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1、淺談建筑幕墻用石材鋁蜂窩板的設(shè)計(jì)深圳市方大建科集團(tuán)有限公司 李超摘要：結(jié)合建筑幕墻用石材鋁蜂窩板自身的特點(diǎn)，計(jì)算分析復(fù)合板的受力狀況，為幕墻設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)石材鋁蜂窩板提供有力的論證。關(guān)鍵詞：石材鋁蜂窩板 荷載 抗彎強(qiáng)度 撓度 抗拉強(qiáng)度0 引言蜂窩板是由兩塊表板和充填其中用以保證兩塊表板砌合在一起共同工作的蜂窩中間層所組成。表板可以選用不同的材料:當(dāng)兩塊表板都是鋁板或鋼板時(shí)，稱為鋁蜂窩板或鋼蜂窩板；當(dāng)其中一塊表板為石材、鈦合金板、搪瓷板、木材、玻璃鋼、塑料刪除時(shí)，分別稱為石材蜂窩板、鈦合金蜂窩板、搪瓷蜂窩板、木材蜂窩板、玻璃鋼蜂窩板、塑料蜂窩板等。中間蜂窩層采用鋁箔、紙箔和塑料時(shí)，分別稱之為鋁蜂窩、

2、紙峰窩、塑料蜂窩。這里主要針對(duì)建筑幕墻用石材鋁蜂窩板進(jìn)行設(shè)計(jì)分析，石材蜂窩板構(gòu)造示意圖如下：石材鋁蜂窩板構(gòu)造圖1說明：1石材；2與石材面板粘結(jié)的蜂窩板面板（鋁板、鍍鋁鋅鋼板、玻纖板）；3鋁蜂窩芯；4蜂窩板面板（鋁板、鍍鋁鋅鋼板、玻纖板）；5膠粘劑層。石材鋁蜂窩板的優(yōu)點(diǎn)在這里不再贅述，在外力作用下它的常見破壞模式如下：1) 石材蜂窩板彎曲剛度不夠?qū)е驴傮w失穩(wěn)；2) 蜂窩剪切模量過小，膠黏劑剪切強(qiáng)度過低，產(chǎn)生撓曲引起蜂窩剪切皺折；3) 膠黏劑平面拉伸強(qiáng)度不夠而產(chǎn)生表板向外凸出；4) 由于表板太薄，蜂窩孔太大導(dǎo)致蜂窩孔間鋁表板失穩(wěn)（起皺），表板斷裂；5) 蜂窩平面壓縮強(qiáng)度不夠，撓度過大，受力時(shí)蜂窩撓

3、曲壓塌；6) 表板與蜂窩剝離強(qiáng)度不夠?qū)е卤戆迮c蜂窩分離；石材蜂窩板設(shè)計(jì)的基本要求是能抵制上述各種模式或其組合的破壞，在實(shí)際幕墻工程設(shè)計(jì)和石材蜂窩板開發(fā)生產(chǎn)時(shí)，應(yīng)對(duì)復(fù)合板的抗彎，撓度，及埋在復(fù)合板中的背栓抗拉強(qiáng)度力學(xué)性能、剛度及埋在進(jìn)行校核?，F(xiàn)行金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范JGJ133-2001中并沒有給出超薄石材復(fù)合板相關(guān)的計(jì)算方法，計(jì)算參考自北京市地方標(biāo)準(zhǔn)建筑裝飾工程石材應(yīng)用技術(shù)規(guī)范DB 11/T512-2007。下面以深圳市某項(xiàng)目16m高處吊頂石材為對(duì)象進(jìn)行驗(yàn)算分析，其節(jié)點(diǎn)圖如下：以深圳市某項(xiàng)目中石材蜂窩板應(yīng)用為工程實(shí)例，因現(xiàn)行金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范（JGJ133-2001）中并沒有給出

