铝系统石材幕墙设计思考

 1.概述

  幕墙工程作为建筑工程的重要组成部分，是整个建筑外观的最终表现。幕墙设计的好坏也直接影响着建筑意图的实现，所以，对我们幕墙设计师来说，幕墙不仅仅是一个建筑的外围护结构，还是为建筑加分添彩的魅力衣裙。

  石材幕墙是指由石板做面板的幕墙，面板石材可根据建筑总体效果要求，采用合适的颜色、质地和厚度的石材成品。石材幕墙易于与玻璃和其他装饰协调，外墙整体效果美观，颜色均匀一致并耐久，目前正越来越多地被用于高级宾馆、饭店、商业写字楼、办公楼等外墙面的装饰工程；住宅及小型会所更是偏爱简洁又有质感的石材幕墙饰面。饰面石材干挂法施工作为现代建筑装饰技术正在我国逐步推广。石材干挂法就是利用金属连接件和龙骨，将石材面板安装在建筑物表面的一种施工工艺。它较传统的湿作业具有连接可靠，抗震性能好的优点；干挂时可以不受环境温度及气候的控制，提高工作效率；安装精度高，装饰效果好、减轻建筑物自重；免受水泥砂浆及胶合剂的化学腐蚀、渗透作用而使石材外表变色、脱落等引起不良后果。随着石材幕墙干挂法施工工艺的不断推广应用，如何设计更好的安装方式值得研究和探讨。

  2.目前行业中石材幕墙设计现状

  目前行业中石材幕墙做法主要分为密胶系统石材幕墙和开放系统石材幕墙。密胶系统石材幕墙为传统型式石材安装方法，主要是以石材面板缝隙之间填充的密封胶来起到防水、密闭的效果，石材内部为干挂件和立柱、横梁等骨架；外墙面或内墙面做保温材料。鉴于成本的考虑，采用密胶系统的石材幕墙内部的墙面一般是不做防水层的，防水的任务由石材面板和胶缝来承担，所以规范对石材面板的吸水率有着严格的控制(石材吸水率应小于0.8%),对石材专用耐候硅酮密封胶要求必须有与石材相容性的试验和报告，且固化后的变位承受能力≥50%。相比于密胶系统石材幕墙，开放系统石材幕墙最大特点是面板缝隙之间不填充密封胶，石材面板层不防水。依靠石材面板层内部做防水板来起到防水层的作用。石材面板层背后空气层能顺畅流通，可以起到良好的隔声效果，也能够使石材面板层背后的冷凝水挥发掉。

  从石材幕墙安装结构形式划分，石材幕墙安装形式有钢销式、通槽式、短槽式、背栓式等。以上类型均可以用在密胶系统石材幕墙中；从美观角度考虑，背栓式常用于开放系统石材幕墙中。钢销式、通槽式、短槽式安装方式均需要对石材边部开孔或开槽，相邻石材之间传递荷载，板块容易产生应力集中而破坏。而背栓式安装方式仅需要对石材背面开扩孔，植入背栓件，各个板块独立，相互无荷载传递，石材受力较好。

  幕墙工程并非安装完成就万事大吉了，因为它是建筑的脸面，是要在一定设计年限内用来美化建筑的，所以，幕墙的后期维护也非常关键。虽然现在行业中采用的无污染石材专用密封胶已经开始推广，但是由于石材天然存在的孔隙率，专用胶的成本较高，施工中石材面保护不到位等原因，密胶系统石材幕墙中石材面在使用了一段时间以后被污染的现象屡见不鲜（图1）。以至于一些想用石材幕墙的业主和建筑师“谈胶色变”。 开放系统石材幕墙的出现解决了胶对石材污染的问题，将防水层置于内部也解决了幕墙防水性能的问题，但是“面板+挂件+挂座+转接件+防水板+龙骨”的数层构造比较复杂（图2），且需要占用很大的构造空间，对于一些建筑给的小构造空间的幕墙几乎难以适用，而且后期幕墙内部防水板的渗漏也难以检查和维修。

图1

注：图片来源于网络

图2

  通过以上分析，我们可以看出：

  （1）密胶系统石材幕墙防水构造简单，后期维护方便；但石材面板易污染，长时间使用后外观效果较差；安装构造空间小，造价较低。

  （2）开放系统石材幕墙防水构造复杂，后期维护不易；石材面板无污染，外观效果好；安装构造空间大，造价较高。

  综上，我们提出一种能尽可能综合两类系统石材幕墙优点，又可以规避它们缺点的一种新型安装工艺。

  3.铝系统开放石材幕墙的设计理念

  铝合金型材以其高精级的加工尺寸、可塑性强以及耐候性能稳定等特点在幕墙工程中大量运用。铝型材主要是工厂化加工，现场拼装施工，易于控制精度，安装效果优异，能有效提高幕墙的档次。不论是用于玻璃幕墙、金属幕墙，还是石材幕墙，都可以起到良好的使用效果。

