石材幕墙典型风险分析及对策

刘学霈，王超，刘发令，潘光永，陈宇强，曹玉

（中国建筑科学研究院有限公司，北京 100013）

1 引言

我国建筑幕墙自20 世纪80 年代后期开始出现，近30 多年来呈现出了大规模、高速度的发展态势。石材幕墙的干挂工艺，打破了传统的块料镶贴的局限性，石材幕墙在建筑工程中的应用得到了迅速发展［1］。随着建筑造型越来越复杂，石材幕墙技术难度不断突破，而设计、加工制作、安装施工及后期运维过程中，缺乏统一的技术规范，加工、施工技术人员水平偏低，也带来不少安全质量隐患，导致石材幕墙坠落等安全事故时有发生［2-3］。这就要求人们在设计阶段、施工阶段、运维阶段加以控制，以确保石材幕墙的安全性。

2 石材幕墙典型坠落原因分析

根据石材幕墙坠落情况及构造特点分析，石材幕墙损坏主要原因有石材面板破损、面板连接挂点位置损坏及特殊造型位置无加强措施等。

2.1 石材面板破损

面板强度达不到要求，在外部荷载作用下导致如图1 所示石材面板局部破损。未考虑温度应力、沉降等因素造成如图2 所示石材局部挤压破损。

图1 石材面板局部破损

图2 石材面板挤压破损

2.2 连接节点处失效

石材面板采用端面开槽与挂件连接，在石材槽口位置强度被削弱，且连接点位置应力集中，在外部荷载作用下易造成如图3 所示挂件连接槽口位置石材崩裂［4］。

图3 挂件连接槽口处崩坏

2.3 特殊造型位置无加强措施

石材面板拼接造型位置，石材尺寸往往很小，连接构造尺寸不足，无法单独安装连接件，所以需要与其他大块石材组合在一起，进行整体安装，石材组合仅采用胶粘无机械加强措施，造成如图4 所示石材拼接的转折部位开裂脱落。

图4 石材拼接的转折部位开裂脱落

3 石材幕墙风险防范建议

3.1 石材幕墙设计阶段

3.1.1 石材幕墙面板选择建议

石材在幕墙中的应用，需要充分考虑其品种、厚度和适用环境等多方面因素。只有当石材的品质、规格和设计要求都得到满足时，才能确保幕墙的施工质量和建筑美观。在石材的选用过程中，设计师和施工人员需要密切配合，根据实际情况选择最适合的石材种类和厚度。

根据JGJ 133—2001《石材幕墙工程技术规范》的相关规定，用于幕墙的石材弯曲强度应高于8.0 MPa，吸水率应小于0.8%［5］，宜选用花岗岩，这也限制了部分砂岩、石灰石等在石材幕墙中的应用。

砂岩和石灰石因其天然的美观性和质感，深受广大建筑师喜爱。然而，它们的强度相对较低，可能会在受到外力作用时出现破损或变形。为此，需要采取一些加固措施，以提高这些石材的强度和稳定性。

若采用砂岩、石灰石等强度较低的石材，可通过加固方式来满足其强度、吸水率等需求。

石材板材的加固可根据石材特点采用背网加固或渗透加固两种方式。

背网加固是一种通过在板材背面粘结高强纤维保护网来提高板材强度的方法。这种加固技术采用环氧树脂作为粘结剂，将纤维网与板材牢固连接。经过烘干处理后，纤维网与板材形成一个整体，从而使板材的强度得到显著提升。

渗透加固是指通过将渗透性强的环氧树脂胶液渗透到板材表面的缝隙中，填充板材内部的空隙。在烘干处理后，再进行磨抛加工。渗透加固不仅可以提高板材的强度，还能改善其抗渗性能。

3.1.2 石材幕墙连接系统选择建议

石材幕墙发展至今，为适应各种情况吸取了大量经验与教训，石材挂接系统不断更新换代。本文总结出以下几种典型石材幕墙连接系统。

1）销钉连接系统

销钉连接如图5 所示，施工过程中需要使用专业的开孔设备和连接件，使得工艺复杂，费时费力。此外，这种固定方法还存在一定的安全隐患，如销钉松动、连接件老化等问题，这种传统的石材固定方法在现代建筑中已逐渐被淘汰。取而代之的是更为简便、安全、高效的安装方式。