4、超薄石材復(fù)合板相關(guān)的計(jì)算方法，參考地方標(biāo)準(zhǔn)建筑裝飾工程石材應(yīng)用技術(shù)規(guī)范（DB 11/T512-2007），對(duì)該項(xiàng)目16m高處吊頂石材蜂窩鋁為對(duì)象進(jìn)行驗(yàn)算分析，節(jié)點(diǎn)圖如下所示：1 荷載計(jì)算1.1 吊頂負(fù)風(fēng)壓標(biāo)高為16m處立面墻角區(qū)風(fēng)荷載計(jì)算(GB50009-2012)W0:基本風(fēng)壓（按50年一遇）W0=0.75 kN/m2gz: 16m高處陣風(fēng)系數(shù)(按C類區(qū)計(jì)算)gz=1+1.15(Z/10)-0.22=2.037z: 16m高處風(fēng)壓高度變化系數(shù)(按C類區(qū)計(jì)算): z=0.544(Z/10)0.44 (C類區(qū)，在10米以下按15米計(jì)算)C類區(qū)，在15米以下按15米計(jì)算=0.669局部體型系數(shù)取s

5、l=2.0 （墻角區(qū)）風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值:Wk=gzzslW0 (GB50009-2012) =2.0370.699（-2.0）0.75=-2.136kN/m22.04 1.2 自重荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算本石材系統(tǒng)面板采用30mm厚超薄石材復(fù)合板，超薄石材復(fù)合板自重荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：Gk=0.1344kN/m2;Gk/A=0.1344kN/m2;2 超薄石材復(fù)合板的選用與校核基本參數(shù)：1：計(jì)算點(diǎn)標(biāo)高：16m2：板塊凈尺寸(短邊長邊)：ab=830mm1000mm；3、背栓孔到短邊端面的垂直距離a1=150mm；背栓孔到長邊端面的垂直距離b1=150mm；4、超薄石材復(fù)合板配置：總厚度=30mm，其中石板厚10m

6、m，蜂窩板厚20mm，四或六個(gè)背栓；5： 模型簡(jiǎn)圖2為 背栓連接板塊模型簡(jiǎn)圖22.1 超薄石材復(fù)合板板塊荷載計(jì)算(1)垂直于幕墻平面的分布水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值：深圳市設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g，抗震設(shè)防烈度為7度。本工程為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類建筑，按7度進(jìn)行設(shè)計(jì);qEAk：垂直于幕墻平面的分布水平地震作用標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)；E：動(dòng)力放大系數(shù)，取5.0；max：水平地震影響系數(shù)最大值，取0.08；Gk：超薄石材復(fù)合板板塊的重力荷載標(biāo)準(zhǔn)值(N)0.1344KN；A：幕墻平面面積(mm2)； qEAk=EmaxGk/A .5.3.4JGJ102-2003 =50.080.1344 =0.0000640.054

7、MPa (2)超薄石材復(fù)合板板塊荷載集度設(shè)計(jì)值組合：采用Sw+0.5SE設(shè)計(jì)值組合： q=1.4Wk+0.51.3qEAk =1.42.136x10-3+0.51.30.000064 =0.003032MPa (3)超薄石材復(fù)合板板塊荷載集度標(biāo)準(zhǔn)值組合：采用Sw+0.5SE標(biāo)準(zhǔn)值組合： qk=Wk+0.5qEAk刪除 =2.136x10-3+0.50.000064 =0.002168MPa2.2超薄石材復(fù)合板整體板面的抗彎設(shè)計(jì)(1)計(jì)算邊長的計(jì)算： b0：支撐點(diǎn)間板塊長邊邊長(mm)； a0：支撐點(diǎn)間板塊短邊邊長(mm)； a：板塊短邊邊長(mm)； b：板塊長邊邊長(mm)； a1：背栓孔到

8、短邊端面的垂直距離(mm)； b1：背栓孔到長邊端面的垂直距離(mm)； a-2a1=530mmb-2b1=700mm 所以：a0=a-2a1=530mm；b0=b-2b1=700mm；(2)整體板面材料的抗彎校核計(jì)算：校核依據(jù)： =6mqb02/t24.4.10-1DB 11/T512-2007 fsc=3.72MPa ：超薄石材復(fù)合板中產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力設(shè)計(jì)值(MPa)；fsc：超薄石材復(fù)合板的抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(MPa)；m：超薄石材復(fù)合板最大彎矩系數(shù)，按支撐點(diǎn)間板塊短邊邊長與長邊邊長的比0.7571，查表4.4.10-1DB 11/T512-2007得：0.1398；q：超薄石材復(fù)合板板塊水平

