浅析建筑领域中石材的发展及运用

邓百舒，柯余祥

（中国机械工业第三设计研究院 重庆 400039）

引言

人类的文明发端于居住，而居住场所的获得依靠建筑，建筑又需要建筑材料。在漫长的历史进程中，人们不断选择、研究身边的各种自然物，并进行力所能及的加工，使之成为建筑材料，例如木材、石材等等。在多次的建造经验中，建筑空间的需求不断地考验着各种建筑材料以及配套的成型工艺。反过来，新材料的出现又会大幅度的改变建筑本身、以及人们对于建筑的认识。天然石材、木材及泥土并称为历史最为久远的建筑材料，其基本满足易于获取、易于加工成型、易于运输、力学性质优良、耐久。具体说来，木材在大部分易于获取的地方，所以得到了广泛使用；在那些缺乏木材的地区如埃及等，泥土取而代之。然而在几乎所有人类文明中，石材都是广泛使用的建筑材料。追求永久、唯一，永远是人类内心的欲望，在相当长的历史时期中，只有石材可以满足这种要求。

时至今日，天然石材、泥土与木材依然没有退出使用，在建筑市场中占据重要的位置。在人类使用石材的漫长历史中，石材的使用目的发生了很多变化，并且仍然在继续变化。与此同时石材加工工艺也在不断的发展，石材加工能力越来越强、成本越来越低、精度越来越高。石材用途的变化要求石材加工工艺进行相应的调整，石材工艺的发展也促进了石材用途的扩展，甚至改变了建筑的形态。可以说，一部建筑石材工艺的历史，就是半部建筑史。在这些历史的背后，更加需要详细的了解并研究石材技术与建筑创造的应用。

1 建筑石材的种类及特点

建筑石材是由天然岩石经过人工开采和加工而成，分为整形石材和散粒石材两类。

1.1 整形石材(squared Stone)

整形石材是经人工加工成一定形状的石材，包括块材、板材和石制品。块材主要用于砌筑大型建筑的基础、堤坝、桥墩、铺筑路面、桥面或作路边石等。板材和石制品主要作为装饰材料，用于外墙面、柱面、地面、台阶板、楼梯板、踢脚板、窗台板、窗框、门楣板及建筑装饰花雕和装饰小品等。

人类利用天然石材作建筑材料有悠久的历史。希腊在公元前5世纪就开采、加工和应用大理石。意大利著名的比萨斜塔全是用大理石建成的，总重达14.45万吨。中国明、清故宫宫殿的基座，栏杆都是用汉白玉大理石建造的。随着天然石材的开采和加工技术的进步，产品规格不断增大，质量不断提高。现在已可生产200cmx200cm的大型墙面装饰板材。发达国家为适应高层建筑的需要，发展薄型石材饰面板，厚度从20mm降至8、10、11mm， 板 面 尺 寸 为 400mmX200mm、300mmX300mm、300mmXl50mm，板面经抛光可达到镜面光泽。目前，应用最广的有大理石板材和花岗石板材。

大理石板材有白、黄、灰、绿、黑等色泽，纹理美观，主要供室内外建筑装饰用，以室内为主，世界著名大理石品种有中国的汉白玉、丹东绿、雪花白、墨玉、意大利的卡拉拉白、石灰黄、维曼拉红、西拉黄等。

花岗石板材有淡灰、淡红、内红、青灰、灰黑、白黑等多种。按花岗岩的晶粒大小和组成可分为：“伟晶”、“粗晶”和“细晶”三种，花岗岩的晶粒粗大，结构不均匀，经过磨光的花岗石板是性能优良的建筑外墙面、柱面和地面装饰材料。地面及建筑石也可大量使用粗面花岗石板

1.2 散粒石材（Granular Stone)

有砂、卵石、碎石等，主要用作砂浆、混凝土的集料和路基材料等。

2 现代社会建筑石材典型运用——石材幕墙

当代建筑技术的重要成就之一就是若干建筑子体系的明确分工。在这个趋势下，石材丧失了作为结构材料的比较优势，仅仅保存了作为地面、墙面材料的传统认同与相对优势。这种情况下，石材作为简单装饰材料登场，其墙面装饰体系——石材幕墙应运而生。

石材干挂幕墙技术经过30余年发展，产生了多种形式。主要的类型有：

2.1 “针销式”和“蝴蝶片式”

“针销式”和“蝴蝶片式”石材干挂系统，上下板块之间采用针销(或蝴蝶片)连接，结构简单，施工方便。但石材上下板块间相互关联，要移动或更换一块石材板块必须牵动周围的板块，不具备独立更换功能，对于石材的维护十分不利；石材受力点集中在针销(或蝴蝶片处)，受力面积较小，安全性较差，安装过程中，石材槽口需现场灌注云石胶固定，不适用于冬季严寒地区施工；受石材固定方式(计算模型)的影响，不适用于大规格石材板块幕墙。

2.2 “背栓式”