  铝系统开放石材幕墙的主要原理是利用建筑墙面做好防水层，发挥铝合金材料的耐候性能稳定的优势，通过连接件和铝合金龙骨将石材面板固定到建筑结构上。该系统有如下特点：

  （1）建筑墙面做防水层，平整度及连续性较好；防水材料可以选择造价较低的防水涂料，工艺简单，交叉作业面少，防水性能可靠。

  （2）铝合金龙骨工厂加工精度高，现场只需要做好装配工作。虽然龙骨暴露在空气中，但是铝合金型材本身耐候性能好，无需考虑腐蚀问题；而且没有了传统防水板的干扰，龙骨的安装调节十分方便，龙骨的安装精度可以做到很高。

  （3）石材面板通过不锈钢背栓固定于铝合金挂件上，调节好挂件的平整度，将挂件连同石材面板挂接到特殊定制的铝合金横梁上，调节好面板位置后，锁紧挂件。安装调节工序少，安装简便，施工速度快。

  （4）石材面板之间不打密封胶，没有后期的胶污染问题；面板通过背栓安装，板块之间相互独立，无挤压传力，石材面板破坏率低，大大提高石材幕墙的安全性能。

  铝系统开放石材幕墙的安装节点见图3~图8。

图3 石材幕墙标准横剖节点

图4 石材幕墙标准竖剖节点

图5 石材幕墙连接主体横剖节点

图6 石材幕墙连接主体竖剖节点

图7 石材幕墙窗侧收口节点

图8石材幕墙窗顶底收口节点

  铝系统开放石材幕墙将防水层置于石材内部的外墙面上，无需在石材面板背后增加防水板构造，省去了部分安装环节的难度，降低了工程造价。防水层连续一体施工，工艺成熟，施工简单，防水性能好，后期维护工作少。石材面板间无密封胶后期污染，石材面美观，可以很好的实现建筑师的创作理念。减少防水板构造后，石材龙骨及连接件的可调节空间充分，小构造空间的幕墙也可以做出开放石材幕墙。同时，采用铝合金龙骨和连接件，有效的起到了耐候、防腐的作用，且安装精度可以控制的很高，幕墙面平整度较好。各个环节对精度的精准把控，就可以在挂接面板时省去大量误差调节的工作，现场施工速度非常快。

  另外，该系统中钢角码穿破墙面防水层的位置，后补防水是关键，须防止雨水在此位置渗透入墙面中，造成防水失效。钢角码为热镀锌件，开孔及焊接位置需做好防腐处理。石材背栓孔要采用专用开孔工具，孔深要一致，背栓安装深度一致，保证挂件的尺寸一致。

  4.铝系统开放石材幕墙的设计探索及经验得失

  铝系统开放石材幕墙以其高精度、高平整度、耐腐蚀、无污染等优点，对提高项目品质方面起到了积极的作用。近期我们设计的一个企业会所项目就是以此铝系统开放石材幕墙的作为设计试点。该企业会所总建筑面积约3000㎡,幕墙高度10.8m，地上二层，地下一层。项目由两栋长方形建筑及中间连廊组成，定位为商务会议接待中心。整个建筑风格符合江南水乡白墙黛瓦的建筑特色，立面以白色石材墙面为主，局部玻璃幕墙外加小窗点缀；屋顶为黑色金属板檐口，屋面为装饰钢格栅。项目幕墙主要类型包括：开放式石材幕墙，框架式玻璃幕墙，铝板幕墙，格栅屋面，玻璃雨篷等。（图9）

图9 会所立面效果图

  因整个建筑石材墙面为白色石灰石，孔隙率比较高，建筑师要求石材幕墙采用开放式石材，避免打胶后期带来的立面污染问题。且项目工期短，要求注重品质。针对项目特点，我们采用了铝系统开放石材幕墙的做法。

  石材面板采用35mm厚石灰石，最大板块1250 mm *1000mm，采用4个M8不锈钢石材背栓固定铝合金挂件。施工中先按图纸设计要求放线，安装铝合金立柱，调节准确以后再安装铝合金横梁，调节准确以后直接挂装石材面板，定位螺钉锁死。由于前期做好了精度控制的工作，所以后期安装面板非常方便。（图10~12）

图10 横梁与立柱安装节点

图11 面板挂件与横梁安装节点

图12 局部面板安装效果

  但是，施工中也存在一些问题，比如，部分型材连接处未按要求在局部加厚部位打螺钉，型材受力不好（图13）。局部板块因为加工精度不够，导致石材挂件不平整，挂装效果欠佳等。

图13横梁与立柱连接偏差

  从会所石材幕墙项目实际安装效果来看，整体观感良好（图14~17），面板总体平整度很高，而且按期完成施工交付，施工进度把控很好。型材开孔主要在工厂加工完成，精度容易控制，现场全部为装配式施工，现场管理方便，作业面更容易展开，提高工作效率。

图14 完成实景照片

图15 完成实景照片

图16 完成实景照片

图17 完成实景照片

  针对在项目施工中发现的各类问题，将作为本系统后续深化方向的研究重点，进一步缩小图纸和施工之间的差距，让图纸更加适合施工，才能完美的呈现出我们想要的效果。

  5.结语

  随着技术的进步，材料种类的增加，设计师手法的风格也呈现出多样化，异型、曲面、多面体等等幕墙形式也越来越多，幕墙的构造连接也不仅仅是以哪一种为准。只要能满足安全、经济、施工便利等可行的连接做法，都可以成为一种行之有效的连接手段。本文通过对石材幕墙的安装系统进行分析，希望给遇到类似项目的同行们提供一点新的思路。