石材幕墻典型風(fēng)險(xiǎn)分析及對(duì)策

劉學(xué)霈，王超，劉發(fā)令，潘光永，陳宇強(qiáng)，曹玉

（中國(guó)建筑科學(xué)研究院有限公司，北京 100013）

1 引言

我國(guó)建筑幕墻自20 世紀(jì)80 年代后期開(kāi)始出現(xiàn)，近30 多年來(lái)呈現(xiàn)出了大規(guī)模、高速度的發(fā)展態(tài)勢(shì)。石材幕墻的干掛工藝，打破了傳統(tǒng)的塊料鑲貼的局限性，石材幕墻在建筑工程中的應(yīng)用得到了迅速發(fā)展［1］。隨著建筑造型越來(lái)越復(fù)雜，石材幕墻技術(shù)難度不斷突破，而設(shè)計(jì)、加工制作、安裝施工及后期運(yùn)維過(guò)程中，缺乏統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，加工、施工技術(shù)人員水平偏低，也帶來(lái)不少安全質(zhì)量隱患，導(dǎo)致石材幕墻墜落等安全事故時(shí)有發(fā)生［2-3］。這就要求人們?cè)谠O(shè)計(jì)階段、施工階段、運(yùn)維階段加以控制，以確保石材幕墻的安全性。

2 石材幕墻典型墜落原因分析

根據(jù)石材幕墻墜落情況及構(gòu)造特點(diǎn)分析，石材幕墻損壞主要原因有石材面板破損、面板連接掛點(diǎn)位置損壞及特殊造型位置無(wú)加強(qiáng)措施等。

2.1 石材面板破損

面板強(qiáng)度達(dá)不到要求，在外部荷載作用下導(dǎo)致如圖1 所示石材面板局部破損。未考慮溫度應(yīng)力、沉降等因素造成如圖2 所示石材局部擠壓破損。

圖1 石材面板局部破損

圖2 石材面板擠壓破損

2.2 連接節(jié)點(diǎn)處失效

石材面板采用端面開(kāi)槽與掛件連接，在石材槽口位置強(qiáng)度被削弱，且連接點(diǎn)位置應(yīng)力集中，在外部荷載作用下易造成如圖3 所示掛件連接槽口位置石材崩裂［4］。

圖3 掛件連接槽口處崩壞

2.3 特殊造型位置無(wú)加強(qiáng)措施

石材面板拼接造型位置，石材尺寸往往很小，連接構(gòu)造尺寸不足，無(wú)法單獨(dú)安裝連接件，所以需要與其他大塊石材組合在一起，進(jìn)行整體安裝，石材組合僅采用膠粘無(wú)機(jī)械加強(qiáng)措施，造成如圖4 所示石材拼接的轉(zhuǎn)折部位開(kāi)裂脫落。

圖4 石材拼接的轉(zhuǎn)折部位開(kāi)裂脫落

3 石材幕墻風(fēng)險(xiǎn)防范建議

3.1 石材幕墻設(shè)計(jì)階段

3.1.1 石材幕墻面板選擇建議

石材在幕墻中的應(yīng)用，需要充分考慮其品種、厚度和適用環(huán)境等多方面因素。只有當(dāng)石材的品質(zhì)、規(guī)格和設(shè)計(jì)要求都得到滿(mǎn)足時(shí)，才能確保幕墻的施工質(zhì)量和建筑美觀。在石材的選用過(guò)程中，設(shè)計(jì)師和施工人員需要密切配合，根據(jù)實(shí)際情況選擇最適合的石材種類(lèi)和厚度。

根據(jù)JGJ 133—2001《石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，用于幕墻的石材彎曲強(qiáng)度應(yīng)高于8.0 MPa，吸水率應(yīng)小于0.8%［5］，宜選用花崗巖，這也限制了部分砂巖、石灰石等在石材幕墻中的應(yīng)用。

