背栓点连接花岗石幕墙

1、背栓点连接花岗石幕墙施工工艺一、概述用背栓点连接花岗石幕墙进行建筑外饰面花岗石施工是建筑外饰面施工技术的重大突破，它开避了石材幕墙施工工艺的新纪元。使石材幕墙有了广阔的使用领域，即任何建筑物、任何高度、任何部位、任何构造形式都可以采用背栓点连接花岗石幕墙。背栓点连接花岗石幕墙的背栓仅用作石板材与连接件的紧固件，这样连接件可按需要灵活设计，而钢销式，短槽式，通槽式的钢销（钢钩）既和横梁（立柱）连接，又和石材连接，它的使用部位和方法带有很大局限性，背栓点连接方法为石材幕墙和玻璃（金属）幕墙组合成组合幕墙创造了条件，即在同一立柱上可左面安装玻璃幕墙，右面安装石材幕墙，在同一横梁上，可上面安装玻璃幕墙

2、，下面安装石材幕墙。背栓点连接花岗石幕墙已有二十多年历史，我国在二十世纪九十年代开始使用。1998年建成的上海中银大厦（浦东国际金融大厦）高235m，+139m以下采用了背栓点连接花岗石幕墙，复盖主体结构表面15000m2，花岗石幕墙（其构造型式为凸梯形与凸矩形组合）展开面积22000m2，使用了约3万块花岗石，6万个背栓，花岗石尺寸为（H×B）2.05m×0.3m，花岗石幕墙最高点为139m。1999年建成的上海交银大厦采用的背栓点连接花岗石幕墙最高标高达196m，全国还有很多工程采用了背栓点连接花岗石幕墙，总用量超过100万m2。“实践是检验真理的唯一标准”，在建造这些

3、幕墙时，除按惯例进行风压变形，空气渗透，雨水渗漏三项物理性能检测外，还对背栓和背栓锚固石材的连接部位进行了背栓拉伸试验，背栓锚固石材的拉拔试验，背栓锚固的长期（8500h）静载抗剪、抗拉试验，背栓锚固的疲劳试验，以及背栓点连接花岗石幕墙的抗震性能振动台试验，积累了大量试验参数，证明了背栓点连接花岗石幕墙有很高的可靠性，同时找出了局部构造改进的方向。下面进行详细讨论：1.背栓拉伸试验。从调查资料看出，背栓的材质与A2-70不锈钢螺栓相近，其极限抗拉强度接近700N/mm2，非比例伸长应力大于480N/mm2，一颗12mm（8mm、6mm）背栓应力截面积为84.3mm2 (36.6mm2、20.1

4、mm2，其极限拉伸强度为59KN(25.6KN、14KN是背栓锚固石材拉拔力的2.5倍10倍,也就是说背栓锚固石材只会是石材冲切破坏，因此只要选对背栓的钢号就行了。2.锚固件抗拉拔承载能力试验，从试验情况看背栓与石材的锚固处全部是石材冲切破坏，破坏状态为石材锥度破坏，影响破坏的因素有背栓直径，背栓锚深，石材本身强度，其中锚深影响最直接，而且当锚深等于小于12mm时，承载能力破坏的离散性较大，经回归统计，抗拉拔承载能力按锚深的指数1.5增长，基材强度对抗拉拔承载能力按指数0.5增长，6mm背栓连接抗拉拔承载能力为4.5KN8KN，8mm背栓抗拉拔承载能力为5KN10KN，12mm背栓抗拉拔承载能

5、力为6KN12KN。上述为承载能力标准值，即将拉拔试验结果进行数理统计，将平均值减去1.645倍标准差，前述锚深12mm离散性较大，其标准差也大，按fK=f-1.645f计算已考虑了离散性，不必再用系数折减。其设计值fTV=fK/2.143/2。.对只进行了石材抗压（抗弯）试验的工程可用应力法计算抗剪强度：=P/*h/cos*(D+h*tanfT3、锚固件锚固的长期静载试验锚固件长期静载试验，测试背栓锚固不同强度的基材在长期静载下的位移松动及徐变性能，设计试验时间为一年（8500H），试验分长期荷载抗剪试验和抗拔试验，抗剪试验是指背栓在承受荷载抗剪作用下经8500H后，对受拉试件做极限拉拔力试

