背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻

1、背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻一概述用背栓點(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)地重大突破，它開(kāi)避了石材幕墻施工工藝地新紀(jì)元.使石材幕墻有了 廣闊地使用領(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(diǎn)連接花崗石幕墻.背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻地背栓僅用作石板材與連接件地緊固件，這樣連接件可按需要靈活設(shè)計(jì)，而鋼銷(xiāo)式，短槽 式，通槽式地鋼銷(xiāo)（鋼鉤）既和橫梁（立柱）連接，又和石材連接，它地 使用部位和方法帶有很大局限性，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，右面安裝石材幕墻，在同一橫梁上，可上面安裝玻璃

2、幕墻，下面安裝 石材幕墻.背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻已有二十多年歷史，我國(guó)在二十世紀(jì)九十年代開(kāi)始使用.1998年建成地上海中銀大廈（浦東國(guó)際金融大廈）高235m，+139m 以下采用了背栓點(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(kāi)面積22000m2,使用了約3萬(wàn)塊花崗石，6萬(wàn)個(gè)背栓，花崗石尺寸為（HXB） 2.05m X）.3m,花崗石 幕墻最高點(diǎn)為139m.1999年建成地上海交銀大廈采用地背栓點(diǎn)連接花崗石 幕墻最高標(biāo)高達(dá)196m，全國(guó)還有很多工程采用了背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻， 總用量超過(guò)100萬(wàn)m2.實(shí)踐是檢驗(yàn)真理地唯一標(biāo)準(zhǔn)”，在建造這些幕墻

3、時(shí)，除按慣例進(jìn)行風(fēng)壓變 形，空氣滲透，雨水滲漏三項(xiàng)物理性能檢測(cè)外，還對(duì)背栓和背栓錨固石材 地連接部位進(jìn)行了背栓拉伸試驗(yàn)，背栓錨固石材地拉拔試驗(yàn)，背栓錨固地 長(zhǎng)期（8500h）靜載抗剪、抗拉試驗(yàn)，背栓錨固地疲勞試驗(yàn)，以及背栓點(diǎn)連 接花崗石幕墻地抗震性能振動(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地可靠性，同時(shí)找出了局部構(gòu)造改進(jìn)地方向.下面進(jìn)行詳細(xì)討論：1背栓拉伸試驗(yàn)從調(diào)查資料看出，背栓地材質(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(zhǎng)應(yīng)力大于 480N/mm2, 一顆 © 12mm （© 8mm © 6mn）

4、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 力地2.5倍10倍，也就是說(shuō)背栓錨固石材只會(huì)是石材沖切破壞，因此只要 選對(duì)背栓地鋼號(hào)就行了 .背栓伸拉試驗(yàn)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)后，應(yīng)按GB50068第條規(guī) 定取fk= yf.645（T f ,背栓抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值按 GB50017可取為 ftb=fub/2.174，抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 fvb=fub/2.857.現(xiàn)在有地廠商提供地參數(shù)，取fk=uf- 2.57（T及抗拉材料分項(xiàng)系數(shù)1.8,和抗剪材料分項(xiàng)系數(shù) 3.2和GB50068和GB50017不一致,GB

5、50068第1.0.3 條規(guī)定：制定結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范以及鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范等設(shè)計(jì)規(guī)范應(yīng)遵守本規(guī)范地規(guī)定”我個(gè)人意見(jiàn)還是按 GB50068執(zhí)行.2、錨固件抗拉拔承載能力試驗(yàn)，從試驗(yàn)情況看背栓與石材地錨固處全部是石材沖切破壞，破壞狀態(tài)為石材錐度破壞，影響破壞地因素有背栓直徑，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)，承載能力破壞地離散性較大，經(jīng)回歸統(tǒng)計(jì)，抗拉拔承載能力按錨深地指數(shù)1.5增長(zhǎng)，基材強(qiáng)度對(duì)抗拉拔承載能力按指數(shù)0.5增長(zhǎng)，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

