本文摘自：《建筑幕墻創(chuàng)新與發(fā)展》未經(jīng)許可不得轉(zhuǎn)載

　　1 前言

　　近年來，國內(nèi)興起了一股文化建筑建設(shè)的高潮，特別是對于宗教建筑外立面來講，石材立面的運用最外廣泛，在無錫靈山大佛三期工程、南京牛首山文化旅游項目、普陀山觀音圣壇等項目中，石材是最大量使用的外墻裝飾材料（詞條“裝飾材料”由行業(yè)大百科提供）。隨著社會物質(zhì)文化的繁榮昌盛，人民精神層面的需求會越來越大，文化建筑也會在建筑市場上扮演相當重要的角色，另一方面，近代隨著新材料新工藝的大力發(fā)展，以及佛教在新歷史時期對宗教建筑耐久性的新要求，石材在工藝系統(tǒng)上的革新和進步勢在必行。

圖1 無錫靈山世界佛教會議中心

　　而這類建筑往往坐落在山區(qū)或海島，海島上面的如普陀山觀音法界項目，在酸性海洋性氣候下，要達到宗教文化建筑立面（詞條“建筑立面”由行業(yè)大百科提供）歷久彌新的耐久性設(shè)計要求，給石材的選材和設(shè)計帶來了挑戰(zhàn)。

　　建筑立面的耐久性設(shè)計，所涉及的方面較多，其中包括面板，無論是玻璃、金屬、石材、混凝土或GRFC;骨架，以及將墻板固定于結(jié)構(gòu)并傳遞水平荷載的埋件（詞條“埋件”由行業(yè)大百科提供）;板或單元體之間的接縫。另外墻體與基礎(chǔ)，與屋面，與其他相鄰部位的連接部分，連同洞口都很重要。不同的系統(tǒng)會帶來不同的問題，每個相關(guān)設(shè)計人員設(shè)計職責也不相同。建筑物越高，使用越脆以及越重，所存在的安全隱患就越嚴重。其中滲漏水問題應(yīng)該是影響耐久性的關(guān)鍵性因素[1]。

　　常見的滲漏水原因主要由下面幾個方面引起：

　　(1) 建筑師、承包商、分包商、技術(shù)顧問沒有充分理解防水處理的設(shè)計原理;

　　(2) 防水設(shè)計沒有被施工人員或承包商充分理解，彼此缺乏交流、溝通;

　　(3) 沒有通過加工圖紙和組裝圖，檢測和施工監(jiān)督對設(shè)計進行核查;

　　(4) 各參與方缺乏協(xié)調(diào)合作。

　　正確的系統(tǒng)防水設(shè)計概念除了將水隔離在墻體以外的同時，需要考慮漏氣、保溫、防止結(jié)露、適應(yīng)結(jié)構(gòu)相對位移等方面影響。所以系統(tǒng)耐久性的提高有耐于高品質(zhì)的設(shè)計、構(gòu)件、裝配、安裝、以及各部分的通力合作。要達到百年的設(shè)計壽命，除了石材自身的耐久性、科學合理的設(shè)計系統(tǒng)，最為關(guān)鍵的因素是完善的檢測體系，包括立面幕墻制作、施工過程中以及幕墻系統(tǒng)服役階段持續(xù)檢測，同時要有可維護設(shè)計的概念。

　　2 現(xiàn)行的石材工藝

　　2.1 干法施工工藝

　　目前常見的干法施工工藝是短槽和背栓形式。

圖2 石材短槽形式剖面圖

圖3 石材短槽形式現(xiàn)場照片

圖4 石材背栓形式剖面圖

圖5 石材背栓形式三維效果圖

　　從上圖可以看到，這類系統(tǒng)采用的是碳鋼（詞條“碳鋼”由行業(yè)大百科提供）橫豎龍骨，通過石材轉(zhuǎn)接掛件(掛鉤或背栓)將石材與龍骨連接成一體，密閉式的干掛石材系統(tǒng)都是在石材板塊拼縫的地方采用石材專用密封膠密封。而密封膠為有機高分子材料，能否滿足一百年甚至幾百年的壽命，無法考證。