6、验与未经长期荷载试验的试件作对比，试验结果说明抗剪性能良好，除加载初期观察到较小因装配间隙位移（0.3mm）外未见其他破坏，在长期抗拉拔试验中未见破坏和明显位移。说明背栓与石材的连接即使在长期外荷载下作用也有很大的可靠性。4、锚固件锚固的荷载疲劳试验，即反复荷载的疲劳试验。在正压300万次+负压300万次往复动力载荷耐疲劳度试验中，对带尼龙塑料套垫的背栓在栓与孔之间起到三向隔震减震效应，在冲击作用下起到缓冲作用，使背栓锚固连接部位在数百万次强劲往复动力荷载耐疲劳试验中未见损坏和明显位移，而单切面背栓由于背栓本身活动，在往复动力的压、拉作用下，最差的在126次负压破坏，因此可以看出背栓最好要带尼

7、龙套垫，并采用双切面即背栓与石材要首先紧固。5、抗震试验华南城建学院抗震中心、中国建筑科学研究院、中国水科科学研究院进行多次石材幕墙抗震性能振动台试验。试验结果表明在地震加速度0.6g以下（相当于烈度9.7度）时一切正常，华南城建学院抗震中心试验中发现在0.6g时背栓有松动迹象，0.8g时（相当于烈度10度）幕墙挂勾有脱出横梁的可能，经分析是主要是栓孔未按公差要求加工，采用单切面无尼龙套垫的背栓，幕墙组件的挂勾与横梁搭接量小于6mm。其他试验采用了带尼龙套垫的双切面背栓，幕墙单元组件挂勾与横梁搭接高度大于10mm，即使在0.9g（相当于烈度10.2度）、层间变位达到1/54时，背栓点连接花岗石

8、幕墙仍完好无损，而且经过抗震试验的试件背栓与石材锚固处的石材抗拉拔能力与未经抗震试验的试件几乎没有区别。从以上试验可以看出，背栓式点连接花岗石幕墙在规范规定的使用范围（68度区）时，可以采用无尼龙塑料套垫的单切面背栓，当用于9度区及9度以上烈度区时，应采用带尼龙塑料套垫的双切面背栓。幕墙组件挂勾与横梁的搭接高度应不少于10mm。二、设计与计算1、构造设计首先要树立一个概念：背栓是一个紧固件，它把石材和石材幕墙组件中的连接件联结在一起，它属于可以自由拆卸的紧固件，连接件可按需要即按照每幅幕墙中与石材幕墙相组合的玻璃（金属）幕墙的构造相匹配的构造要求来设计连接件。例如和外插式隐框幕墙（小单元幕墙）

9、相组合时可采用与外插式相匹配的连接件，用背栓将石材固定在外插式付框上。石材与连接件的连接，视石板材尺寸和构造要求可采用一个背栓、两个背栓、四个背栓等。当采用一个背栓时，孔一般应位于板中心，孔中到板边距离不大于300mm，板与连接件还应采用4个尼龙螺栓顶住板内侧，保持板的稳定。当采用二个背栓时，孔中到板顶边距离不大于400mm，至侧边不大于300mm，在背栓两侧用尼龙螺栓顶住板内侧，保持板的稳定。当采用四个螺栓时，孔中到板边距离不大于250mm。背栓及孔的构造要求如下表： 表1型 号钻孔直径锚固深度连接螺栓最大锚固厚度底孔直径最小板厚FZP11×12M6/3A41112M6313.52

10、0FZP11×12M6/9A41112M6913.520FZP11×15M6/6A41115M6613.528FZP13×15M8/4A41315M8415.528FZP13×15M8/25A41315M82515.535FZP13×20M8/10A41320M81015.535FZP13×21M8w/5A41321M8515.535FZP13×21M8w/20A41321M82015.535FZP11×19M6/6kt/3AL111014M6313.520FZP11×21M6/6kt/4AL111216