施工方法是在每一块板的背面固定，板与板之间没有联系，因而不会产生相互连接而造成的不可确定性应力积累和应力集中，受力简洁明确，在正常使用状态下能充分利用板材的抗弯强度，是真正意义的独立承级。其材质体积轻便，通过高压静电由粉末喷涂，有耐腐蚀、耐高温、挑老化、体积轻便等特点，并能通过静力计算得到精确的承载能力，从而控制了破坏状态。当主体结构产生较大位移或温差较大时，不会在板材内部产生附加应力，因而恃别适于高层建筑和航展建筑，体现出柔性结构连接的设计意图。对石材钻孔设备要求高，成本相对较高，且抗震性能较差。

2.3 单元式石材幕墙体系

采用铝合金龙骨制作，以一个横向分格及一个楼层高度为基本的幕墙单元。在车间加工组装成一个完整的板块后，运往工地安装。因为该体系大部分工作在工厂进行，所以加工和组装质量能得到保证，且可统筹安排施工计划，能大大减少施工周期。但因单个石材板块一般在1200mmX3700mm左右，质量很大，给施工过程中的吊运和安装提出了很高的要求，需要专用的吊运和安装设备，而且成本较高。

2.4 组合式石材幕墙体系

在传统石材幕墙设计的基础上研究开发出石材幕墙新技术——组合式石材幕墙。该体系通过合理的结构和构造设计，使石材板块彼此独立，可随时拆卸和安装，使石材幕墙易于维护；通过合理布置连接点的数量和位置，改变石材板面的受力模型，使石材幕墙系统更加安全可靠，同时能适用于大规格石材板块幕墙及减小石板的设计厚度；采用双道密封设计，使石材幕墙可在严寒地区冬季施工，适合于国内大部分地区四季施工。该体系以一个横向分格和一个竖向分格为基本单元，一般板块大小在1.2m左右，质量轻、安装方便，且具有单元式石材幕墙的优点。附框制作与现场龙骨安装可同时进行，合理安排作业计划，可大大缩短工期。

石材幕墙工艺的发展与建筑自身的特性息息相关，建筑空间的要求、建筑环境的要求、建筑视觉效果的要求都是石材幕墙技术重要的边际条件。促使幕墙技术进步的原因，包括成本压力、工程质量的压力、与其他体系配合的问题。例如结构方面要求质量轻、定位准确，这样才能建成稳定可靠的石材幕墙。空间方面要求幕墙尽量“瘦”、“薄”，这也是衡量石材幕墙技术的重要因素。石材幕墙涉及的多种材料，如石材、金属、化学胶、水泥砂浆、塑料等彼此存在稳定接合的问题，如何解决这些问题也一直推动着建筑工艺的设计向深化方向发展。建筑师在考虑技术应用策略时，结合结构体系、空间体系进行适当的工艺设计是整个工程成功的关键。

3 建筑石材发展前景问题探讨

社会、经济的不断进步，生活水平的不断提高，人们对提高建筑功能质量、档次的要求也越来越强烈，文化回归，崇尚自然和天然材料，使得对天然石材必然会有更多的需求。

天然石材由于具有不可替代的材质特性，仍将倍受人们的喜爱。它本身的质感是其他任何合成材料、复合材料都不能相提并论的。

特别是建筑外墙，到目前为止，仍然缺乏一种理想材料，而天然石材有着耐久、美观，易清洗，耐酸雨等特点集一身，应用前景看好。

从节能的需要出发，石材的加工生产比水泥混凝土耗能少，适合边远山区发展。

从利用废渣的趋势看，建筑墙体将越来越多使用由工业废渣、粉煤灰等制作的建材制品作墙体，必然会对人体健康带来一定影响，如用木、石材装饰则可弥补废料的影响，也必然会越来越多地使用石材这种天然材料。

石材产品质量本身的不断提高，必将有利于推广应用。

应用技术的不断发展和完善，设计水平的提高，专用施工机具的配套开发，都有利于促进天然石材的应用。为此，要加强石材应用技术和产品标准化、系统化的研究，装饰设计、色彩选择、配套产品材料专用机具等研究与开发，甚至产品规格系列要与建筑产品(如厨房、卫生间等)标准配套，标准化、系列化。

不断扩大应用领域。培育石材市场，有利于石材大量的应用。目前生产厂家多，批量少，花色品种在应用时往往受到影响，因此生产企业应联合起来，互相配合，通过建设一个“市场”，调剂余缺，共同培育市场。同时发展社会化服务和加工，使用户感到很方便，才有可能广泛应用。

石材加工企业要按照市场经济规律，走集团化集约化经营之道。

结语

对于石材来讲,在建筑师的巧妙安排下,石材的自然属性被从各个侧面予以诠释,或重或轻、或精致或粗糙,建筑不再只是人们心目中单一的重量感,似乎一切变得皆有可能。于是我们就看到了巴塞罗那德国馆中石材令人赏心悦目的天然色彩和图案、疯狂的西班牙建筑师高迪使米拉公寓中坚硬的石材具有了流动性，而在威尼斯总督府的墙面上,菱形的图案和打磨的平整又使石材失去了往日的重量感。

现代建筑中，虽说几乎是钢筋混凝土一统天下，但是也不乏石材运用的佳作出现，而且随着世界建筑多元化局面的出现，一些建筑师突破现代建筑的常规，从事建筑技术及材料的表现，并将其与建筑艺术有机的融合，使石材呈现出现代性的特征。

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[2]何琦,周吴锋,等.建筑石材的发展历史与趋势[J].山西建筑,2006,(5).

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