四、 高度100m 以上的花岗石幕墙
十多年来,我们通过大量的工程实践已经积累了超高花岗石石幕墙丰富的设计施工经验。应该可以说,现在超高花岗石幕墙的设计施工技术已经相当成熟。因此 JGJ 133 规范的新版本中,第1.0.2条已修改为“本规范适用于……..设防烈度为6、7、8度的民用建筑石材幕墙工程”,JGJ 133规范将适用于花岗石幕墙的全部高度。
但是,应用超过100m高的花岗石幕墙还需要有相应的技术措施。
1)应对高度超过100m的工程采用花岗石幕墙进行技术分析,对其设计方案进行可行性评估,对其加强措施作出明确规定。
2)确保石材的质量:
1.1 认真考察石材原矿,确保石材有足够储量,有挑选的余地。石材各项物理力学指标经检验合格。
1.2 花岗石抗弯强度平均值不小于12N/mm2,最小值不小于10N/mm2。
1.3 花岗石吸水率不大于0.6%。
1.4 石材面板不得有裂缝、软弱矿脉
3) 加强进场石材检验,每批进场石材均须做抗弯强度检验;每块石板均须进行外观检查。
4) 花岗石板最小厚度为30mm。其允许偏差按国家标准采用。但不应当有意生产全部为负偏差的薄型产品。
5) 花岗岩石板100m以下宜采用背栓连接,100m以上应采用背栓连接。背栓不锈钢材质不应低于A4(S316)。
6) 安全措施
6.1 采用注胶式板缝时花岗石板背部宜加贴玻璃纤维布等材料以防石板破碎坠落。采用胶条(词条“胶条”由行业大百科提供)嵌缝(词条“嵌缝”由行业大百科提供)和开放式板缝时,所有花岗石板背面均应加贴玻璃纤维布。
6.2 附着于主板上的小块石板应设金属件与主板连接,宜采用角码(词条“角码”由行业大百科提供)背栓连接。
6.3 造型线条、窗(词条“窗”由行业大百科提供)口上方的倒挂石板宜采用铝蜂窝(词条“铝蜂窝”由行业大百科提供)复合石板。采用实心石板时应采用背栓连接。
6.4 宜采用注胶板缝。
6.5 石材幕墙下方2m~3m范围内宜设置绿化、水池等隔离带,不宜设置停车位和可能吸引行人停留的商业设施。出入口应设雨蓬。
五、 非花岗石幕墙
JGJ 133-2001 规范原版本并未列入非花岗石幕墙的规定,因为上世纪九十年代时只采用花岗石作为石材幕墙的面板材料,其他石材由于性能较差,被认为不适合于石材幕墙。
此后十多年间,已经建成了数量很多的砂岩、洞石的幕墙工程,其中有些还达到150m以上的高度(图12)。
这些工程在当时是超规范的,所以都进行了专门的技术论证,采取了相应的技术加强措施。
这十多年工程经验的积累,为JGJ 133 规范修订准备了条件,规范新版本加入了非花岗石幕墙的内容。
考虑到非花岗石材质较差,超高工程的经验不多,所以规范新版本同时也规定了高度超过100m的石材幕墙应采用花岗石。也就是说,JGJ 133 规范新版本只适用于100m以下的非花岗石幕墙。超出这一高度,就必须按特殊问题进行专门的处理。
1 非花岗石天然石材
非花岗石天然石材中,质地最好的是大理石,其次是石灰石。这两类石材强度较高,质地致密,用于建筑外墙已经有上千年的历史,古希腊和古罗马留下了大量精美建筑,都是由大理石和石灰石构成。中国古建筑大量采用的汉白玉,就是白色大理石,完好地保留到今天。
砂岩和洞石都是沉积岩,强度低,吸水率高,耐候性差,本不是石材幕墙面板的理想用材,但是砂岩和洞石独有的质感、颜色和风格,使得建筑师又很喜欢将它们用作石材幕墙。因此,如何选用这些石材面板,最大限度地保证安全,就是一个很重要的问题,必须慎重对待。
砂岩由细颗粒的砂子胶结而成,自然表面是粗糙的细颗粒状。砂岩的物理力学性能因产地不同有很大的差别,有些澳大利亚黄砂岩和意大利黄砂岩,抗弯强度可能小于3MPa,而四川隆昌的绿砂岩硬如磨刀石,抗弯强度可达到10MPa以上,接近于花岗岩。