11、M6413.520FZP13×24M6/6kt/3AL131519M8315.530FZP13×26M8/6kt/5AL131721M8515.534FZP11×21M6/ES/4AL111216M6413.520FZP13×24M8/ES/4AL131519M8415.530背栓与石材锚固部位的施工质量的重要一环是极限（公差）配合的确定和检验，要求孔位偏差±0.5mm，孔距偏差±0.5mm，孔距与孔位偏差之和不得大于±1.0mm，孔径(68mm+0.4mm、-0.2mm，孔深+0.4mm、-0.1mm，底部扩孔直径

12、7;0.3mm。2.设计计算A. 一块板用一个背栓P=qA=（P/t2）*0.5456Ln(0.64L/t+1.062fT 或 =（P/t2）*1.2563lg(0.64L/t+1.062fT u=C×(P×L2/E×t3 表2 LX/LY(LY/LXC1.00.12651.10.13811.20.14781.40.16211.60.17141.80.17692.00.18033.00.1840.1849=P/*h/cos*(D+h*tan式中: LLX、 Ly 中较小者（mm）； t 板厚（mm）；D锚孔直径（mm）； h锚孔深度（mm）。B. 一块板用两个背栓

13、锚固，可简化为两端带悬臂的简支板计算MA=MB= qa2/2R=qL/2M=qL2/8×14×（a/L）2uC=uD=qaL2/24EI1+6（a/L）2+3（a/L）3u=qL4/384EI5-24（a/L）2=R/*h/cos*（D+h*tan）C 一块板用四个背栓锚固，按四角支承板计算 =6mqL2/t2 式中： LLX、Ly中较大；m弯距系数。=（qa/4*1.25）/*h/cos*(D+h*tan表3 弯距系数表 LX/LYm0500130405501320060013390650136107001384075014080800143508501464090014

14、940950152610001559表4 天然花岗石板强度分级表 Nmm2t等级强度标准值抗弯强度设计值fr抗剪强度设计值ftv弹性模量E线胀系数泊松比抗压抗弯MU11011083.71.90.8*1040.8*10-50.125MU13013094.22.1MU150150104.72.31*104MU170170115.12.6MU190190125.62.8MU210210136.13.01.1*104MU230230146.53.3MU250250157.03.5MU270270167.53.8MU2902901784.0例1 MU110级(抗弯强度标准值8N/mm2花岗石500mm*

15、500*30mm，用背栓11*15M6一个，验算花岗石抗弯强度、抗剪强度。WK=4000N/m2, qEK=336N/m2, 。解：风荷载设计值 W=1.4WK=1.4*4000=5600N/m2地震（作用）设计值 qE=1.3qEK =1.3*336=437N/mm2荷载（作用）组合设计值 q=1.0 W+ 0.6 qE =1.0*5600+0.6*437=5862N/mm2石板抗弯截面最大设计正应力值=（P/t2）*0.5456Ln(0.64L/t+1.062=（1466/302）*0.5456ln(0.64*500/30+1.062=3.83N/mm2>3.7N/mm2 或 = （

16、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级(抗弯强度标准值9N/mm2花岗石fT=4.2N/mm2石板抗剪截面最大设计剪应力值=P/*h/cos250*(D+h*tan250=1466/15/cos250*3.14159*(13.5+15*tan250=1.38N/mm2<1.9N/mm2例2上例条件1000mm*1000*30mm花岗石，背栓11*15M6四个，验算花岗石抗弯强度、抗剪强度。解： 板长宽比 LX/LY=0.7/0.7=1

17、 查弯距系数 mOY=0.1559石板抗弯截面最大设计正应力值=6mqLY石板抗剪截面最大设计剪应力值=qa/4*1.25/*h/cos*(D+h*tan=(5862/4*1.25/(15/cos250*3.14159*(13.5+15*tan25o=1.72N/mm2<1.9N/mm2例3用MU130级(抗弯标准强度9N/mm2的花岗石300mm*2050mm*30mm,两个13*15M8背栓各距板端400mm,WK=3500N/mm2，验算花岗石抗弯强度、抗剪强度。解：石板自重标准值 GK=28000*0.03=840N/m2地震作用标准值 qEK=emaxGK=5*0.08*840

