背栓点连接花岗石幕墙一． 概述    用背栓点连接花岗石幕墙进行建筑外饰面花岗石施工是建筑外饰面施工技术的重大突破，它开避了石材幕墙施工工艺的新纪元。使石材幕墙有了广阔的使用领域，即任何建筑物、任何高度、任何部位、任何构造形式都可以采用背栓点连接花岗石幕墙。背栓点连接花岗石幕墙的背栓仅用作石板材与连接件的紧固件，这样连接件可按需要灵活设计，而钢销式，短槽式，通槽式的钢销（钢钩）既和横梁（立柱）连接，又和石材连接，它的使用部位和方法带有很大局限性，背栓点连接方法为石材幕墙和玻璃（金属）幕墙组合成组合幕墙创造了条件，即在同一立柱上可左面安装玻璃幕墙，右面安装石材幕墙，在同一横梁上，可上面安装玻璃幕墙，下面安装石材幕墙。   背栓点连接花岗石幕墙已有二十多年历史，我国在二十世纪九十年代开始使用。1998年建成的上海中银大厦（浦东国际金融大厦）高235m，+139m以下采用了背栓点连接花岗石幕墙，复盖主体结构表面15000m2，花岗石幕墙（其构造型式为凸梯形与凸矩形组合）展开面积22000m2，使用了约3万块花岗石，6万个背栓，花岗石尺寸为（H×B）2.05m×0.3m，花岗石幕墙最高点为139m。1999年建成的上海交银大厦采用的背栓点连接花岗石幕墙最高标高达196m，全国还有很多工程采用了背栓点连接花岗石幕墙，总用量超过100万m2。 “实践是检验真理的唯一标准”，在建造这些幕墙时，除按惯例进行风压变形，空气渗透，雨水渗漏三项物理性能检测外，还对背栓和背栓锚固石材的连接部位进行了背栓拉伸试验，背栓锚固石材的拉拔试验，背栓锚固的长期（8500h）静载抗剪、抗拉试验，背栓锚固的疲劳试验，以及背栓点连接花岗石幕墙的抗震性能振动台试验，积累了大量试验参数，证明了背栓点连接花岗石幕墙有很高的可靠性，同时找出了局部构造改进的方向。下面进行详细讨论：    1.背栓拉伸试验。从调查资料看出，背栓的材质与A2-70不锈钢螺栓相近，其极限抗拉强度接近700N/mm2，非比例伸长应力大于480N/mm2，一颗φ12mm（φ8mm、φ6mm）背栓应力截面积为84.3mm2 (36.6mm2、20.1mm2)，其极限拉伸强度为59KN(25.6KN、14KN)是背栓锚固石材拉拔力的2.5倍~10倍,也就是说背栓锚固石材只会是石材冲切破坏，因此只要选对背栓的钢号就行了。背栓伸拉试验对试验结果进行数理统计后，应按GB50068第5.0.3条规定取fk=μf-1.645σf ，背栓抗拉强度设计值按GB50017可取为ftb=fub/2.174，抗剪强度设计值fvb=fub/2.857。现在有的厂商提供的参数，取fk=uf-2.57σf.及抗拉材料分项系数1.8,和抗剪材料分项系数3.2和GB50068和GB50017不一致,GB50068第1.0.3条规定：“制定结构荷载规范以及钢结构设计规范-----等设计规范应遵守本规范的规定”。我个人意见还是按GB50068执行。2.锚固件抗拉拔承载能力试验，从试验情况看背栓与石材的锚固处全部是石材冲切破坏，破坏状态为石材锥度破坏，影响破坏的因素有背栓直径，背栓锚深，石材本身强度，其中锚深影响最直接，而且当锚深等于小于12mm时，承载能力破坏的离散性较大，经回归统计，抗拉拔承载能力按锚深的指数1.5增长，基材强度对抗拉拔承载能力按指数0.5增长，6mm背栓连接抗拉拔承载能力为4.5KN~8KN，φ8mm背栓抗拉拔承载能力为5KN~10KN，φ12mm背栓抗拉拔承载能力为6KN~12KN。上述为承载能力标准值，即将拉拔试验结果进行数理统计，将平均值减去1.645倍标准差，前述锚深≤12mm离散性较大，其标准差也大，按fK=μf-1.645σf计算已考虑了离散性，不必再用系数折减。其设计值fTV=fK/2.143/2。.