浅谈建筑幕墙用石材铝蜂窝板的设计深圳市方大建科集团有限公司 李超摘要 ：结合建筑幕墙用石材铝蜂窝板自身的特点， 设计师设计石材铝蜂窝板提供有力的论证。

关键词 ： 石材铝蜂窝板 荷载 抗弯强度 挠度 抗拉强度 0 引言蜂窝板是由两块表板和充填其中用以保证两块表板砌合在一起共同工作的蜂窝中间层 所组成。

表板可以选用不同的材料 : 当两块表板都是铝板或钢板时，称为铝蜂窝板或钢蜂窝 板；当其中一块表板为石材 、钛合金板、搪瓷板、木材、玻璃钢、塑料 时，分别 称为石材蜂 窝板 、钛合金蜂窝板、搪瓷蜂窝板、木材蜂窝板、玻璃钢蜂窝板、塑料蜂窝板等 。

中间蜂窝 层采用铝箔、纸箔和塑料时，分别称之为铝蜂窝、纸峰 窝、塑料蜂窝。

这里主要针对建筑幕墙用石材铝蜂窝板进行设计分析，石材蜂窝板构造示意图如下：石材铝蜂窝板构造图 1说明： 1—石材； 2—与石材面板粘结的蜂窝板面板(铝板、镀铝锌钢板、玻纤板)； 3—铝 蜂窝芯； 4—蜂窝板面板(铝板、镀铝锌钢板、玻纤板)； 5—胶粘剂层。

石材铝蜂窝板的优点在这里不再赘述，在外力作用下它的常见破坏模式如下：1) 石材蜂窝板弯曲刚度不够导致总体失稳；2) 蜂窝剪切模量过小，胶黏剂剪切强度过低，产生挠曲引起蜂窝剪切皱折；3) 胶黏剂平面拉伸强度不够而产生表板向外凸出；4) 由于表板太薄，蜂窝孔太大导致蜂窝孔间铝表板失稳(起皱)，表板断裂； 计算分析复合板的受力状况， 为幕墙5)蜂窝平面压缩强度不够，挠度过大，受力时蜂窝挠曲压塌；6)表板与蜂窝剥离强度不够导致表板与蜂窝分离；石材蜂窝板设计的基本要求是能抵制上述各种模式或其组合的破坏，在实际幕墙工程设计和石材蜂窝板开发生产时，应对复合板的抗弯，挠度，及埋在复合板中的背栓抗拉强度进行校核。

现行《金属与石材幕墙工程技术规范》 JGJ133-2001 中并没有给出超薄石材复合板相关的计算方法，计算参考自北京市地方标准《建筑装饰工程石材应用技术规范》DB 11/T512-2007 。

下面以深圳市某项目 16m高处吊顶石材为对象进行验算分析，其节点图如下：2：板块净尺寸 ( 短边×长边 ) ：a× b=830mm× 1000mm ；3、背栓孔到短边端面的垂直距离 a 1=150mm ；背栓孔到长边端面的垂直距离4、超薄石材复合板配置：总厚度δ =30mm ，其中石板厚 10mm ，蜂窝板厚栓；5： 模型简图 2 为背栓连接板块模型简图 22.1 超薄石材复合板板块荷载计算(1) 垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值：深圳市设计基本地震加速度为 震设防烈度为 7 度。