砂巖和石灰石因其天然的美觀性和質(zhì)感，深受廣大建筑師喜愛(ài)。然而，它們的強(qiáng)度相對(duì)較低，可能會(huì)在受到外力作用時(shí)出現(xiàn)破損或變形。為此，需要采取一些加固措施，以提高這些石材的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

若采用砂巖、石灰石等強(qiáng)度較低的石材，可通過(guò)加固方式來(lái)滿(mǎn)足其強(qiáng)度、吸水率等需求。

石材板材的加固可根據(jù)石材特點(diǎn)采用背網(wǎng)加固或滲透加固兩種方式。

背網(wǎng)加固是一種通過(guò)在板材背面粘結(jié)高強(qiáng)纖維保護(hù)網(wǎng)來(lái)提高板材強(qiáng)度的方法。這種加固技術(shù)采用環(huán)氧樹(shù)脂作為粘結(jié)劑，將纖維網(wǎng)與板材牢固連接。經(jīng)過(guò)烘干處理后，纖維網(wǎng)與板材形成一個(gè)整體，從而使板材的強(qiáng)度得到顯著提升。

滲透加固是指通過(guò)將滲透性強(qiáng)的環(huán)氧樹(shù)脂膠液滲透到板材表面的縫隙中，填充板材內(nèi)部的空隙。在烘干處理后，再進(jìn)行磨拋加工。滲透加固不僅可以提高板材的強(qiáng)度，還能改善其抗?jié)B性能。

3.1.2 石材幕墻連接系統(tǒng)選擇建議

石材幕墻發(fā)展至今，為適應(yīng)各種情況吸取了大量經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，石材掛接系統(tǒng)不斷更新?lián)Q代。本文總結(jié)出以下幾種典型石材幕墻連接系統(tǒng)。

1）銷(xiāo)釘連接系統(tǒng)

銷(xiāo)釘連接如圖5 所示，施工過(guò)程中需要使用專(zhuān)業(yè)的開(kāi)孔設(shè)備和連接件，使得工藝復(fù)雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。此外，這種固定方法還存在一定的安全隱患，如銷(xiāo)釘松動(dòng)、連接件老化等問(wèn)題，這種傳統(tǒng)的石材固定方法在現(xiàn)代建筑中已逐漸被淘汰。取而代之的是更為簡(jiǎn)便、安全、高效的安裝方式。

2）T 形掛件連接系統(tǒng)

在石材安裝領(lǐng)域，T 形掛件作為一種常見(jiàn)的連接方式，如圖6 所示，其在石材邊部開(kāi)槽進(jìn)行連接。一組掛件可以控制上下兩個(gè)板塊的固定。然而，這種連接方式T 形掛件的性能相對(duì)較差，容易出現(xiàn)松動(dòng)、磨損等情況，從而影響石材的穩(wěn)定性和安全性。其次，更為危險(xiǎn)的是，邊部開(kāi)槽后石材厚度減小，槽口位置的石材極易崩壞。這種情況可能導(dǎo)致石材破損、脫落，甚至造成意外傷害。此外，由于T 形掛件連接方式的局限性，更換性能較差，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，修復(fù)和更換的難度較大。目前極少項(xiàng)目采用，一些地區(qū)已提出禁止用于幕墻工程。

圖6 T 形掛件連接系統(tǒng)

3）SE 鋁合金連接系統(tǒng)

SE 鋁合金連接系統(tǒng)如圖7 所示由一個(gè)主掛件和兩個(gè)副掛件組成，由于其經(jīng)濟(jì)性好并具有板材獨(dú)立安裝、受力清晰，板塊之間不會(huì)發(fā)生荷載傳遞、有效解決熱脹冷縮及抗震等諸多問(wèn)題成為目前主流產(chǎn)品。但槽口位置石材極易崩壞需要在加工、施工時(shí)加以控制。

圖7 SE 鋁合金連接系統(tǒng)

