目前，設(shè)計(jì)單位對(duì)幕墻干掛石材通常只提供立面分格形式和少量節(jié)點(diǎn)圖，施工單位無(wú)法依圖施工，因此，需要對(duì)石材板及相關(guān)的干掛體系進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，而這一般由掛板施工單位負(fù)責(zé)。由于技術(shù)水平參差不齊，許多石材工程甚至沒(méi)有相應(yīng)的力學(xué)計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，選擇和確定石材及干掛體系均依據(jù)日常的施工經(jīng)驗(yàn)，很有可能因強(qiáng)度不足留下隱患或強(qiáng)度過(guò)大而浪費(fèi)材料。石材幕墻的優(yōu)化設(shè)計(jì)需確認(rèn)石材板塊材料、選擇的干掛方式和對(duì)石材及干掛體系進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，確定龍骨體系、埋件、連接件等的尺寸規(guī)格。并在有條件的情況下，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的力學(xué)性能試驗(yàn)，以確保石材幕墻的安全性。
優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)單位和建設(shè)方應(yīng)相互配合，根據(jù)設(shè)計(jì)方對(duì)幕墻分格形式及材質(zhì)顏色等建筑效果的要求，向建設(shè)方提供各種石材樣本，以協(xié)助其盡快確定所用石材。應(yīng)依據(jù)所掌握的石材資料，重點(diǎn)考慮擬用石材的表面特征、顏色和紋理等技術(shù)性能指標(biāo)。盡管石材供應(yīng)商會(huì)提供石材的物理性能指標(biāo)，但作為一種天然材料，石材的物理性質(zhì)變化很大，應(yīng)再次予以確認(rèn)，以便為石材的設(shè)計(jì)確立相應(yīng)的設(shè)計(jì)指標(biāo)。
石材的干掛方式有鋼銷式、通槽式、短槽式、背栓式等幾種形式，較常用的有短槽式和背栓式2種。比較而言，短槽式成本較低，但安全性不如背栓式，通常用于石材重量不太大或安全系數(shù)要求不太高時(shí)；背栓式干掛牢靠穩(wěn)定，但成本較高，用于較大塊石材( 厚度30mm時(shí)石材面積> 1.5m2) 或?qū)κ陌踩阅芤筝^高時(shí)。
1.石材及干掛體系的力學(xué)計(jì)算
應(yīng)該先確定幕墻所受的荷載及作用形式，再確定石材的干掛方式，進(jìn)而確定石材板塊的計(jì)算模型，并進(jìn)行受力安全性計(jì)算，最后根據(jù)干掛體系所受荷載值，確定干掛體系的構(gòu)造形式和所用掛件、連接件、埋件及橫豎龍骨的規(guī)格尺寸。石材及其干掛體系的設(shè)計(jì)應(yīng)符合國(guó)家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》(JGJ133—2001)的要求。
石材的計(jì)算主要包括掛板板塊自身的抗彎計(jì)算和掛板與掛件銷釘連接處的抗剪計(jì)算，有時(shí)還應(yīng)計(jì)算石材的熱裂應(yīng)力。計(jì)算方式與石材的干掛方式有關(guān)( 本文以背栓式干掛石材固定體系為例說(shuō)明)。石材板所受荷載包括水平向的風(fēng)荷載和地震荷載、豎向的地震荷載和石材自重，以及溫度變化產(chǎn)生的熱裂應(yīng)力。
2. 荷載的確定
計(jì)算時(shí)通常考慮材料的自重、所受風(fēng)荷載及地震荷載，并根據(jù)荷載作用方式對(duì)其進(jìn)行組合。其相應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)及組合系數(shù)都應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范要求取用，對(duì)某些特殊的建筑物，設(shè)計(jì)說(shuō)明書中對(duì)相應(yīng)荷載計(jì)算取值會(huì)有特殊要求，在計(jì)算時(shí)應(yīng)對(duì)照規(guī)范取其最大值。對(duì)干掛體系進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)根據(jù)剛體的力的傳遞特性，確定其所受荷載并進(jìn)行力學(xué)計(jì)算。當(dāng)有些荷載不易確定時(shí)，可通過(guò)模擬試驗(yàn)來(lái)確定其大小。
3. 石材的允許應(yīng)力
根據(jù)前述石材物理性能試驗(yàn)，可得到相應(yīng)的石材強(qiáng)度指標(biāo)。
通常用于建筑物干掛石材的有花崗巖、大理石和石灰石等，根據(jù)各種石材特有的性能特征及施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)上述石材進(jìn)行力學(xué)計(jì)算時(shí)采用的安全系數(shù)應(yīng)有所不同。美國(guó)各種石材的工業(yè)協(xié)會(huì)對(duì)相應(yīng)的石材都給出了推薦使用的安全系數(shù)，如對(duì)石灰石，美國(guó)石灰石行業(yè)推薦的設(shè)計(jì)安全系數(shù)值為8。由實(shí)驗(yàn)得到的石材彎曲強(qiáng)度及壓縮強(qiáng)度除以相應(yīng)的設(shè)計(jì)安全系數(shù)，即可得到時(shí)常的允許應(yīng)力。
4.現(xiàn)場(chǎng)受力性能試驗(yàn)
干掛石材理論計(jì)算的模型畢竟與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際受力情況有所不同，公司在承接一些石材干掛幕墻工程時(shí)，為驗(yàn)證理論計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，在施工現(xiàn)場(chǎng)按擬采用的干掛石材的固定體系固定石材，然后對(duì)其逐步施加設(shè)計(jì)規(guī)定的荷載并觀察記錄其整體受力性能。最后按試驗(yàn)對(duì)力學(xué)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析和研究，以確保干掛石材在實(shí)際使用過(guò)程中具有一定的安全度。
5.施工圖設(shè)計(jì)
干掛石材施工圖設(shè)計(jì)的依據(jù)為： 建筑平面圖、立面圖、節(jié)點(diǎn)大樣圖、其他專業(yè)需與干掛石材配合的有關(guān)圖紙及其他要求、干掛石材的計(jì)算書。施工圖設(shè)計(jì)必須做到既滿足建筑師的要求，又要與現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況相吻合，施工圖設(shè)計(jì)主要包括石材的安裝立面圖設(shè)計(jì)、石材節(jié)點(diǎn)大樣圖設(shè)計(jì)、石材的加工詳圖設(shè)計(jì)等。
