浅谈建筑幕墙用石材铝蜂窝板的设计

浅谈建筑幕墙用石材铝蜂窝板的设计

深圳市方大建科集团有限公司 李超

摘要 ：结合建筑幕墙用石材铝蜂窝板自身的

特点， 设计师设计石材铝蜂窝板提供有力的论

证。

关键词 ： 石材铝蜂窝板 荷载 抗弯强度 挠度 抗拉强度 0 引言

蜂窝板是由两块表板和充填其中用以保证两块表板砌合在一起共同工作的蜂窝中间层 所组成。表板可以选用不同的材料 : 当两块表板都是铝板或钢板时，称为铝蜂窝板或钢蜂窝 板；当其中一块表板为石材 、钛合金板、搪瓷板、木材、玻璃钢、塑料 时，分别 称为石材蜂 窝板 、钛合金蜂窝板、搪瓷蜂窝板、木材蜂窝板、玻璃钢蜂窝板、塑料蜂窝板等 。中间蜂窝 层采用铝箔、纸箔和塑料时，分别称之为铝蜂窝、纸

峰 窝、塑料蜂窝。这里主要针对建筑

幕

墙用石材铝蜂窝板进行设计分析，石材蜂窝板构造示意图如下：

石材铝蜂窝板构造图 1

说明： 1—石材； 2—与石材面板粘结的蜂窝板面板(铝板、镀铝锌钢板、玻纤板)； 3—铝 蜂窝芯； 4—蜂窝板面板(铝板、镀铝锌钢板、玻纤板)； 5—胶粘剂层。

石材铝蜂窝板的优点在这里不再赘述，在外力作用下它的常见破坏模式如下：

1) 石材蜂窝板弯曲刚度不够导致总体失稳；

2) 蜂窝剪切模量过小，胶黏剂剪切强度过低，产生挠曲引起蜂窝剪切皱折；

3) 胶黏剂平面拉伸强度不够而产生表板向外凸出；

4) 由于表板太薄，蜂窝孔太大导致蜂窝孔间铝表板失稳(起皱)，表板断裂； 计算分析复合板的受力状况， 为幕墙

5)蜂窝平面压缩强度不够，挠度过大，受力时蜂窝挠曲压塌；

6)表板与蜂窝剥离强度不够导致表板与蜂窝分离；

石材蜂窝板设计的基本要求是能抵制上述各种模式或其组合的破坏，在实际幕墙工程设计和石材蜂窝板开发生产时，应对复合板的抗弯，挠度，及埋在复合板中的背栓抗拉强度进行校核。

现行《金属与石材幕墙工程技术规范》 JGJ133-2001 中并没有给出超薄石材复合板相关的计算方法，计算参考自北京市地方标准《建筑装饰工程石材应用技术规范》DB 11/T512-2007 。下面以深圳市某项目 16m高处吊顶石材为对象进行验算分析，其节点图如下：

2：板块净尺寸 ( 短边×长边 ) ：a× b=830mm× 1000mm ；

3、背栓孔到短边端面的垂直距离 a 1=150mm ；背栓孔到长边端面的垂直距离

4、超薄石材复合板配置：总厚度δ =30mm ，其中石板厚 10mm ，蜂窝板厚

栓；

5： 模型简图 2 为

背栓连接板块模型简图 2

2.1 超薄石材复合板板块荷载计算

(1) 垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值：深圳市设计基本地震加

速度为 震设防烈度为 7 度。本工程为标准设防类建筑，按 7 度进行设计 ;

q EAk ：垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值 (MPa)；

βE ：动力放大系数，取 5.0 ；

αmax ：水平地震影响系数最大值，取 0.08 ；

G k ：超薄石材复合板板块的重力荷载标准值 (N)0.1344KN ；

A ：幕墙平面面积 (mm 2) ；

q EAk =β E α max G k /A ............................................. 5.3.4[JGJ102-2003]

=5 ×0.08 × 0.1344

=0.000064MP a

(2) 超薄石材复合板板块荷载集度设计值组合：

采用 S w +0.5S E 设计值组合：

q=1.4W k +0.5 × 1.3q EAk

-3

=1.4 × 2.136x10 -3 +0.5 × 1.3 × 0.000064

=0.003032MPa

(3) 超薄石材复合板板块荷载集度标准值组合：

采用 S w +0.5S E 标准值组合： q k =W k +0.5 × q EAk

-3

=2.136x10 -3+0.5 × 0.000064

=0.002168MPa

2.2 超薄石材复合板整体板面的抗弯设计

(1) 计算边长的计算： b 0：支撑点间板块长边边长 (mm)； b 1=150mm ； 20mm ，四 或六

个背

0.10g ，抗

a 0 ：支撑点间板块短边边长 (mm)；

a ：板块短边边长 (mm) ；

b ：板块长边边长 (mm) ；

a 1 ：背栓孔到短边端面的垂直距离(mm)；

b 1 ：背栓孔到长边端面的垂直距离(mm)；

a-2a 1=530mm≤ b-2b 1=700mm

所以： a0=a-2a 1=530mm； b0=b-2b 1=700mm；

(2) 整体板面材料的抗弯校核计算：

22

校核依据：σ=6mqb02/t 2⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4.4.10-1[DB 11/T512-2007] σ≤ f sc =3.72MPa

σ：超薄石材复合板中产生的弯曲应力设计值 (MPa) ；

f sc：超薄石材复合板的抗弯强度设计值 (MPa) ； m：超薄石材复合板最大弯矩系数，按支撑点间板块短边边长与长边边长的比0.7571 ，查表

4.4.10-1[DB 11/T512-2007] 得： 0.1398 ；

q：超薄石材复合板板块水平荷载集度设计值组合(MPa) ；

b0：支撑点间板块长边边长 (mm)；

t ：超薄石材复合板厚度： 30mm；

在按上面公式计算超薄石材复合板的时候，要考虑大挠度变形对起弯曲应力的影响，对公式 4.4.10-1[DB 11/T512-2007] 计算的应力应该进行折减，折减系数按表

4.4.10-2[DB 11/T512-2007] 采用；

在表 4.4.10-2[DB 11/T512-2007] 中：θ =q k a4/Et 4

θ：计算参数；

q k：超薄石材复合板板块荷载集度标准值组合(MPa)；

a：无肋时，取超薄石材复合板板块短边边长(mm)；有肋时，取肋区格内短边边长(mm)；

E：超薄石材复合板近似弹性模量 (MPa)；

t ：超薄石材复合板厚度： 30mm；

44

θ =q k a4/Et 4

44

=0.002168 × 8304/3000/30 4

=0.4234

查表 4.4.10-2[DB 11/T512-2007] ，得η =0.4 22

σ=6mqb0 η /t

2

=6 × 0.1398 ×0.003032 × 7002×0.4/30 =0.5539MPa 0.5539MPa ≤ 3.72MPa 超薄石材复合板强度能满足要求。

2.3超薄石材复合板面材与基材的抗弯设计

校核依据：σ面=D1/D 0×σ..................... 4.4.10-3[DB 11/T512-2007]