　　另外由國外引進的開敞式石材系統(tǒng)如下圖：

圖6 開放式干掛石材形式三維效果圖

　　此時，石材系統(tǒng)的耐久性依靠內(nèi)部防水板(通常是鍍鋅鋼板)的密閉性、石材板塊支座材料及其連接部位的可靠性。而前者防水板需要一個連續(xù)完整防水面設(shè)計，通常沒有像建筑立面那樣大面的金屬板材直接生產(chǎn)出來，即便生產(chǎn)出來也無法施工。防水板與板之間的密封也是靠膠密封處理。硅酮密封膠也屬于有機材料，一百年的設(shè)計要求能否保障，同樣是個問題。

　　2.2 傳統(tǒng)石材濕貼工藝

　　從磚的濕貼工藝出發(fā)，考慮到石材較重，跨度增加后，石材的自重荷載（詞條“荷載”由行業(yè)大百科提供）和水平荷載都會引起安全隱患，所以石材的濕貼作法往往用于踢腳線、護邊等高度較低的部位。圖集中相關(guān)表單如下：

圖7 濕貼石材圖集

　　可以看到，在類似于垂直錯縫的古代城墻式立面設(shè)計非常適合采用石材濕貼系統(tǒng)，圖集中只給了跨度六米的做法，這主要是因為濕貼體系的水平荷載傳遞主要先傳到石材背部植筋，然后再從鋼筋再連接到主體結(jié)構(gòu)上，同時灌注水泥砂漿（詞條“水泥砂漿”由行業(yè)大百科提供）也起到一定的結(jié)構(gòu)作用。如果跨層大面采用，如何適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)層間水平位移、豎向位移的問題，無法解決。隨著高度的增加，石材的自重如何承擔也是一個問題。

　　另外，由于石材大面積與水泥接觸，其泛堿現(xiàn)象無法忽視。普通混凝土為硅酸鹽，遇空氣或者墻體內(nèi)的水氣，硅酸根離子發(fā)生水解（詞條“水解”由行業(yè)大百科提供）反應(yīng)，生成的氫氧根與金屬離子結(jié)合形成溶解度較小的氫氧化物(化學性質(zhì)為堿性)，遇到氣溫的升高，水蒸氣蒸發(fā)，將氫氧化物從墻體中析出，隨著水分的逐漸蒸發(fā)，氫氧化物就被析出于混凝土水泥表面，日積月累，使得原本裝飾的涂料或者油漆等物被頂起，不再黏附墻面，就發(fā)生泛白、起皮、脫落，這一過程稱之為“泛堿”。

　　原因就是硅酸鹽水泥的水化反應(yīng)：

　　干水泥+水 水泥漿 (經(jīng)過凝結(jié)、硬化)水泥石

　　(1)水泥水化反應(yīng)生成C-S-H(水化硅酸鈣 );氫氧化鈣{Ca(OH)2};AFT鈣礬石等水化產(chǎn)物。

　　(2)氫氧化鈣：是一種白色粉末狀固體，據(jù)有堿的通性，是一種強堿。

　　(3)氫氧化鈣與空氣中二氧化碳反應(yīng) Ca(OH)2+CO2=CaCO3 +H2O

圖8 普通水泥砂漿填縫的泛堿

　　解決水泥泛堿常用方法

　　(1)采用水泥砂漿應(yīng)用前加入水泥砂漿增強劑或抗堿材料。

　　(2)采用快凝型膠粘劑作為砌筑粘結(jié)材料代替水泥砂漿，此類產(chǎn)品應(yīng)具有粘結(jié)強度高、柔韌性好、固化快、密實度高、吸水率（詞條“吸水率”由行業(yè)大百科提供）低(杜絕泛堿)。

　　(3)用石材防護劑對飾面材料花崗巖進行表面防護，達到防水、防污染、防侵蝕的目的。

　　(4)砌筑石材外露砂漿接縫盡量做小，按4mm設(shè)計。

　　(5)保證空心砌體墻的通風和排水（詞條“排水”由行業(yè)大百科提供）

　　3 石材砌筑系統(tǒng)

　　3.1 國外的砌筑系統(tǒng)

　　目前主要有歐美兩套相關(guān)系統(tǒng)可供參考。

　　(1) Cavity Bearing Walls[2]系統(tǒng)