6、拔承載能力為 6KN12KN.上述為承載能力標(biāo)準(zhǔn)值，即將拉拔試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)，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= yf.645 "計(jì)算已考慮了離散性，不必再用系數(shù)折減.其設(shè)計(jì)值 fTV=fK/2.143/2.對(duì)只進(jìn)行了石材抗壓（抗彎）試驗(yàn)地工程可用應(yīng)力法計(jì)算 抗剪強(qiáng)度：t =P/ n *h/cos a *（D+h*tan a ） < fT3、錨固件錨固地長(zhǎng)期靜載試驗(yàn)錨固件長(zhǎng)期靜載試驗(yàn)，測(cè)試背栓錨固不同強(qiáng)度地基材在長(zhǎng)期靜載下地位 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(zhǎng)期荷載抗剪 試驗(yàn)和抗拔試驗(yàn)

7、，抗剪試驗(yàn)是指背栓在承受荷載抗剪作用下經(jīng)8500H后，對(duì)受拉試件做極限拉拔力試驗(yàn)與未經(jīng)長(zhǎng)期荷載試驗(yàn)地試件作對(duì)比，試驗(yàn)結(jié) 果說(shuō)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(jiàn)其他破壞，在長(zhǎng)期抗拉拔試驗(yàn)中未見(jiàn)破壞和明顯位移說(shuō)明背栓與石材地連接即使在長(zhǎng)期外荷載下作用也有很大地可靠性.4、 錨固件錨固地荷載疲勞試驗(yàn)，即反復(fù)荷載地疲勞試驗(yàn).在正壓300萬(wàn)次+負(fù)壓300萬(wàn)次往復(fù)動(dòng)力載荷耐疲勞度試驗(yàn)中，對(duì)帶尼 龍塑料套墊地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(wàn)次強(qiáng)勁往復(fù)動(dòng)力荷載耐疲勞試 驗(yàn)中未見(jiàn)損壞和明顯位移，而單切面背栓由

8、于背栓本身活動(dòng)，在往復(fù)動(dòng)力 地壓、拉作用下，最差地在126次負(fù)壓破壞，因此可以看出背栓最好要帶尼龍?zhí)讐|，并采用雙切面即背栓與石材要首先緊固.5、抗震試驗(yàn)華南城建學(xué)院抗震中心、中國(guó)建筑科學(xué)研究院、中國(guó)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)試驗(yàn)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(shí)一切正常，華南城建學(xué)院抗震中心試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn) 在0.6g時(shí)背栓有松動(dòng)跡象，0.8g時(shí)（相當(dāng)于烈度10度）幕墻掛勾有脫出 橫梁地可能，經(jīng)分析是主要是栓孔未按公差要求加工，采用單切面無(wú)尼龍 套墊地背栓，幕墻組件地掛勾與橫梁搭接量小于6mm.其他試驗(yàn)采用了帶尼龍?zhí)讐|地雙切面背栓，幕墻單元組件掛勾與橫梁

9、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(shí)，背栓點(diǎn)連接花 崗石幕墻仍完好無(wú)損，而且經(jīng)過(guò)抗震試驗(yàn)地試件背栓與石材錨固處地石材 抗拉拔能力與未經(jīng)抗震試驗(yàn)地試件幾乎沒(méi)有區(qū)別.從以上試驗(yàn)可以看出，背栓式點(diǎn)連接花崗石幕墻在規(guī)范規(guī)定地使用范圍（68度區(qū)）時(shí)，可以采用無(wú)尼龍塑料套墊地單切面背栓，當(dāng)用于 9度區(qū) 及9度以上烈度區(qū)時(shí)，應(yīng)采用帶尼龍塑料套墊地雙切面背栓 幕墻組件掛勾 與橫梁地搭接高度應(yīng)不少于 10mm.二、設(shè)計(jì)與計(jì)算1、構(gòu)造設(shè)計(jì)首先要樹(shù)立一個(gè)概念：背栓是一個(gè)緊固件，它把石材和石材幕墻組件中 地連接件聯(lián)結(jié)在一起，它屬于可以自由拆卸地緊固件，連接件可按需要即

