石材干挂幕墙的优化设计（3）

  本文接上文《石材干挂幕墙的优化设计（2）》。

3.1 石材

  石材的计算主要包括挂板板块自身的抗弯计算和挂板与挂件销钉连接处的抗剪计算，有时还应计算石材的热裂应力。计算方式与石材的干挂方式有关( 本文以背栓式干挂石材固定体系为例说明)。石材板所受荷载包括水平向的风荷载和地震荷载、竖向的地震荷载和石材自重，以及温度变化产生的热裂应力。背栓式干挂石材典型的安装体系是通过上下各2组(共4组) 挂件将石材固定。其中，石材上面2组挂件起支承石材重量及在垂直于石材平面的方向上约束石材的作用，下面的2组挂件在垂直于石材平面的方向上起约束石材的作用。对石材进行抗弯计算时，应按支撑板上4个点计算其应力，所得最大弯曲应力设计值不应超过石材板的抗弯强度设计值。对背栓挂件在石材板上产生的剪应力进行抗剪计算时，一般根据相应的经验公式进行计算，要求石板所受剪应力标准值不大于板材抗剪强度设计值。应注意的是，竖向剪应力应由上排的2组挂件承担，而非全部4组挂件共同承担。

3.2 荷载的确定

  计算时通常考虑材料的自重、所受风荷载及地震荷载，并根据荷载作用方式对其进行组合。其相应分项系数及组合系数都应严格按规范要求取用，对某些特殊的建筑物，设计说明书中对相应荷载计算取值会有特殊要求，在计算时应对照规范取其最大值。对干挂体系进行计算时，应根据刚体的力的传递特性，确定其所受荷载并进行力学计算。当有些荷载不易确定时，可通过模拟试验来确定其大小。

3.3 石材的允许应力

  根据前述石材物理性能试验，可得到相应的石材强度指标。

  通常用于建筑物干挂石材的有花岗岩、大理石和石灰石等，根据各种石材特有的性能特征及施工经验，对上述石材进行力学计算时采用的安全系数应有所不同。美国各种石材的工业协会对相应的石材都给出了推荐使用的安全系数，如对石灰石，美国石灰石行业推荐的设计安全系数值为8。由实验得到的石材弯曲强度及压缩强度除以相应的设计安全系数，即可得到时常的允许应力。

3.4 干挂体系的设计

  在石材幕墙工程中，石材干挂体系的设计一般由施工单位独立完成。由于幕墙具有悬挂体系的特性，干挂体系的设计决定着幕墙的结构安全，有着特殊的重要性，而又因为其属于隐蔽工程，尤其应得到足够的重视。

  板材中的最大应力可通过简化计算方法或有元程序计算得出。值得强调的是，有些特殊的石材由于其独特的纹理特性而使石材在沿板长及板高方向的强度具有非常明显的差异，须分别对这2个不同的强度方向进行计算。另外，在计算石材于某一点达到某方向的最大应力的同时，必须计算其在垂直方向上的应力。

3.5 石材板块自身的抗弯验算

  对各向异性的石材，石材板块姿势的抗弯验算有以下两种情况:

(1) 石材板块中发生最大弯曲应力的点在另一方向上的应力为零，只要此最大应力小于对应方向上的石材允许应力，则石材板块自身的抗弯性能满足要求，反之则不满足。

(2) 石材板块中发生最大弯曲应力的点在另一方向上的应力不为零，则验算时也应同时考虑此应力。这时可应用内摩擦理论，设一个方向为 X，另一个垂直的方向为 Y，则石材板块自身的抗弯性能能满足要求，反之则不能满足。

3.6 销钉孔处石材的抗剪验算

  根据销钉孔的深度、石材板块的厚度等计算公式，算出销钉孔处的深度、石材板块的厚度等几何参数，使销钉孔处石材的抗剪能力能基本符合规范要求。以满足石材抗剪应有的强度。

  后续文章请见《石材干挂幕墙的优化设计（3）》。