4）背栓連接系統(tǒng)

背栓連接系統(tǒng)如圖8 所示，背栓連接具有眾多優(yōu)勢(shì)。首先，它利用專(zhuān)業(yè)的開(kāi)孔設(shè)備，確保了孔位的精確度，使得連接更加穩(wěn)定。其次，錨栓的植入和螺桿的擰入，使得石板與龍骨之間的連接更加牢固。同時(shí)，錨栓底部完全展開(kāi)，與錐形孔相吻合，提高了連接的可靠性。然而，在使用背栓連接時(shí)，也需要注意一些問(wèn)題。例如，在開(kāi)孔過(guò)程中，要確?？孜坏臏?zhǔn)確度，避免因孔位偏差導(dǎo)致的連接不穩(wěn)定。此外，要選擇質(zhì)量?jī)?yōu)良的錨栓和螺桿，以保證連接的牢固性。同時(shí)，連接件的選擇和使用也要注重其穩(wěn)定性和安全性。

圖8 背栓連接系統(tǒng)

3.1.3 特殊造型位置石材幕墻處理建議

常規(guī)石材幕墻只需要正確掌握其用材和連接形式，以正確的計(jì)算為依據(jù)，在設(shè)計(jì)階段規(guī)避掉施工時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)，但一些特殊位置需特別處理。

1）檐口外挑石材的處理

為了提高檐口位置的安全性和穩(wěn)定性，不應(yīng)采用常規(guī)的連接技術(shù)，而應(yīng)對(duì)面板進(jìn)行加固處理。在這種情況下，建議采用背栓等工藝進(jìn)行有效可靠的機(jī)械連接。背栓連接具有較高的穩(wěn)定性和可靠性，可以有效防止石材線(xiàn)條脫落，提高建筑物的安全性。

在實(shí)際應(yīng)用中，背栓連接的施工過(guò)程應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求和施工規(guī)范進(jìn)行。施工人員需要對(duì)石材進(jìn)行精確開(kāi)孔，將背栓植入孔中，并通過(guò)連接件將石板固定在龍骨上。此外，還需要注意石材的選材和加工質(zhì)量，確保石材線(xiàn)條的穩(wěn)定性和安全性。

總之，在異形建筑中，采用背栓等工藝對(duì)檐口位置的石材線(xiàn)條進(jìn)行加固處理，是一種安全、可靠的方法。設(shè)計(jì)師和施工人員應(yīng)充分了解背栓連接的原理和應(yīng)用技巧，以確保建筑物的安全和美觀。

2）石材吊頂?shù)奶幚?/p>

在建筑物的入口、檐口等位置，外立面石材與吊頂?shù)慕唤邮湛诿嫱枰紤]美觀因素。為了保持與外立面材料的一致性，這些部位的石材吊頂材料選擇與外立面石材相同。然而，這些部位并不適合采用普通的掛接方式來(lái)處理。

在這種情況下，建議使用背栓系統(tǒng)進(jìn)行石材固定。在必要時(shí)，可以在石材中部加打一個(gè)背栓，然后通過(guò)鋼絲繩將石材連接到龍骨上。一旦石材脫落，鋼絲繩可以起到緩沖作用，降低墜落風(fēng)險(xiǎn)。此外，在石材背部襯玻璃纖維網(wǎng)，并用環(huán)氧樹(shù)脂膠進(jìn)行粘結(jié)，也能有效防止碎石板的墜落。

另外，采用仿石噴涂鋁板或蜂窩石材也是避免吊頂石材墜落的有效方法。這些替代材料具有較低的自重和良好的穩(wěn)定性，可以降低墜落風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)保持外立面的美觀效果。

總之，在處理入口、檐口等位置的石材吊頂時(shí)，應(yīng)采用背栓系統(tǒng)等可靠的連接方式，確保石材的安全固定。同時(shí)，可以考慮使用仿石噴涂鋁板或蜂窩石材等替代材料，以降低墜落風(fēng)險(xiǎn)并保持美觀。設(shè)計(jì)師和施工人員應(yīng)充分了解這些連接方式和材料的性能，確保建筑物外立面的安全和美觀。