10、按照每幅幕墻中與石材幕墻 相組合地玻璃（金屬）幕墻地構(gòu)造相匹配地構(gòu)造要求來(lái)設(shè)計(jì)連接件.例如和 外插式隱框幕墻（小單元幕墻）相組合時(shí)可采用與外插式相匹配地連接件， 用背栓將石材固定在外插式付框上.石材與連接件地連接，視石板材尺寸和構(gòu)造要求可采用一個(gè)背栓、兩 個(gè)背栓、四個(gè)背栓等.當(dāng)采用一個(gè)背栓時(shí)，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(gè)尼龍螺栓頂住板內(nèi)側(cè)，保持板地穩(wěn)定.當(dāng)采用二個(gè)背栓時(shí)，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)，保持板地穩(wěn)定.當(dāng)采用四個(gè)螺栓時(shí)，孔中到板邊距離不大于250mm.背栓及孔地構(gòu)造要求如下

11、表：表1型鉆孔錨固連接最大錨固底孔最小號(hào)直徑深度螺栓厚度直徑板厚FZP11X12M6/3A41112M6313.520FZP11X12M6/ 9A41112M6913.520FZP11X15M6/ 6A41115M6613.528FZP13X15M8/ 4A41315M8415.528FZP13X15M8/25A41315M82515.535FZP13X20M8/10A41320M81015.535FZP13X21M8 w/5A41321M8515.535FZP13X21M8 w/20A41321M82015.535FZP11X19M6/6kt/3AL111014M6313.520FZP11&

12、amp;1M6/6kt/4AL111216M6413.520FZP13X24M6/6kt/3AL131519M8315.530FZP13X26M8/ 6kt/5AL131721M8515.534FZP11&1M6/ES/4AL111216M6413.520FZP13X24M8/ ES/4AL131519M8415.530背栓與石材錨固部位地施工質(zhì)量地重要一環(huán)是極限(公差)配合地確定和檢驗(yàn)，要求孔位偏差±).5mm，孔距偏差±).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

13、.1mm,底部擴(kuò)孔直徑 ±).3mm.2設(shè)計(jì)計(jì)算A. 一塊板用一個(gè)背栓P=qA(r= ( P/t2 ) *0.5456Ln(0.64L/t)+1.062< fT或(r= ( P/t2 )*1.2563lg(0.64L/t)+1.062< fTu=CX(P >L2/E X3)表2LX/LY (L Y/LX)C1.00.12651.10.13811.20.14781.40.16211.60.17141.80.17692.00.18033.00.184oo0.1849t =P/ n *h/cos a *(D+h*tan a )式中:LLX、Ly 中較小者(mm); t板厚

14、(mm);D錨孔直徑(mm);h錨孔深度(mm).B 塊板用兩個(gè)背栓錨固，可簡(jiǎn)化為兩端帶懸臂地簡(jiǎn)支板計(jì)算MA=MB= - qa2/2R=qL/2M© =qL2/8 > -4X(a/L) 2uC=uD=qaL2/24EI 1+6 (a/L) 2+3 (a/L) 3u© =qL4/384EI524 (a/L) 2t =R/ n *h/cos ( D+*tan a c. 一塊板用四個(gè)背栓錨固，按四角支承板計(jì)算(T =6mql2/t2式中： LLX、Ly中較大；m彎距系數(shù).t = qa/4*1.25) / n *h/cos a *(D+h*tan a )表3彎距系數(shù)表LX/L

15、Ym0. 500. 13040. 550. 13200. 600. 13390. 650. 13610. 700. 13840. 750. 14080. 800. 14350. 850. 14640. 900. 14940. 950. 15261. 000. 1559表4天然花崗石板強(qiáng)度分級(jí)表N / mm2t等級(jí)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn) 值抗彎強(qiáng) 度設(shè)計(jì)值fr抗剪強(qiáng) 度設(shè)計(jì)值ftv彈性 模量E線(xiàn)脹系 數(shù)a泊松 比V抗 壓抗彎M(mǎn)U11011083.71.90.8*1040.8*10 -50.125MU13013094.22.1MU150150104.72.31*104MU170170115.12.6MU1901