2）T 形挂件连接系统

在石材安装领域，T 形挂件作为一种常见的连接方式，如图6 所示，其在石材边部开槽进行连接。一组挂件可以控制上下两个板块的固定。然而，这种连接方式T 形挂件的性能相对较差，容易出现松动、磨损等情况，从而影响石材的稳定性和安全性。其次，更为危险的是，边部开槽后石材厚度减小，槽口位置的石材极易崩坏。这种情况可能导致石材破损、脱落，甚至造成意外伤害。此外，由于T 形挂件连接方式的局限性，更换性能较差，一旦出现问题，修复和更换的难度较大。目前极少项目采用，一些地区已提出禁止用于幕墙工程。

图6 T 形挂件连接系统

3）SE 铝合金连接系统

SE 铝合金连接系统如图7 所示由一个主挂件和两个副挂件组成，由于其经济性好并具有板材独立安装、受力清晰，板块之间不会发生荷载传递、有效解决热胀冷缩及抗震等诸多问题成为目前主流产品。但槽口位置石材极易崩坏需要在加工、施工时加以控制。

图7 SE 铝合金连接系统

4）背栓连接系统

背栓连接系统如图8 所示，背栓连接具有众多优势。首先，它利用专业的开孔设备，确保了孔位的精确度，使得连接更加稳定。其次，锚栓的植入和螺杆的拧入，使得石板与龙骨之间的连接更加牢固。同时，锚栓底部完全展开，与锥形孔相吻合，提高了连接的可靠性。然而，在使用背栓连接时，也需要注意一些问题。例如，在开孔过程中，要确保孔位的准确度，避免因孔位偏差导致的连接不稳定。此外，要选择质量优良的锚栓和螺杆，以保证连接的牢固性。同时，连接件的选择和使用也要注重其稳定性和安全性。

图8 背栓连接系统

3.1.3 特殊造型位置石材幕墙处理建议

常规石材幕墙只需要正确掌握其用材和连接形式，以正确的计算为依据，在设计阶段规避掉施工时的风险，但一些特殊位置需特别处理。

1）檐口外挑石材的处理

为了提高檐口位置的安全性和稳定性，不应采用常规的连接技术，而应对面板进行加固处理。在这种情况下，建议采用背栓等工艺进行有效可靠的机械连接。背栓连接具有较高的稳定性和可靠性，可以有效防止石材线条脱落，提高建筑物的安全性。

在实际应用中，背栓连接的施工过程应严格按照设计要求和施工规范进行。施工人员需要对石材进行精确开孔，将背栓植入孔中，并通过连接件将石板固定在龙骨上。此外，还需要注意石材的选材和加工质量，确保石材线条的稳定性和安全性。

总之，在异形建筑中，采用背栓等工艺对檐口位置的石材线条进行加固处理，是一种安全、可靠的方法。设计师和施工人员应充分了解背栓连接的原理和应用技巧，以确保建筑物的安全和美观。

2）石材吊顶的处理

在建筑物的入口、檐口等位置，外立面石材与吊顶的交接收口面往往需要考虑美观因素。为了保持与外立面材料的一致性，这些部位的石材吊顶材料选择与外立面石材相同。然而，这些部位并不适合采用普通的挂接方式来处理。

在这种情况下，建议使用背栓系统进行石材固定。在必要时，可以在石材中部加打一个背栓，然后通过钢丝绳将石材连接到龙骨上。一旦石材脱落，钢丝绳可以起到缓冲作用，降低坠落风险。此外，在石材背部衬玻璃纤维网，并用环氧树脂胶进行粘结，也能有效防止碎石板的坠落。

另外，采用仿石喷涂铝板或蜂窝石材也是避免吊顶石材坠落的有效方法。这些替代材料具有较低的自重和良好的稳定性，可以降低坠落风险，同时保持外立面的美观效果。

总之，在处理入口、檐口等位置的石材吊顶时，应采用背栓系统等可靠的连接方式，确保石材的安全固定。同时，可以考虑使用仿石喷涂铝板或蜂窝石材等替代材料，以降低坠落风险并保持美观。设计师和施工人员应充分了解这些连接方式和材料的性能，确保建筑物外立面的安全和美观。