有些砂岩较为致密,吸水率可以低于2.5%,而有些砂岩吸水率超过6%。因此不同的砂岩,其饱和抗弯强度和冻融系数有较大的差别。有些砂岩,如四川、广东的红砂岩,吸水后还会有软化现象,有些红砂岩长期潮湿后甚至变为泥土状,这样的红砂岩用于幕墙是不大合适的,不得不用时,应采取更有效的措施。
洞石是商品名称,常指多孔石灰岩和多孔凝灰岩,石材内含有许多孔洞。孔洞直径和分布密度与石材种类和产地有关。其共同特点是强度低、质地疏松、孔洞内容易积水、抗冻融性能和耐候性都较差。有些强度很低的洞石,加工好的石板甚至在运输过程中就断裂、破碎。
因此,砂岩和洞石的性能比花岗石差得很多,容易产生安全方面的问题。业主和设计师选砂岩和洞石作为幕墙面板,一定要事先慎重考虑。
2 非花岗石天然石材用于幕墙的技术要求
2.1 用于幕墙的基本条件
大理石和石灰石用于幕墙面板问题较少。而砂岩和洞石自身材性较差,总体而言不推荐用于幕墙。如果建筑设计非用不可,则至少应考虑以下最低要求:
1)用于幕墙的石板,每批都应进行抗弯强度试验,其试验值应符合以下要求:
幕墙高度不超过50m时,试验平均值不低于5N/mm2,试验最小值不低于4 N/mm2;
幕墙高度超过50m时,试验平均值不低于6 N/mm2,试验最小值不低于4.5 N/mm2。
单向受力的石板,在主要受力方向应满足以上要求;双向受力的石板,在两个受力方向上都应符合以上要求。
2)石板不应夹杂软弱的条纹和软弱的矿脉。洞石的孔洞不宜过密,直径不宜大于3mm,更不应有通透的孔洞。
3)吸水率不宜大于6%,加涂防水面层后不宜大于1%。
4)冻融系数不宜小于0.8,不得小于0.6。
5)石板不应有裂缝,也不能折断,不得将断裂的石板胶粘后上墙。
2.2 基本材性试验
不同产地的石材材性差别很大,在确定采用石材的矿坑前,应进行基本的材性试验。
1)抗弯试验。
确定矿点时,抗弯试验件要能代表该矿场各个不同的开采点,试件数目一般不少于20个。以后从各开采点采出的石材,每批应有抗弯试验报告,一般不少于10个试件。分别进行干燥抗弯强度试验和饱和抗弯强度试验,干燥抗弯强度是材性的基本指标。饱和抗弯强度有利了解石材对水的敏感性。
试验时采用净石材试件,不宜附有增强层和复合层。
2)吸水率
未经表面防水处理的石材和经防水处理的石材都应进行试验,经防水处理后的石板,吸水率不宜大于1%。
3)冻融系数
冻融系数指经过一定次数冻融循环后的抗弯强度与未经冻融循环的抗弯强度的比值。它决定了该种石材能否在寒冷地区应用。在有可能出现负温度的地区,应进行这项试验。
2.3 对板材的基本要求
只有通过基本材性试验,确认能符合2.1节的基本条件后,这种石材才可以加工为面板板材,用于幕墙工程。
加工完成的石材面板,还应符合以下的基本要求:
1)板材厚度
抗弯试验表明:厚度大的石板,其抗弯强度低于厚度小的石板。但是由于板的承载能力(词条“承载能力”由行业大百科提供)和厚度的平方成正比,厚的石板承载能力还是比薄的石板要大一些。
板材的最小厚度可由抗弯强度标准值fk来决定:
fk≥8.0MPa时,最小厚度35mm。
4.0≤fk<8.0MPa时,最小厚度40mm。
抗弯强度标准值fk是其试验平均值减去2.0倍标准差。当这个数值小于试验最小值时,按试验最小值采用。
当非花岗石板材疏松、孔洞等削弱部位很多时,建议采购时与厂家协商,采用加厚下料,厚度的允许偏差采用 +2mm,-0mm,不允许负偏差,以确保安全。
2)板材的尺寸
砂岩和洞石强度低,因此板材的尺寸不宜过大,一般应控制在1.0m2以内。大理石和石灰岩可以稍大一些.
不宜采用细长的条状石板,这种石板在运输、安装过程中很容易折断。石板的边长比最好在1:2以内,不宜超过1:3。
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