3.2 石材幕墻施工階段

石材幕墻施工中，需對(duì)材料進(jìn)行質(zhì)量控制，在此過(guò)程中，管理人員需認(rèn)識(shí)到施工工藝和材料的加工制造都是保證施工質(zhì)量的關(guān)鍵［7］。因此，應(yīng)明確石材幕墻的加工、安裝工藝要求，在每個(gè)工序中設(shè)置必要的控制點(diǎn)。

3.2.1 石材幕墻材料質(zhì)量控制要點(diǎn)

要想使石材幕墻技術(shù)發(fā)揮更大的優(yōu)勢(shì)，加工時(shí)要明確其技術(shù)要求，處理好各個(gè)環(huán)節(jié)，控制要點(diǎn)建議如下。

1）石材面板的壁厚、平面尺寸偏差應(yīng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

2）石材表面防護(hù)應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求及規(guī)范要求，防護(hù)液選擇應(yīng)根據(jù)石材種類(lèi)和使用地區(qū)選用符合設(shè)計(jì)要求，且不得污染石材，避免出現(xiàn)如圖9 所示的未做防護(hù)情況發(fā)生。

圖9 現(xiàn)場(chǎng)淋水（滴水）檢測(cè)

3）石材的背網(wǎng)處理應(yīng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

4）石材組拼的加強(qiáng)構(gòu)造應(yīng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，優(yōu)先采用如圖10 所示機(jī)械錨固工藝，不得僅用膠粘結(jié)，避免出現(xiàn)如圖11所示拼接石材未做加強(qiáng)構(gòu)造處理造成石材斷裂情況發(fā)生。

圖10 組拼石材（背栓加強(qiáng)）

圖11 組拼石材未做加強(qiáng)構(gòu)造

5）石材短槽（弧形槽）加工質(zhì)量（開(kāi)槽尺寸和位置）符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，避免出現(xiàn)如圖12 所示開(kāi)槽深化不足及如圖13 所示石材面板單側(cè)厚度不足的現(xiàn)象。

圖12 石材開(kāi)槽深度不夠

圖13 石板單側(cè)預(yù)留厚度不夠

6）石材背栓開(kāi)孔質(zhì)量（開(kāi)孔尺寸和位置）符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

7）掛件和背栓掛件托板的開(kāi)孔數(shù)量、開(kāi)孔質(zhì)量（形狀、尺寸）符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

8）橫梁、連接角碼、立柱及連接附件等加工長(zhǎng)度及開(kāi)孔質(zhì)量（數(shù)量、位置、規(guī)格）應(yīng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，開(kāi)孔規(guī)格（形狀、尺寸）應(yīng)與連接螺栓匹配。

9）埋板的加工尺寸和焊接質(zhì)量符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

3.2.2 石材幕墻安裝質(zhì)量控制要點(diǎn)

石材幕墻的施工過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人要認(rèn)真檢查施工質(zhì)量，例如，連接件的焊接質(zhì)量，有無(wú)漏焊、未焊透等問(wèn)題；預(yù)埋件的位置精度是否達(dá)標(biāo)，有無(wú)松動(dòng)問(wèn)題；相鄰兩塊飾面石材之間的縫隙是否偏大，縫隙內(nèi)的密封膠是否充滿(mǎn)等［8］。為更好地控制施工質(zhì)量，施工時(shí)要明確其技術(shù)要求，在施工過(guò)程中處理好各個(gè)環(huán)節(jié)，規(guī)范、科學(xué)地開(kāi)展施工作業(yè)，控制要點(diǎn)建議如下。