对只进行了石材抗压（抗弯）试验的工程可用应力法计算抗剪强度：τ=P/[π*h/cosα*(D+h*tanα)]≤fT3、锚固件锚固的长期静载试验锚固件长期静载试验，测试背栓锚固不同强度的基材在长期静载下的位移松动及徐变性能，设计试验时间为一年（8500H），试验分长期荷载抗剪试验和抗拔试验，抗剪试验是指背栓在承受荷载抗剪作用下经8500H后，对受拉试件做极限拉拔力试验与未经长期荷载试验的试件作对比，试验结果说明抗剪性能良好，除加载初期观察到较小因装配间隙位移（≤0.3mm）外未见其他破坏，在长期抗拉拔试验中未见破坏和明显位移。说明背栓与石材的连接即使在长期外荷载下作用也有很大的可靠性。4、锚固件锚固的荷载疲劳试验，即反复荷载的疲劳试验。在正压300万次+负压300万次往复动力载荷耐疲劳度试验中，对带尼龙塑料套垫的背栓在栓与孔之间起到三向隔震减震效应，在冲击作用下起到缓冲作用，使背栓锚固连接部位在数百万次强劲往复动力荷载耐疲劳试验中未见损坏和明显位移，而单切面背栓由于背栓本身活动，在往复动力的压、拉作用下，最差的在126次负压破坏，因此可以看出背栓最好要带尼龙套垫，并采用双切面即背栓与石材要首先紧固。5、抗震试验华南城建学院抗震中心、中国建筑科学研究院、中国水科科学研究院进行多次石材幕墙抗震性能振动台试验。试验结果表明在地震加速度0.6g以下（相当于烈度9.7度）时一切正常，华南城建学院抗震中心试验中发现在0.6g时背栓有松动迹象，0.8g时（相当于烈度10度）幕墙挂勾有脱出横梁的可能，经分析是主要是栓孔未按公差要求加工，采用单切面无尼龙套垫的背栓，幕墙组件的挂勾与横梁搭接量小于6mm。其他试验采用了带尼龙套垫的双切面背栓，幕墙单元组件挂勾与横梁搭接高度大于10mm，即使在0.9g（相当于烈度10.2度）、层间变位达到1/54时，背栓点连接花岗石幕墙仍完好无损，而且经过抗震试验的试件背栓与石材锚固处的石材抗拉拔能力与未经抗震试验的试件几乎没有区别。从以上试验可以看出，背栓式点连接花岗石幕墙在规范规定的使用范围（6—8度区）时，可以采用无尼龙塑料套垫的单切面背栓，当用于9度区及9度以上烈度区时，应采用带尼龙塑料套垫的双切面背栓。幕墙组件挂勾与横梁的搭接高度应不少于10mm。二、设计与计算1、 构造设计首先要树立一个概念：背栓是一个紧固件，它把石材和石材幕墙组件中的连接件联结在一起，它属于可以自由拆卸的紧固件，连接件可按需要即按照每幅幕墙中与石材幕墙相组合的玻璃（金属）幕墙的构造相匹配的构造要求来设计连接件。例如和外插式隐框幕墙（小单元幕墙）相组合时可采用与外插式相匹配的连接件，用背栓将石材固定在外插式付框上。    石材与连接件的连接，视石板材尺寸和构造要求可采用一个背栓、两个背栓、四个背栓等。   当采用一个背栓时，孔一般应位于板中心，孔中到板边距离不大于300mm，板与连接件还应采用4个尼龙螺栓顶住板内侧，保持板的稳定。   当采用二个背栓时，孔中到板顶边距离不大于400mm，至侧边不大于300mm，在背栓两侧用尼龙螺栓顶住板内侧，保持板的稳定。   当采用四个螺栓时，孔中到板边距离不大于250mm。   背栓及孔的构造要求如下表：                                                                  表1       型     号 钻孔直径 锚固深度 连接螺栓 最大锚固厚度 底孔直径 最小板厚 FZP11×12M6/3A4 11 12 M6 3 13.5 20 FZP11×12M6/9A4 11 12 M6 9 13.5 20 FZP11×15M6/6A4 11 15 M6 6 13.5 28 FZP13×15M8/4A4 13 15 M8 4 15.5 28 FZP13×15M8/25A4 13 15 M8 25 15.5 35 FZP13×20M8/10A4 13 20 M8 10 15.5 35 FZP13×21M8w/5A4 13 21 M8