16、90125.62.8MU210210136.13.01.1*104MU230230146.53.3MU250250157.03.5MU270270167.53.8MU2902901784.0例1. MU110級(jí)（抗彎強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值 8N/mm2）花崗石500mm*500*30mm ,用 背栓11*15M6 一個(gè)，驗(yàn)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(jì) 值W=1.4WK=1.4*4000=5600N/m2地震(作用)設(shè)計(jì)值qE=1.3qEK =1.3*336=437N/mm2荷載(作用)組合設(shè)計(jì)值q=1.0 W+ 0.6 qE=1.0*5

17、600+0.6*437=5862N/mm2背栓處集中力P=abq=0.5*0.5*5862=1466N石板抗彎截面最大設(shè)計(jì)正應(yīng)力值(r= ( P/t2) *0.5456Ln(0.64L/t)+1.062=(1466/302) *0.54561n(0.64*500/30)+1.062=3.83N/mm2>3.7N/mm2 或彷=(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(jí)(抗彎強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值9N/mm2)花崗石fT=4.2N/mm2

18、石板抗剪截面最大設(shè)計(jì)剪應(yīng)力值t =P/ n *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11T5M6四個(gè)，驗(yàn)算 花崗石抗彎強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度.解：板長(zhǎng)寬比LX/LY=0.7/0.7=1 查彎距系數(shù)mOY=0.1559石板抗彎截面最大設(shè)計(jì)正應(yīng)力值(T =6mqL Y 2=6*0.1559*5.862*10-3*7002/302=2.98N/mm2<3.7N/mm2 石板抗剪截面最大設(shè)計(jì)剪應(yīng)力值t =qa/4*1

19、.25/ n *h/cos a *(D+h*tan a )=(5862/4)*1.25/(15/cos250*3.14159*(13.5+15*ta n25o)=1.72N/mm2<1.9N/mm2例3 .用MU130級(jí)(抗彎標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度9N/mm2地花崗石) 300mm*2050mm*30mm,兩個(gè) 13*15M8 背栓各距板端 400mm, WK=3500N/mm2，驗(yàn)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=B e a maxGK=5*0.08*840=336N/m2面荷載(作用)組合設(shè)計(jì)值q 面=1.4W+0.78

20、qEK =1.4*3500+0.78*336=5162N/m2線(xiàn)荷載(作用)組合設(shè)計(jì)值q線(xiàn)=b q面=0.3*5162=1549N/m2背栓處支座反力R仁R2= q線(xiàn)L/2=1549*2.05/2=1588N彎矩M=qL2/81 -4(a/L)2=1549*1.252/8*1 -4*(0.4/1.25)2=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(jì)正應(yīng)力值(T =M/W=178619/45000=3.97N/mm2<4.2N/mm2石板抗剪截面最大設(shè)計(jì)剪應(yīng)力值t =R/ n *h/cos ( D+h*t

21、an a =1585/15/cos250*3.14159*(15.5+15/tan25o)=1.37N/mm2<2.1N/mm2三. 背栓點(diǎn)連接花崗石幕墻用于復(fù)什部位連接設(shè)計(jì)下圖為有五個(gè)凸角，三個(gè)凹角組成地裝飾線(xiàn)，用背栓將石材緊固在五 個(gè)連接件上順利完成了裝飾要求，這對(duì)鋼銷(xiāo)、鋼勾是無(wú)法完成地四. 雨幕原理(The Rain Screen Principle)和石材幕墻防水構(gòu)造設(shè)計(jì) 雨幕原理是一個(gè)設(shè)計(jì)原理，它指出雨水對(duì)這一層幕”地滲透將如何被阻止地原理，在這一原理應(yīng)用中其主要因素為在接縫部位內(nèi)部設(shè)有空腔，其外 表面地內(nèi)側(cè)地壓力在所有部位上一直要保持和室外氣壓相等，以使外表面 兩側(cè)處于等壓狀