1）預(yù)埋件或后補(bǔ)埋件的基層結(jié)構(gòu)及埋置質(zhì)量應(yīng)安全可靠，基層應(yīng)為混凝土結(jié)構(gòu)梁、柱或圈梁、構(gòu)造柱，不得埋置在砌體內(nèi)或填充墻上；埋件處基層混凝土不得有蜂窩、孔洞、露筋、爛根等質(zhì)量缺陷。埋件位置、標(biāo)高和垂直度，應(yīng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，且滿(mǎn)足龍骨的安裝要求。

2）轉(zhuǎn)接件與埋件的連接應(yīng)安全可靠，采用焊接連接，如圖14 所示，焊接質(zhì)量（焊縫長(zhǎng)度、高度）應(yīng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，且焊縫表面不得有裂紋、焊瘤等缺陷。采用螺栓連接，如圖15 所示，螺栓規(guī)格應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，螺栓應(yīng)緊固，限位墊片應(yīng)點(diǎn)焊定位。

圖14 與板式埋件（焊接）連接

圖15 與槽式預(yù)埋件（螺栓）連接

3）鋼立柱與轉(zhuǎn)接件的連接應(yīng)安全可靠，立柱與轉(zhuǎn)接件采用螺栓連接，螺栓規(guī)格應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，配套對(duì)穿螺栓應(yīng)擰緊避免出現(xiàn)如圖16 所示未緊固或如圖17 所示缺少限位措施的情況，應(yīng)保證連接牢固。

圖16 螺栓未緊固

圖17 螺栓未限位

4）鋼橫梁的安裝質(zhì)量是否符合規(guī)范要求，鋼橫梁的兩端與立柱（連接角碼）的連接方式應(yīng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，橫梁至少有一端有位移功能。

5）掛件系統(tǒng)安裝質(zhì)量應(yīng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，掛件的使用及材質(zhì)應(yīng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求；避免出現(xiàn)如圖18 所示掛件螺栓缺失、如圖19 所示掛件安裝錯(cuò)誤、如圖20 所示掛件位置石材碎裂、如圖21 所示干掛膠不飽滿(mǎn)等情況發(fā)生。

圖18 固定螺栓缺失

圖19 掛件安裝錯(cuò)錯(cuò)誤

圖20 掛件位置石材碎裂

圖21 干掛膠不飽滿(mǎn)

3.3 石材幕墻運(yùn)維階段

把控好建筑設(shè)計(jì)、施工階段，能夠從源頭上提高建筑幕墻的質(zhì)量，為建筑幕墻安全提供了基礎(chǔ)，但是后期運(yùn)維過(guò)程中高標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)，以及保養(yǎng)維護(hù)更是保持幕墻長(zhǎng)期安全的保障。

根據(jù)JGJ 133—2001《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》要求，在幕墻工程竣工驗(yàn)收后1 年時(shí)，應(yīng)對(duì)幕墻工程進(jìn)行一次全面的檢查，此后每5 年檢查1 次。運(yùn)維階段的安全問(wèn)題解決方案主要是通過(guò)高標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)評(píng)估結(jié)構(gòu)安全性能，并針對(duì)面板破裂、滲水問(wèn)題、連接件失效等問(wèn)題進(jìn)行維修保養(yǎng)［9］。

石材幕墻后期使用中應(yīng)建立較為完善的定期維護(hù)制度，對(duì)影響結(jié)構(gòu)安全因素及時(shí)排除，對(duì)不符合國(guó)家安全規(guī)范要求部分及時(shí)整改。

1）幕墻面板破裂、松動(dòng)：一旦發(fā)現(xiàn)此類(lèi)問(wèn)題，應(yīng)立即對(duì)損壞的部分進(jìn)行更換或維修，確保幕墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2）五金件失效：針對(duì)五金件失效問(wèn)題，需要及時(shí)排查原因并進(jìn)行維修處理，確保幕墻的完整性和安全性。

