浅谈背栓式石材幕墙的优缺点

浅谈背栓式石材幕墙的优缺点

摘要：随着石材技术发展，背栓式石材幕墙作为石材干挂技术的一项先进技术，应用越来越广泛，其能满足建筑师在造型上的特殊要求，使石材幕墙应用更加广泛，是国内幕墙技术发展的方向。

关键词：石材；背栓；开放式

古往今来，石材作为一种装饰材料，可谓是历史悠久，因其独特的装饰效果，应用范围及其广泛。石材板材作为外墙的围护结构，其安装结构形式，也随着不同的要求而更新发展。以前，石材饰面施工基本采用湿贴的方法，由于工艺落后，施工过程中粘结层凝固的时间较长，粘结强度增长缓慢，施工中面材易于脱落；安装后，在外界环境的影响下，板材不断的热胀冷缩，石材与基材之间的粘结结构受到损害，粘结力下降，甚至可导致石材脱落，这两点缺点，使湿贴法只能应用于低层建筑物；另外由于安装时砂浆水和安装后雨水的存在，砂浆中的无机盐融溶析出形成泛白，影响表面美观度。为了满足石材装饰的完美的要求，干挂法应运而生。干挂法先将龙骨固定在主体结构上，然后将石材安装在龙骨之上。石板材干挂应用范围很广，其安装工艺一致，安全系数增高，安装后牢固，使用年限高。干挂法经常采用的工艺有：钢销式、通槽式、短槽式、背栓式等。这里，我简单介绍下背栓式石材幕墙的一些特点。

石材幕墙是指由金属框架与以建筑石板为面板组成的、不承担结构主体荷载和作用的建筑外围护结构。背栓式是在石材背面开背栓孔，将背栓植入背栓孔上安装连接件，用连接件与幕墙结构体系连接。背栓式结构属于石材干挂技术的第三代产品，是目前世界上比较先进技术。其安装节点可以参见下图。

图一图二

我们从先它的结构上看看背栓式幕墙的特点。

该结构通过底部扩孔技术达到无膨胀力固定，可实现石材的无内应力加工组合。由于它的支承点在板的中部，使跨度大大的减小，连接结构不可见，并且连接强度高，节省强度值。所以板块可以加大，在非抗震和6-8度设防烈度的抗震设计中均可使用。

板材计算简图明了，破坏状态明确。整个体系传力清晰简洁，便于计算控制其受力的极限情况。

板块之间独立受力，独立安装，避免了相互连接而产生的附加应力积累而导致的面板变形或破坏的危险，提高石材的长期荷载作用下的使用寿命。节点的可拆卸性能好，可随时更换破损的石材板块。

石材加工采用专用的先进设备加工，加工精度高，石材板件安装后不需过多调整，即可实现非常高的板面平整度，外视效果优美，线条平直流畅。工厂化施工度比较高。

合理的受力模型，更适用于气候条件恶劣，荷载较大的高层建筑。提高了石材在幕墙中的适用高度。安全性能及结构长久性的优良，能够满足整个外墙装饰的使用年限

下面谈下石材的安装特点，背栓式幕墙的背栓有三种类型：齐平式锚栓、间距式锚栓和钥匙孔式安装方式锚栓。背栓的直径通常为6mm或8mm，相应的钻孔直径为11mm和13mm。扩孔头为13.5mm和15 mm，插入背栓并顶压后，扩压环挤紧锥形孔的锥壁，形成机械嵌固，背栓固定后通过螺帽与连接件连接到龙骨上，（也可直接固定到龙骨上）。背栓孔有两种类型：单切面背栓与双切面背栓（图三）。

单切面背栓双切面背栓

图三

单切面背栓在开孔时只将背栓孔开出植入背栓，由于背栓孔底位于石材厚度过半处，正风压和负风压对石材材料的锥体破坏效果不同，负风压是由孔底至石板背部较厚，锥体破坏面积比正风压时大，对锥体破坏有力。即它能够承受的正风压荷载小于它所能够承受的负风压荷载。双切面在开孔时，在石材背面与孔底厚度处磨出一个圆槽，在安装背栓时在此处加一个钢垫片，增加了正风压是石材的受力面积，使冲切破坏时厚度等于板厚，所以双切面背栓受力结构优于单切面背栓（图四）。

A背栓植入石材B负风压时锥体破坏C 正风压时单切面和双切面锥体破坏对比

图四

由于背栓仅是单块石材与连接件的紧固件，它可以按照连接位置的不同设计成各种形式的连接件，能够实现各种造型的独特效果。而各种勾形连接件一般直接连接上下两块石材和结构体系。只能用于平直部分，一旦遇到收口和转角造型是，就不能适应其变化多端的，不得不采用在石材背面开斜槽的方式，由于斜槽连接受力最大部位为尖角，往往尖角破坏导致连接失败。勾板式石材连接时，槽口现场填充石材干挂胶，连接强度受干挂胶填充度的影响，并且施工工艺比背栓式复杂。

背栓式石材幕墙因其结构形式及连接件隐藏于石材的背面，正面不可见的特点，多用于开放式石材幕墙结构。开放式石材幕墙结构有以下特点：

板块间的缝隙满足建筑艺术要求，缝隙不打密封胶填充，在立面上形成深的阴影线条，富于立体感。许多建筑师都要求这种表现形式，以强化外立面石材效果。

采用这种结构，避免了密封胶和石材干挂胶对石材的污染现象，石材表面永远亮丽如新。

由于石材缝隙无填充物，板后空间和室外形成一体，气压相同，形成自然的等压腔的防雨屏，只有少量的雨水溅入背后的空间。只要通过墙面的防水就能理想的实现防水功能。溅入的雨水也会在雨后蒸发从缝隙中排除。不会存在积存雨水的问题。并且可设置排水通道，使冷凝水及时排出，保证幕墙内侧合理的湿度。

由于开缝石材幕墙的背部空间有较强的空气流动性，可带走部分从外部传入的热量，加速结构墙面的热交换，使结构墙体表面温度有所降低，因而又较好的保温节能效果。

防水板外侧用铝挂件，所有钢件均在防水层内侧，幕墙的防腐性能好。

槽型铝定位件及铝支撑挂件通过不锈钢螺钉与横向钢龙骨连接。石材通过挂装组件固定。同时实现了石材的无内应力组合，板面承受荷载性能优良，更加适用于气候条件恶劣，板块较大的建筑。采用背栓式连接，连接强度高。

装配结构采用挂式，可实现三维方向调整，板块抗变位能力强，满足了抗震性能要求。

维修性能好，可随时更换破损的石材板块。

开放式石材结构体系的缺点也比较明显，它不适用于北方寒冷地区，北方冬季温度较低，多雪，雪水融化后会结冰，采用开放式，就有以下缺点：

A：墙体保温性能差：开放式设计使石材自身无法参与墙体保温，造成冬季采暖能量浪费较大。B：石材冻裂的可能性增大：开放式系统石材本身存在缝隙，这些缝隙一旦冬季入水，低温下水结冰，内胀力极可能造成石材破损。C：幕墙结冰的可能性增大：开放式做法，石材与玻璃交接处保温处理不好回导致冬季幕墙表面在窗口位置大量揭露结冰，原因是因为窗（幕墙）与墙体间保温不好，形成热对流，产生冷凝水并凝结，造成“冰流”现象。

背栓式石材幕墙应用在我国刚刚起步，随着幕墙技术的发展，应用范围将越来越广，技术也将越来越完善，将在我国成为一种主要的幕墙形式。

参考文献：《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ133-2001北京中国建筑工业出版社