3.2 石材幕墙施工阶段

石材幕墙施工中，需对材料进行质量控制，在此过程中，管理人员需认识到施工工艺和材料的加工制造都是保证施工质量的关键［7］。因此，应明确石材幕墙的加工、安装工艺要求，在每个工序中设置必要的控制点。

3.2.1 石材幕墙材料质量控制要点

要想使石材幕墙技术发挥更大的优势，加工时要明确其技术要求，处理好各个环节，控制要点建议如下。

1）石材面板的壁厚、平面尺寸偏差应符合设计及规范要求。

2）石材表面防护应符合设计要求及规范要求，防护液选择应根据石材种类和使用地区选用符合设计要求，且不得污染石材，避免出现如图9 所示的未做防护情况发生。

图9 现场淋水（滴水）检测

3）石材的背网处理应符合设计及规范要求。

4）石材组拼的加强构造应符合设计及规范要求，优先采用如图10 所示机械锚固工艺，不得仅用胶粘结，避免出现如图11所示拼接石材未做加强构造处理造成石材断裂情况发生。

图10 组拼石材（背栓加强）

图11 组拼石材未做加强构造

5）石材短槽（弧形槽）加工质量（开槽尺寸和位置）符合设计及规范要求，避免出现如图12 所示开槽深化不足及如图13 所示石材面板单侧厚度不足的现象。

图12 石材开槽深度不够

图13 石板单侧预留厚度不够

6）石材背栓开孔质量（开孔尺寸和位置）符合设计及规范要求。

7）挂件和背栓挂件托板的开孔数量、开孔质量（形状、尺寸）符合设计及规范要求。

8）横梁、连接角码、立柱及连接附件等加工长度及开孔质量（数量、位置、规格）应符合设计及规范要求，开孔规格（形状、尺寸）应与连接螺栓匹配。

9）埋板的加工尺寸和焊接质量符合设计及规范要求。

3.2.2 石材幕墙安装质量控制要点

石材幕墙的施工过程中，现场负责人要认真检查施工质量，例如，连接件的焊接质量，有无漏焊、未焊透等问题；预埋件的位置精度是否达标，有无松动问题；相邻两块饰面石材之间的缝隙是否偏大，缝隙内的密封胶是否充满等［8］。为更好地控制施工质量，施工时要明确其技术要求，在施工过程中处理好各个环节，规范、科学地开展施工作业，控制要点建议如下。

1）预埋件或后补埋件的基层结构及埋置质量应安全可靠，基层应为混凝土结构梁、柱或圈梁、构造柱，不得埋置在砌体内或填充墙上；埋件处基层混凝土不得有蜂窝、孔洞、露筋、烂根等质量缺陷。埋件位置、标高和垂直度，应符合设计及规范要求，且满足龙骨的安装要求。

2）转接件与埋件的连接应安全可靠，采用焊接连接，如图14 所示，焊接质量（焊缝长度、高度）应符合设计及规范要求，且焊缝表面不得有裂纹、焊瘤等缺陷。采用螺栓连接，如图15 所示，螺栓规格应符合设计要求，螺栓应紧固，限位垫片应点焊定位。

图14 与板式埋件（焊接）连接

图15 与槽式预埋件（螺栓）连接

3）钢立柱与转接件的连接应安全可靠，立柱与转接件采用螺栓连接，螺栓规格应符合设计要求，配套对穿螺栓应拧紧避免出现如图16 所示未紧固或如图17 所示缺少限位措施的情况，应保证连接牢固。

图16 螺栓未紧固

图17 螺栓未限位

4）钢横梁的安装质量是否符合规范要求，钢横梁的两端与立柱（连接角码）的连接方式应符合设计及规范要求，横梁至少有一端有位移功能。

5）挂件系统安装质量应符合设计及规范要求，挂件的使用及材质应符合设计及规范要求；避免出现如图18 所示挂件螺栓缺失、如图19 所示挂件安装错误、如图20 所示挂件位置石材碎裂、如图21 所示干挂胶不饱满等情况发生。