3）幕墻構(gòu)件銹蝕、掉漆：出現(xiàn)銹蝕或掉漆現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)盡快進(jìn)行補(bǔ)漆處理，以防構(gòu)件進(jìn)一步破壞，從而避免安全隱患。

4）螺栓不緊固：對(duì)于松動(dòng)的螺栓，應(yīng)及時(shí)擰緊或更換。若出現(xiàn)滑絲現(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)行及時(shí)的補(bǔ)強(qiáng)處理，以免影響幕墻的安全性能。

5）面板間膠縫問(wèn)題：定期檢查膠縫是否出現(xiàn)問(wèn)題，如發(fā)現(xiàn)漏水等情況，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，以確保幕墻的防水性能。

此外，石材幕墻后期使用中應(yīng)建立完善的定期維護(hù)制度，對(duì)影響結(jié)構(gòu)安全的因素及時(shí)排除，對(duì)不符合國(guó)家安全規(guī)范的部分及時(shí)整改。通過(guò)嚴(yán)格的維護(hù)和管理，可以有效保障石材幕墻的安全性能和使用壽命。這不僅有利于提高建筑物的整體品質(zhì)，也有助于確保人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。

4 結(jié)語(yǔ)

石材幕墻質(zhì)量控制是建筑裝飾工程中不可忽視的重要環(huán)節(jié)。建立完善的質(zhì)量控制體系、加強(qiáng)施工管理、合理選擇材料和工藝，并解決常見(jiàn)問(wèn)題，將有助于提高石材幕墻的施工質(zhì)量，確保建筑的外觀和性能符合設(shè)計(jì)要求，為用戶(hù)提供安全、舒適的建筑環(huán)境［10］。

在建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)維階段，安全風(fēng)險(xiǎn)是需要高度重視的問(wèn)題。為了確保建筑物的安全性，以下幾個(gè)方面至關(guān)重要。

1）設(shè)計(jì)階段：設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)階段應(yīng)嚴(yán)格把控設(shè)計(jì)的合理性和安全性，從源頭上杜絕安全隱患。這包括對(duì)石材幕墻的設(shè)計(jì)進(jìn)行充分論證，確保其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、材料選型適當(dāng)，以及考慮施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的安全問(wèn)題。合理地設(shè)計(jì)可以降低施工過(guò)程中的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2）施工階段：施工階段的質(zhì)量控制尤為重要，因?yàn)樗苯佑绊懙浇ㄖ锏陌踩?。在施工過(guò)程中，必須嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)范和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行操作。從石材的選擇、加工、安裝到驗(yàn)收，每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要嚴(yán)格把控，確保石材幕墻工程的質(zhì)量。只有高質(zhì)量的施工，才能確保外立面石材幕墻的安全性。

3）運(yùn)維階段：在石材幕墻后期使用過(guò)程中，建立完善的定期維護(hù)制度至關(guān)重要。這包括對(duì)石材幕墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行定期檢查，及時(shí)排除可能影響結(jié)構(gòu)安全的因素，以及對(duì)不符合國(guó)家安全規(guī)范的部分進(jìn)行整改。通過(guò)長(zhǎng)期的檢查、維護(hù)和維修，可以有效杜絕安全問(wèn)題的發(fā)生，確保建筑物的安全穩(wěn)定。

總之，在建筑項(xiàng)目的各個(gè)階段，安全風(fēng)險(xiǎn)防控是關(guān)鍵。設(shè)計(jì)師、施工人員和運(yùn)維人員應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到安全風(fēng)險(xiǎn)的重要性，并采取相應(yīng)的措施確保建筑物的安全性。通過(guò)加強(qiáng)設(shè)計(jì)階段的安全把控、施工階段的質(zhì)量控制以及運(yùn)維階段的定期維護(hù)，可以為建筑物營(yíng)造一個(gè)安全、穩(wěn)定的環(huán)境。這不僅有利于延長(zhǎng)建筑物的使用壽命，也有利于保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。