9、荷載集度設(shè)計(jì)值組合(MPa)； b0：支撐點(diǎn)間板塊長邊邊長(mm)； t：超薄石材復(fù)合板厚度：30mm；在按上面公式計(jì)算超薄石材復(fù)合板的時(shí)候，要考慮大撓度變形對(duì)起彎曲應(yīng)力的影響，對(duì)公式4.4.10-1DB 11/T512-2007 計(jì)算的應(yīng)力應(yīng)該進(jìn)行折減，折減系數(shù)按表4.4.10-2DB 11/T512-2007采用；在表4.4.10-2DB 11/T512-2007中：=qka4/Et4：計(jì)算參數(shù)；qk：超薄石材復(fù)合板板塊荷載集度標(biāo)準(zhǔn)值組合(MPa)；a：無肋時(shí)，取超薄石材復(fù)合板板塊短邊邊長(mm)；有肋時(shí)，取肋區(qū)格內(nèi)短邊邊長(mm)；E：超薄石材復(fù)合板近似彈性模量(MPa)；t：超薄石材復(fù)

10、合板厚度：30mm； =qka4/Et4 =0.0021688304/3000/304=0.4234 查表4.4.10-2DB 11/T512-2007，得=0.4 =6mqb02/t2 =60.13980.00303270020.4/302 =0.5539MPa 0.5539MPa3.72MPa 超薄石材復(fù)合板強(qiáng)度能滿足要求。2.3 超薄石材復(fù)合板面材與基材的抗彎設(shè)計(jì)校核依據(jù)：面=D1/D0.4.4.10-3DB 11/T512-2007 基=D2/D0.4.4.10-4DB 11/T512-2007 上面兩個(gè)公式中： ：水平荷載作用下板塊最大彎曲應(yīng)力設(shè)計(jì)值(N)； 面：水平荷載作用下板塊面

11、材最大彎曲應(yīng)力設(shè)計(jì)值(N)；基：水平荷載作用下板塊基材最大彎曲應(yīng)力設(shè)計(jì)值(N)； D0：超薄石材復(fù)合板近似組合抗彎剛度(Nmm)； D0=D1+D2.4.4.10-5DB 11/T512-2007 D1、D2：分別為超薄石材復(fù)合板面材和基材的抗彎剛度(Nmm)，按下列公式計(jì)算： D=Et3/12(1-2 ) 其中： D：面材和基材的抗彎剛度(Nmm)； E：面材和基材的彈性模量(MPa)； t：面材和基材的厚度(mm)； ：面材和基材的泊松比(MPa)； 所以： D1=E1t13/12(1-12) =80000103/12/(1-0.1252) =6772486.772Nmm D2=E2t23

12、/12(1-22) =29000203/12/(1-0.252) =20622222.222N.mm D0=D1+D2=6772486.772+20622222.222 =27394708.994Nmm 面=D1/D0 =6772486.772/27394708.9940.5539 =0.1369MPa1.86MPa 所以，超薄石材復(fù)合板面材抗彎強(qiáng)度能滿足。 基=D2/D0 =20622222.222/27394708.9940.5539 =0.41697MPa 10.5MPa 所以，超薄石材復(fù)合板基材抗彎強(qiáng)度能滿足。2.4超薄石材復(fù)合板的撓度校核校核依據(jù)： df=m1qkb04/D0 4.4

13、.11DB 11/T512-2007 上面兩個(gè)公式中： df：水平荷載作用下板塊最大撓度計(jì)算值(mm)； m1：四點(diǎn)支撐超薄石材復(fù)合板撓度系數(shù)； qk：水平風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(MPa)； b0：支撐點(diǎn)間板塊長邊邊長(mm)； D0：超薄石材復(fù)合板近似組合抗彎剛度(N.mm)； df=m1qkb04/D0 =0.01730.0021687004/27394708.994 =0.3287mm df,lim=1000/60=16.667mm df=0.3287mmdf,lim=16.667mm所以，超薄石材復(fù)合板撓度能滿足。 2.5超薄石材復(fù)合板的螺栓抗拉強(qiáng)度校核 N：?jiǎn)蝹€(gè)螺栓抗拉強(qiáng)度計(jì)算值(N)； q：超薄石材復(fù)合板板塊水平荷載集度設(shè)計(jì)值組合(MPa)； a：板塊短邊邊長(mm)； b：板塊長邊邊長(mm)； N=qab/4 =0.0030328301000/4 =629.14N 3200N 所以，超薄石材復(fù)合板螺栓抗拉強(qiáng)度能滿足。3 總結(jié)隨著超高