淺析建筑領(lǐng)域中石材的發(fā)展及運用

鄧百舒，柯余祥

（中國機(jī)械工業(yè)第三設(shè)計研究院 重慶 400039）

引言

人類的文明發(fā)端于居住，而居住場所的獲得依靠建筑，建筑又需要建筑材料。在漫長的歷史進(jìn)程中，人們不斷選擇、研究身邊的各種自然物，并進(jìn)行力所能及的加工，使之成為建筑材料，例如木材、石材等等。在多次的建造經(jīng)驗中，建筑空間的需求不斷地考驗著各種建筑材料以及配套的成型工藝。反過來，新材料的出現(xiàn)又會大幅度的改變建筑本身、以及人們對于建筑的認(rèn)識。天然石材、木材及泥土并稱為歷史最為久遠(yuǎn)的建筑材料，其基本滿足易于獲取、易于加工成型、易于運輸、力學(xué)性質(zhì)優(yōu)良、耐久。具體說來，木材在大部分易于獲取的地方，所以得到了廣泛使用；在那些缺乏木材的地區(qū)如埃及等，泥土取而代之。然而在幾乎所有人類文明中，石材都是廣泛使用的建筑材料。追求永久、唯一，永遠(yuǎn)是人類內(nèi)心的欲望，在相當(dāng)長的歷史時期中，只有石材可以滿足這種要求。

時至今日，天然石材、泥土與木材依然沒有退出使用，在建筑市場中占據(jù)重要的位置。在人類使用石材的漫長歷史中，石材的使用目的發(fā)生了很多變化，并且仍然在繼續(xù)變化。與此同時石材加工工藝也在不斷的發(fā)展，石材加工能力越來越強、成本越來越低、精度越來越高。石材用途的變化要求石材加工工藝進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，石材工藝的發(fā)展也促進(jìn)了石材用途的擴(kuò)展，甚至改變了建筑的形態(tài)。可以說，一部建筑石材工藝的歷史，就是半部建筑史。在這些歷史的背后，更加需要詳細(xì)的了解并研究石材技術(shù)與建筑創(chuàng)造的應(yīng)用。

1 建筑石材的種類及特點

建筑石材是由天然巖石經(jīng)過人工開采和加工而成，分為整形石材和散粒石材兩類。

1.1 整形石材(squared Stone)

整形石材是經(jīng)人工加工成一定形狀的石材，包括塊材、板材和石制品。塊材主要用于砌筑大型建筑的基礎(chǔ)、堤壩、橋墩、鋪筑路面、橋面或作路邊石等。板材和石制品主要作為裝飾材料，用于外墻面、柱面、地面、臺階板、樓梯板、踢腳板、窗臺板、窗框、門楣板及建筑裝飾花雕和裝飾小品等。

人類利用天然石材作建筑材料有悠久的歷史。希臘在公元前5世紀(jì)就開采、加工和應(yīng)用大理石。意大利著名的比薩斜塔全是用大理石建成的，總重達(dá)14.45萬噸。中國明、清故宮宮殿的基座，欄桿都是用漢白玉大理石建造的。隨著天然石材的開采和加工技術(shù)的進(jìn)步，產(chǎn)品規(guī)格不斷增大，質(zhì)量不斷提高?，F(xiàn)在已可生產(chǎn)200cmx200cm的大型墻面裝飾板材。發(fā)達(dá)國家為適應(yīng)高層建筑的需要，發(fā)展薄型石材飾面板，厚度從20mm降至8、10、11mm， 板 面 尺 寸 為 400mmX200mm、300mmX300mm、300mmXl50mm，板面經(jīng)拋光可達(dá)到鏡面光澤。目前，應(yīng)用最廣的有大理石板材和花崗石板材。

大理石板材有白、黃、灰、綠、黑等色澤，紋理美觀，主要供室內(nèi)外建筑裝飾用，以室內(nèi)為主，世界著名大理石品種有中國的漢白玉、丹東綠、雪花白、墨玉、意大利的卡拉拉白、石灰黃、維曼拉紅、西拉黃等。

花崗石板材有淡灰、淡紅、內(nèi)紅、青灰、灰黑、白黑等多種。按花崗巖的晶粒大小和組成可分為：“偉晶”、“粗晶”和“細(xì)晶”三種，花崗巖的晶粒粗大，結(jié)構(gòu)不均勻，經(jīng)過磨光的花崗石板是性能優(yōu)良的建筑外墻面、柱面和地面裝飾材料。地面及建筑石也可大量使用粗面花崗石板