18、=336N/m2 面荷载（作用）组合设计值 q面=1.4W+0.78 qEK =1.4*3500+0.78*336=5162N/m2线荷载（作用）组合设计值 q线=b q面=0.3*5162=1549N/m2背栓处支座反力 R1=R2= q线L/2=1549*2.05/2=1588N弯矩M=qL2/81-4(a/L2 =1549*1.252/8*1-4*(0.4/1.252=178.619N/m=178619N/mm石板截面抵抗矩 W=bt2/6=300*302/6=45000mm3石板抗弯截面最大设计正应力值 =M/W=178619/45000=3.97N/mm2<4.2N/mm2石板

19、抗剪截面最大设计剪应力值=R/*h/cos*（D+h*tan）=1585/15/cos250*3.14159*(15.5+15/tan25o=1.37N/mm2<2.1N/mm2 三背栓点连接花岗石幕墙用于复杂部位连接设计假设造型为有五个凸角，三个凹角组成的装饰线，用背栓将石材紧固在五个连接件上顺利完成了装饰要求，这对钢销、钢勾是无法完成的。四背栓点连接花岗石幕墙的施工要求背栓式干挂石材幕墙是在石材背面钻成燕尾孔与凸形胀栓结合然后与龙骨连接，并由金属支架组成的横竖龙骨通过埋件连接固定在外墙上。 背栓式外墙干挂石材是近几年从国外引进的施工工艺，它具有以下优点：第一，背栓式干挂石材，由于每块

20、石材均有四个背栓式挂件，每个挂件都均匀承受石材重量且石材挂件与龙骨挂件间接触面积大，相应的强度和稳定性好。因此它可适用于高层和超高层外墙饰面。 第二，背栓式干挂石材，因各个挂件均承载石材重量破裂后石材不易脱落且易于更换。 第三，背栓式干挂石材表面清洁，不易受污染，而且用水泥砂浆粘结石材表面因受水泥浆侵蚀易变色形成色差。 1、施工准备1.1 石材选择 石材幕墙使用的材料应符合国家现行产品标准的规定，要求具右耐侯，耐火和抗风化性能。 由于本工程外墙挂石石材用最人，为防止出现色差和供货能力，由业主带队到相关厂家进行实际考察，确定石材加工厂生产的代号为山东鲁灰的火烧花岗岩石材，厚度为25mm。 1.2

21、 外脚手架要求 龙骨安装阶段利用主体围护封闭脚手架，挂石安装阶段由于围护脚手架离墙30mm左右，无法满足挂石安装要求，所以挂石安装阶段采用吊挂脚手架，在9层、12层、16层和21层屋面外伸133钢管牛腿，钢管从墙面外伸出1.5米，墙里侧用吊环将钢管固定在楼板上，吊挂用16园钢制作，吊挂安装要进行荷载计算和加荷试验，确认安全后才允许使用。 2、主要分项工程的施工方法与技术措施2.1 施工工序 2.2 放线定位 将土建方提供的基准中心线、标高线进行复测，无误后根据图纸给出的横、竖龙骨的位置和轴线放钢线，定出横、竖龙骨位置和石材幕墙位置。先由中间向两端测录，然后由两端向中间复核尺寸。放出的横、竖龙骨位置线误差心符合设计要求。 根据放线位置，寻找预埋件，如果预埋件没有即补打埋件，补打埋件用一块10mm厚钢板和418膨胀螺栓，钻孔后加环氧树脂膨胀螺栓拧紧引并将螺母与螺栓点焊。 2.3 龙骨安装 从结构上实现先立竖框(正12镀槽钢，后上横框(L50×5镀锌角钢竖框定位后再装横框，将能很好的保证横竖框的直线度和横框的伸缩缝，安装顺序是先下后上。龙骨安装完要进行全面检查，尤其是横、竖框中心线，必须用仪器对横、竖龙骨进行调整。 2.4 石材挂件的安装 铝合金挂件的定位、安装是可更换背栓式石材幕墙安装中至关重要一环，它位置是准确与否直接关系到石材幕墙