图18 固定螺栓缺失

图19 挂件安装错错误

图20 挂件位置石材碎裂

图21 干挂胶不饱满

3.3 石材幕墙运维阶段

把控好建筑设计、施工阶段，能够从源头上提高建筑幕墙的质量，为建筑幕墙安全提供了基础，但是后期运维过程中高标准的检验，以及保养维护更是保持幕墙长期安全的保障。

根据JGJ 133—2001《金属与石材幕墙工程技术规范》要求，在幕墙工程竣工验收后1 年时，应对幕墙工程进行一次全面的检查，此后每5 年检查1 次。运维阶段的安全问题解决方案主要是通过高标准的检测评估结构安全性能，并针对面板破裂、渗水问题、连接件失效等问题进行维修保养［9］。

石材幕墙后期使用中应建立较为完善的定期维护制度，对影响结构安全因素及时排除，对不符合国家安全规范要求部分及时整改。

1）幕墙面板破裂、松动：一旦发现此类问题，应立即对损坏的部分进行更换或维修，确保幕墙结构的稳定性。

2）五金件失效：针对五金件失效问题，需要及时排查原因并进行维修处理，确保幕墙的完整性和安全性。

3）幕墙构件锈蚀、掉漆：出现锈蚀或掉漆现象时，应尽快进行补漆处理，以防构件进一步破坏，从而避免安全隐患。

4）螺栓不紧固：对于松动的螺栓，应及时拧紧或更换。若出现滑丝现象，应进行及时的补强处理，以免影响幕墙的安全性能。

5）面板间胶缝问题：定期检查胶缝是否出现问题，如发现漏水等情况，应及时进行修复，以确保幕墙的防水性能。

此外，石材幕墙后期使用中应建立完善的定期维护制度，对影响结构安全的因素及时排除，对不符合国家安全规范的部分及时整改。通过严格的维护和管理，可以有效保障石材幕墙的安全性能和使用寿命。这不仅有利于提高建筑物的整体品质，也有助于确保人民群众的生命财产安全。

4 结语

石材幕墙质量控制是建筑装饰工程中不可忽视的重要环节。建立完善的质量控制体系、加强施工管理、合理选择材料和工艺，并解决常见问题，将有助于提高石材幕墙的施工质量，确保建筑的外观和性能符合设计要求，为用户提供安全、舒适的建筑环境［10］。

在建筑项目的设计、施工和运维阶段，安全风险是需要高度重视的问题。为了确保建筑物的安全性，以下几个方面至关重要。

1）设计阶段：设计师在设计阶段应严格把控设计的合理性和安全性，从源头上杜绝安全隐患。这包括对石材幕墙的设计进行充分论证，确保其结构稳定、材料选型适当，以及考虑施工过程中可能出现的安全问题。合理地设计可以降低施工过程中的安全风险。

2）施工阶段：施工阶段的质量控制尤为重要，因为它直接影响到建筑物的安全性。在施工过程中，必须严格按照国家规范和设计要求进行操作。从石材的选择、加工、安装到验收，每一个环节都需要严格把控，确保石材幕墙工程的质量。只有高质量的施工，才能确保外立面石材幕墙的安全性。

3）运维阶段：在石材幕墙后期使用过程中，建立完善的定期维护制度至关重要。这包括对石材幕墙结构进行定期检查，及时排除可能影响结构安全的因素，以及对不符合国家安全规范的部分进行整改。通过长期的检查、维护和维修，可以有效杜绝安全问题的发生，确保建筑物的安全稳定。

总之，在建筑项目的各个阶段，安全风险防控是关键。设计师、施工人员和运维人员应充分认识到安全风险的重要性，并采取相应的措施确保建筑物的安全性。通过加强设计阶段的安全把控、施工阶段的质量控制以及运维阶段的定期维护，可以为建筑物营造一个安全、稳定的环境。这不仅有利于延长建筑物的使用寿命，也有利于保障人民群众的生命财产安全。