1.2 散粒石材（Granular Stone)

有砂、卵石、碎石等，主要用作砂漿、混凝土的集料和路基材料等。

2 現(xiàn)代社會建筑石材典型運用——石材幕墻

當(dāng)代建筑技術(shù)的重要成就之一就是若干建筑子體系的明確分工。在這個趨勢下，石材喪失了作為結(jié)構(gòu)材料的比較優(yōu)勢，僅僅保存了作為地面、墻面材料的傳統(tǒng)認(rèn)同與相對優(yōu)勢。這種情況下，石材作為簡單裝飾材料登場，其墻面裝飾體系——石材幕墻應(yīng)運而生。

石材干掛幕墻技術(shù)經(jīng)過30余年發(fā)展，產(chǎn)生了多種形式。主要的類型有：

2.1 “針銷式”和“蝴蝶片式”

“針銷式”和“蝴蝶片式”石材干掛系統(tǒng)，上下板塊之間采用針銷(或蝴蝶片)連接，結(jié)構(gòu)簡單，施工方便。但石材上下板塊間相互關(guān)聯(lián)，要移動或更換一塊石材板塊必須牽動周圍的板塊，不具備獨立更換功能，對于石材的維護(hù)十分不利；石材受力點集中在針銷(或蝴蝶片處)，受力面積較小，安全性較差，安裝過程中，石材槽口需現(xiàn)場灌注云石膠固定，不適用于冬季嚴(yán)寒地區(qū)施工；受石材固定方式(計算模型)的影響，不適用于大規(guī)格石材板塊幕墻。

2.2 “背栓式”

施工方法是在每一塊板的背面固定，板與板之間沒有聯(lián)系，因而不會產(chǎn)生相互連接而造成的不可確定性應(yīng)力積累和應(yīng)力集中，受力簡潔明確，在正常使用狀態(tài)下能充分利用板材的抗彎強度，是真正意義的獨立承級。其材質(zhì)體積輕便，通過高壓靜電由粉末噴涂，有耐腐蝕、耐高溫、挑老化、體積輕便等特點，并能通過靜力計算得到精確的承載能力，從而控制了破壞狀態(tài)。當(dāng)主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大位移或溫差較大時，不會在板材內(nèi)部產(chǎn)生附加應(yīng)力，因而恃別適于高層建筑和航展建筑，體現(xiàn)出柔性結(jié)構(gòu)連接的設(shè)計意圖。對石材鉆孔設(shè)備要求高，成本相對較高，且抗震性能較差。

2.3 單元式石材幕墻體系

采用鋁合金龍骨制作，以一個橫向分格及一個樓層高度為基本的幕墻單元。在車間加工組裝成一個完整的板塊后，運往工地安裝。因為該體系大部分工作在工廠進(jìn)行，所以加工和組裝質(zhì)量能得到保證，且可統(tǒng)籌安排施工計劃，能大大減少施工周期。但因單個石材板塊一般在1200mmX3700mm左右，質(zhì)量很大，給施工過程中的吊運和安裝提出了很高的要求，需要專用的吊運和安裝設(shè)備，而且成本較高。

2.4 組合式石材幕墻體系

在傳統(tǒng)石材幕墻設(shè)計的基礎(chǔ)上研究開發(fā)出石材幕墻新技術(shù)——組合式石材幕墻。該體系通過合理的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造設(shè)計，使石材板塊彼此獨立，可隨時拆卸和安裝，使石材幕墻易于維護(hù)；通過合理布置連接點的數(shù)量和位置，改變石材板面的受力模型，使石材幕墻系統(tǒng)更加安全可靠，同時能適用于大規(guī)格石材板塊幕墻及減小石板的設(shè)計厚度；采用雙道密封設(shè)計，使石材幕墻可在嚴(yán)寒地區(qū)冬季施工，適合于國內(nèi)大部分地區(qū)四季施工。該體系以一個橫向分格和一個豎向分格為基本單元，一般板塊大小在1.2m左右，質(zhì)量輕、安裝方便，且具有單元式石材幕墻的優(yōu)點。附框制作與現(xiàn)場龍骨安裝可同時進(jìn)行，合理安排作業(yè)計劃，可大大縮短工期。