　　美國砌體行業(yè)指導手冊中砌體墻的系統(tǒng)主要構(gòu)造原理如下：

圖9 砌體墻砌筑三維示意圖

圖10 砌體墻砌筑平面剖面節(jié)點詳圖

圖11 砌體墻砌筑水平拉結(jié)筋

　　可以看到，如同中國標準圖集一樣，主體結(jié)構(gòu)和砌塊（詞條“砌塊”由行業(yè)大百科提供）磚之間通過水平加強鋼筋提供水平力的支撐，砌塊磚和主體結(jié)構(gòu)之間不再是采用水泥砂漿填充，而是采用中空層代替，這樣在解決水泥泛堿問題的同時，提供相應(yīng)的通過排水通道，保證空腔空氣流通，解決鋼件潮濕生銹的問題。但考慮到石材和磚塊的重量相差較大，在應(yīng)用到跨越樓層的立面大板塊石材上時，特便是文化建筑立面中，有一些文案部分的石材雕刻，需要厚重的石材基礎(chǔ)，顯然還存在一定的問題。

　　(2) ANCON系統(tǒng)[3]

圖12 砌體墻砌筑三維效果示意圖

圖13 砌體墻砌筑剖面節(jié)點詳圖

　　可以看到，ANCON系統(tǒng)在砌塊中間加入承托磚塊重量的角鋼，有效的解決了重力問題。

　　3.2 創(chuàng)新的砌筑系統(tǒng)

　　通過研究，結(jié)合國外ANCON公司系統(tǒng)、美國砌筑系統(tǒng)的優(yōu)點，革新一套較為新穎的石材砌筑體系，能較好的解決防水、耐久、安全性問題[4]。

圖14 砌筑石材項目照片

　　石材的砌體夾層墻系統(tǒng)包括內(nèi)外兩層墻體，這兩層砌體墻被空氣層隔開并用不銹鋼水平連接件、不銹鋼槽及必要的支撐鋼構(gòu)架將其連接(如圖14)。外層砌體墻用石材砌筑，內(nèi)層砌體墻根據(jù)工程的位置不同采用混凝土實體墻或混凝土砌塊等建造。兩層砌體墻中間的空氣夾層起到保溫隔熱和通風的功能。在內(nèi)層墻體的外側(cè)有連續(xù)的防水層，外層石材砌體墻可作為裝飾和防雨墻(如圖15)。

圖15砌筑石材水平節(jié)點詳圖

　　結(jié)構(gòu)上不銹鋼水平連接件承擔水平荷載，在每層層間設(shè)置承重鋼結(jié)構(gòu)（詞條“鋼結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供）(角鋼)，承擔每層樓石材的重量，這樣可以連續(xù)砌筑到較高的樓層。

圖16砌筑石材水平節(jié)點詳圖

　　4 總結(jié)

　　4.1 幾種石材方案的對比

表1 幾種石材系統(tǒng)對比表

　　由上表可見，砌筑石材系統(tǒng)改進會大大提高使用壽命，同時降低成本，相信有廣闊的應(yīng)用前景。

　　4.2 可深入研究的方向

　　新型的砌筑石材系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上講，自重荷載通過層間的鋼托板傳遞給主體結(jié)構(gòu)，在水平方向上，荷載通過插入石材縫隙中的不銹鋼水平連接件傳給主體結(jié)構(gòu)，實際上，水平荷載的抵抗是石材這身重量與接縫處快干膠接觸面產(chǎn)生的靜摩擦力和不銹鋼水平連接件的軸向力共同作用完成的，由于摩擦力的分析復雜，目前技術(shù)路線是通過抗風性能試驗和參考國外的設(shè)計手冊進行不銹鋼連接件的設(shè)計。這部分的設(shè)計原理定量分析是砌筑石材系統(tǒng)進一步推廣的需要攻克的關(guān)鍵技術(shù)問題。

　　隨著文化建筑的興起，石材作為一個重要歷史和自然元素在建筑的歷史舞臺上注定要繼續(xù)延續(xù)輝煌，而新型砌筑石材系統(tǒng)的日益完善和成熟，防水和材料表面處理的技術(shù)也在不斷創(chuàng)新，是解決建筑石材立面耐久和防腐蝕設(shè)計的新思路。同樣，我們也可以考慮針對傳統(tǒng)砌磚系統(tǒng)的設(shè)計來突破常規(guī)，期待本文能拋磚引玉，帶動整個文化建筑表皮的創(chuàng)新，為行業(yè)發(fā)展做出貢獻。

　　參考文獻

　　[1] 《外墻設(shè)計》，(美)達林.布勞克，2007

　　[2] 《Design Guide for Taller Cavity Walls》，MASONRY ADVISORY COUNCIL，2002

　　[3] 《Masonry Support Systems & Lintels》Ancon Building Products，2011

　　[4] Inhabit Group 提供相關(guān)資料，2015