22、態(tài)，其中提到地外表面即雨幕”壓力平衡地取得是有意使 開(kāi)口處于敞開(kāi)狀態(tài)，使空腔與室外空氣流通，以達(dá)到壓力平衡這個(gè)效應(yīng)是由外壁后面留有空腔所形成，此空腔必須和室外聯(lián)通才能達(dá)到上述目地，由于風(fēng)地隨機(jī)性造成地陣風(fēng)波動(dòng)亦需在外壁兩側(cè)加以平衡大家知道，幕墻發(fā)生滲漏要具備三個(gè)要素：A .幕墻面上要有縫隙；B .縫隙周?chē)兴?；C.有使水通過(guò)縫隙進(jìn)入幕墻內(nèi)部地作用這三個(gè)要素中如果缺少一項(xiàng)滲漏就不會(huì)發(fā)生(如果將這三個(gè)要素地效 應(yīng)減少到最低程度，則滲漏可降低到最小程度)在外壁水和縫隙是無(wú)法消除地，只有在作用上下功夫，通過(guò)消除作用來(lái)使水不通過(guò)外壁縫隙進(jìn)入等 壓腔在內(nèi)壁，縫隙和作用(特別是壓差)不能消除，要達(dá)到內(nèi)壁不

23、滲漏， 則要使水淋不到內(nèi)壁，這正好由外壁(雨幕)發(fā)揮地效應(yīng)來(lái)達(dá)到，外壁內(nèi)、外側(cè)等壓，水進(jìn)不了等壓腔，就沒(méi)有水淋到內(nèi)壁，內(nèi)壁縫隙周?chē)鷽](méi)有水， 內(nèi)壁就不會(huì)發(fā)生滲漏，這樣單元式幕墻對(duì)插部位就不會(huì)有水滲入室內(nèi)了 這個(gè)設(shè)計(jì)地核心原理就是外壁(雨幕)內(nèi)、外側(cè)等壓，使雨水進(jìn)不了等壓 腔，達(dá)到內(nèi)壁縫隙周?chē)鸁o(wú)水，即在內(nèi)壁消除滲漏三要素中水地因素來(lái)達(dá)到 整體單元式幕墻接縫體系不滲漏但是，要達(dá)到完全等壓是困難地，甚至在某些情況下是做不到地，這是由于外壁上地壓力是由風(fēng)引起地，這種由風(fēng) 引起地壓力在時(shí)間上和空間上都是動(dòng)態(tài)變化地.由陣風(fēng)所形成地風(fēng)壓變化，使外壁兩側(cè)地壓力隨之變化在陣風(fēng)波動(dòng)地瞬間，外壁內(nèi)外兩側(cè)壓力是不等 地

24、（即等壓腔內(nèi)壓力與室外壓力不相等），要通過(guò)空氣流通來(lái)平衡， 在空氣 流通時(shí)就有可能將水帶入等壓腔風(fēng)壓在幕墻外表地分布也是不平衡地，風(fēng) 壓隨高度增加，有時(shí)幕墻外表面也有局部（邊角、頂部）呈負(fù)風(fēng)壓狀態(tài)， 當(dāng)兩個(gè)開(kāi)口處風(fēng)壓不等或一處為正風(fēng)壓另一處為負(fù)風(fēng)壓時(shí)，等壓腔內(nèi)壓力 約為兩個(gè)開(kāi)口處風(fēng)壓（負(fù)風(fēng)壓）地平均值，雨水總是沿著壓力降方向滲入， 外側(cè)壓力大于等壓腔壓力地開(kāi)口處就會(huì)有雨水滲入等壓腔，因此應(yīng)該考慮 雨幕層（外壁）必然有少數(shù)偶然滲漏地可能，這樣就要使已滲入等壓腔地 水即時(shí)排出至室外.這樣單元式幕墻接縫處防水構(gòu)造要使外壁具有防止大 量雨水滲入地能力，對(duì)少量滲入等壓腔地雨水能即時(shí)排出，使水淋不到內(nèi) 壁，在內(nèi)壁消除滲漏三要素中水地因素，從而達(dá)到雨水不滲漏到室內(nèi)地目 地還必須指出這僅是理論上闡述地原理，實(shí)際工程中要完全消滅滲漏三要素中任何一項(xiàng)是不容易做到地，但不是說(shuō)我們就無(wú)能為力了，雖然不能到 達(dá)完全消滅滲漏三要素中任何一項(xiàng)地目地，但可采取措施使?jié)B漏三要素每 一項(xiàng)減少到最最低程度.這樣在學(xué)習(xí)國(guó)外經(jīng)驗(yàn)，