石材幕墻工藝的發(fā)展與建筑自身的特性息息相關(guān)，建筑空間的要求、建筑環(huán)境的要求、建筑視覺效果的要求都是石材幕墻技術(shù)重要的邊際條件。促使幕墻技術(shù)進(jìn)步的原因，包括成本壓力、工程質(zhì)量的壓力、與其他體系配合的問題。例如結(jié)構(gòu)方面要求質(zhì)量輕、定位準(zhǔn)確，這樣才能建成穩(wěn)定可靠的石材幕墻?？臻g方面要求幕墻盡量“瘦”、“薄”，這也是衡量石材幕墻技術(shù)的重要因素。石材幕墻涉及的多種材料，如石材、金屬、化學(xué)膠、水泥砂漿、塑料等彼此存在穩(wěn)定接合的問題，如何解決這些問題也一直推動著建筑工藝的設(shè)計向深化方向發(fā)展。建筑師在考慮技術(shù)應(yīng)用策略時，結(jié)合結(jié)構(gòu)體系、空間體系進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓に囋O(shè)計是整個工程成功的關(guān)鍵。

3 建筑石材發(fā)展前景問題探討

社會、經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，生活水平的不斷提高，人們對提高建筑功能質(zhì)量、檔次的要求也越來越強烈，文化回歸，崇尚自然和天然材料，使得對天然石材必然會有更多的需求。

天然石材由于具有不可替代的材質(zhì)特性，仍將倍受人們的喜愛。它本身的質(zhì)感是其他任何合成材料、復(fù)合材料都不能相提并論的。

特別是建筑外墻，到目前為止，仍然缺乏一種理想材料，而天然石材有著耐久、美觀，易清洗，耐酸雨等特點集一身，應(yīng)用前景看好。

從節(jié)能的需要出發(fā)，石材的加工生產(chǎn)比水泥混凝土耗能少，適合邊遠(yuǎn)山區(qū)發(fā)展。

從利用廢渣的趨勢看，建筑墻體將越來越多使用由工業(yè)廢渣、粉煤灰等制作的建材制品作墻體，必然會對人體健康帶來一定影響，如用木、石材裝飾則可彌補廢料的影響，也必然會越來越多地使用石材這種天然材料。

石材產(chǎn)品質(zhì)量本身的不斷提高，必將有利于推廣應(yīng)用。

應(yīng)用技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，設(shè)計水平的提高，專用施工機(jī)具的配套開發(fā)，都有利于促進(jìn)天然石材的應(yīng)用。為此，要加強石材應(yīng)用技術(shù)和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化的研究，裝飾設(shè)計、色彩選擇、配套產(chǎn)品材料專用機(jī)具等研究與開發(fā)，甚至產(chǎn)品規(guī)格系列要與建筑產(chǎn)品(如廚房、衛(wèi)生間等)標(biāo)準(zhǔn)配套，標(biāo)準(zhǔn)化、系列化。

不斷擴(kuò)大應(yīng)用領(lǐng)域。培育石材市場，有利于石材大量的應(yīng)用。目前生產(chǎn)廠家多，批量少，花色品種在應(yīng)用時往往受到影響，因此生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)聯(lián)合起來，互相配合，通過建設(shè)一個“市場”，調(diào)劑余缺，共同培育市場。同時發(fā)展社會化服務(wù)和加工，使用戶感到很方便，才有可能廣泛應(yīng)用。

石材加工企業(yè)要按照市場經(jīng)濟(jì)規(guī)律，走集團(tuán)化集約化經(jīng)營之道。

結(jié)語

對于石材來講,在建筑師的巧妙安排下,石材的自然屬性被從各個側(cè)面予以詮釋,或重或輕、或精致或粗糙,建筑不再只是人們心目中單一的重量感,似乎一切變得皆有可能。于是我們就看到了巴塞羅那德國館中石材令人賞心悅目的天然色彩和圖案、瘋狂的西班牙建筑師高迪使米拉公寓中堅硬的石材具有了流動性，而在威尼斯總督府的墻面上,菱形的圖案和打磨的平整又使石材失去了往日的重量感。

現(xiàn)代建筑中，雖說幾乎是鋼筋混凝土一統(tǒng)天下，但是也不乏石材運用的佳作出現(xiàn)，而且隨著世界建筑多元化局面的出現(xiàn)，一些建筑師突破現(xiàn)代建筑的常規(guī)，從事建筑技術(shù)及材料的表現(xiàn)，并將其與建筑藝術(shù)有機(jī)的融合，使石材呈現(xiàn)出現(xiàn)代性的特征。

[1]中國建筑材料科學(xué)研究院.綠色建材與建材綠色化[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003:191一192.

[2]何琦,周吳鋒,等.建筑石材的發(fā)展歷史與趨勢[J].山西建筑,2006,(5).

[3]陳楠.談建筑石材[J].南方建筑,2005,(3).