图（原设计）

深化设计：

（4）将竖向装饰条安装位置对调，可减少板块偏心和所占空间，有效解决了运输和安装困难，提高施工效率。

单元板块组装图（深化设计）

2.1.3 铝合金水槽料设计

原设计：

（1）水槽料采用有坡度向外直排水方式，受正风压作用下，大量雨水易通过泄水孔进入单元板块后腔，形成渗漏。

深化设计：

（2）通过设计排水小腔，外部雨水难以直接进入内腔，并可达到内外气压平衡，形成双等压腔。而少量进入内腔雨水则采用落差排水流出室外，很好的保证了系统的水密性能和气密性能。

水槽料纵剖节点图（原设计）

水槽料纵剖效果图（原设计）

水槽料纵剖节点图（深化设计）

水槽料纵剖效果图（深化设计）

2.1.4 支座设计

原设计：

（1）单元板块和支座间采用螺栓连接，板块定位安装均困难。当结构误差导致支座与板块间有角度偏差时无法解决。

（2） 根据《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102-2003规定：“立柱与主体结构之间每个受力连接部位的连接螺栓不应少于2个”。而原设计单元板块每个挂件与支座连接仅靠单个螺栓，当该螺栓失效时，无任何保护措施，存在安全隐患。

支座横剖节点图（原设计）

支座纵剖节点图（原设计）

支座效果图（原设计）

深化设计：

支座横剖节点图（深化设计）

（3）单元板块直接挂接在支座上，一次挂接到位，定位准确迅速，安装调节方便，工人劳动强度小，安装工效高。

（4）由于单元板块直接挂接在支座上，幕墙安全使用性能可得到保证。

支座纵剖节点图（深化设计）

支座三维节点图（深化设计）

支座效果图（深化设计）

2.1.5单元式幕墙（带竖向装饰线条）抗弯抗扭设计

本工程单元式幕墙外侧竖向铝合金装饰线条外挑尺寸较大，在风荷载作用下其传递给立柱、挂件及支座较大的弯矩和扭矩。为保障幕墙系统的安全可靠，采取了以下几点措施：

竖向铝合金装饰条横剖节点图（深化设计）

（1）为充分利用好各幕墙杆件力学性能，通过型材结构设计，使立柱和连接板、连接板和装饰线条均相互通长插接，三者有效组合，使其能整体受力，抗弯和抗扭能力明显提高。

（2）竖向装饰线条组件均采用闭腔设计，增强其抗弯和抗扭能力。

（3）对该幕墙系统进行整体建模计算，从理论上验算其结构的安全可靠。

并对以上设计进行抗弯抗扭性能专项测试，检验其理论结果是否正确及可行性。

2.2防水设计

原设计：

原设计单元式幕墙系统采用雨幕原理，利用立柱内腔与横梁内腔形成连续“等压腔”，同时在外侧设置了通长的批水胶条，阻止了室外的大部分雨水进入，但在恶性劣天气条件下，仍会有部分雨水进入后腔而形成渗漏。

单元式幕墙排水示意图（原设计）

深化设计：

通过设置批水胶条、防水胶皮、弹力海绵等“堵”“排”结合的措施，使单元板块的前、后腔形成多道连续不间断的防水屏障。而同时对于进入前、后腔的雨水，有组织的分层排到室外，整个排水路径清晰直接。

等压腔内排水纵剖节点图

等压腔内排水横剖节点图

单元式幕墙排水示意图（深化设计）

“十字缝”封堵设计：（1）在两个单元板块水槽连接处施打密封胶，并在铝合金水槽料存水较多的前腔加设防水胶皮，用于正面封堵及分层排水。（2）铝合金水槽料和立柱相接处采用双道弹力海绵，用于封堵铝合金公母料和水槽料产生的空隙。

双等压腔排水设计：（1）通过批水胶条进入前腔的雨水因自重而下落由下一单元板块水槽料前端的缺口排到铝合金公母料披水胶条的外侧。（2）进入后腔的少量雨水，通过排水小腔流入下一单元板块铝合金公母料的前腔。同时室外的气流通过相同的路径到达单元板块的内腔，达到内外压差平衡，形成双等压腔。

2.3单元式幕墙系统对建筑位移和热工位移的容纳

在地震和风荷载作用下，建筑物各层之间产生相对位移时，幕墙构件就会产生水平方向的强制位移。在温度变化时幕墙构件也会产生热胀冷缩现象。要使幕墙在主体位移和温度变化的情况下不发生损坏的现象，就必须使幕墙的位移大于主体结构的变形和温度变化引起的位移。

根据《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ 133-2001 要求，幕墙横框和竖框伸缩量△L由以下公式计算

△L=aL3L3△T

其中aL为材料的线膨胀系数，L为型材的长度，△T为温差。本工程L型材的长度为单元竖框的长度，取最不利值8.975米，温差取最不利值80℃。

代入公式：△L=2.35310-538.975m340=8.4365mm

在本工程中幕墙与主体采用浮动连接，各板块之间设计有容纳变形的伸缩缝。单元板块伸缩缝插接达到+/-20mm，充分保证幕墙在主体位移和温度变化引起变形时不会发生损坏。

单元式幕墙竖剖节点图

3结论

在本项目幕墙深化设计和施工过程中，我们组织了多场专家论证会，对幕墙型式进行对比选择，对设计计算进行分析，对结构安全进行验算，对施工方案进行优化，使得幕墙各项性能指标均能满足规范及使用要求，项目建设实现了安全、 美观、 经济的管理目标。

作者： 舒华