本工程为标准设防类建筑，按 7 度进行设计 ;q EAk ：垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值 (MPa)；βE ：动力放大系数，取 5.0 ；αmax ：水平地震影响系数最大值，取 0.08 ；G k ：超薄石材复合板板块的重力荷载标准值 (N)0.1344KN ；A ：幕墙平面面积 (mm 2) ；q EAk =β E α max G k /A ............................................. 5.3.4[JGJ102-2003]=5 ×0.08 × 0.1344=0.000064MP a(2) 超薄石材复合板板块荷载集度设计值组合：采用 S w +0.5S E 设计值组合：q=1.4W k +0.5 × 1.3q EAk-3=1.4 × 2.136x10 -3 +0.5 × 1.3 × 0.000064=0.003032MPa(3) 超薄石材复合板板块荷载集度标准值组合：采用 S w +0.5S E 标准值组合： q k =W k +0.5 × q EAk-3=2.136x10 -3+0.5 × 0.000064=0.002168MPa2.2 超薄石材复合板整体板面的抗弯设计(1) 计算边长的计算： b 0：支撑点间板块长边边长 (mm)； b 1=150mm ； 20mm ，四 或六个背0.10g ，抗a 0 ：支撑点间板块短边边长 (mm)；a ：板块短边边长 (mm) ；b ：板块长边边长 (mm) ；a 1 ：背栓孔到短边端面的垂直距离(mm)；b 1 ：背栓孔到长边端面的垂直距离(mm)；a-2a 1=530mm≤ b-2b 1=700mm所以： a0=a-2a 1=530mm； b0=b-2b 1=700mm；(2) 整体板面材料的抗弯校核计算：22校核依据：σ=6mqb02/t 2⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4.4.10-1[DB 11/T512-2007] σ≤ f sc =3.72MPaσ：超薄石材复合板中产生的弯曲应力设计值 (MPa) ；f sc：超薄石材复合板的抗弯强度设计值 (MPa) ； m：超薄石材复合板最大弯矩系数，按支撑点间板块短边边长与长边边长的比0.7571 ，查表4.4.10-1[DB 11/T512-2007] 得： 0.1398 ；q：超薄石材复合板板块水平荷载集度设计值组合(MPa) ；b0：支撑点间板块长边边长 (mm)；t ：超薄石材复合板厚度： 30mm；在按上面公式计算超薄石材复合板的时候，要考虑大挠度变形对起弯曲应力的影响，对公式 4.4.10-1[DB 11/T512-2007] 计算的应力应该进行折减，折减系数按表4.4.10-2[DB 11/T512-2007] 采用；在表 4.4.10-2[DB 11/T512-2007] 中：θ =q k a4/Et 4θ：计算参数；q k：超薄石材复合板板块荷载集度标准值组合(MPa)；a：无肋时，取超薄石材复合板板块短边边长(mm)；有肋时，取肋区格内短边边长(mm)；E：超薄石材复合板近似弹性模量 (MPa)；t ：超薄石材复合板厚度： 30mm；44θ =q k a4/Et 444=0.002168 × 8304/3000/30 4=0.4234查表 4.4.10-2[DB 11/T512-2007] ，得η =0.4 22σ=6mqb0 η /t2=6 × 0.1398 ×0.003032 × 7002×0.4/30 =0.5539MPa 0.5539MPa ≤ 3.72MPa 超薄石材复合板强度能满足要求。

2.3超薄石材复合板面材与基材的抗弯设计校核依据：σ面=D1/D 0×σ..................... 4.4.10-3[DB 11/T512-2007]σ基=D2/D0×σ⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ..4.4.10-4[DB 11/T512-2007]σ面：水平荷载作用下板块面材最大弯曲应力设计值(N) ；σ基：水平荷载作用下板块基材最大弯曲应力设计值(N) ；D0：超薄石材复合板近似组合抗弯刚度(N· mm)；D 0=D1+D2⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ..4.4.10-5[DB 11/T512-2007]D 1、D2：分别为超薄石材复合板面材和基材的抗弯刚度(N·mm)，按下列公式计算：32D=Et 3/12(1- ν2 ) 其中：D：面材和基材的抗弯刚度 (N ·mm)；E ：面材和基材的弹性模量 (MPa) ； t ：面材和基材的厚度 (mm)；ν：面材和基材的泊松比 (MPa)；32 所以： D1=E1t 13/12(1- ν12)32 =80000× 103/12/(1-0.125 2)=6772486.772Nmm32D2=E2t 23/12(1- ν 22)32=29000× 203/12/(1-0.252) =20622222.222N.mmD 0=D1+D2 =6772486.772+20622222.222 =27394708.994N · mmσ 面=D1/D0× σ=6772486.772/27394708.994 × 0.5539 =0.1369MPa ≤ 1.86MPa所以，超薄石材复合板面材抗弯强度能满足。

σ基=D2/D 0×σ=20622222.222/27394708.994 ×0.5539=0.41697MPa ≤ 10.5MPa所以，超薄石材复合板基材抗弯强度能满足。

2.4超薄石材复合板的挠度校核校核依据： d f=m1q k b04/D0⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 4.4.11[DB 11/T512-2007] 上面两个公式中： d f ：水平荷载作用下板块最大挠度计算值(mm)；4=0.0173 × 0.002168 × 7004/27394708.994=0.3287mmd f,,lim =1000/60=16.667mmd f =0.3287mm≤d f,,lim =16.667mm所以，超薄石材复合板挠度能满足。

2.5超薄石材复合板的螺栓抗拉强度校核N ：单个螺栓抗拉强度计算值 (N) ；m 1：四点支撑超薄石材复合板挠度系数；q k：水平风荷载标准值 (MPa) ；b 0 ：支撑点间板块长边边长 (mm)；D 0：超薄石材复合板近似组合抗弯刚度(N.mm) ；4d f =m1q k b0 /D0q ：超薄石材复合板板块水平荷载集度设计值组合(MPa) ；a ：板块短边边长 (mm)；b ：板块长边边长 (mm)；N=qab/4=0.003032 × 830× 1000/4 =629.14N ≤ 3200N 所以，超薄石材复合板螺栓抗拉强度能满足。

3总结随着超高层建筑越来越多，石材铝蜂窝板应用越来越广，这里介绍的石材铝蜂窝板设计计算只是众多计算方法中的一种，相信通过不断的实践和研究，石材铝蜂窝板的各项技术也会得到不断的完善。

参考文献：[1] DB 11/T 512-2007 ，北京市地方标准《建筑装饰工程石材应用技术规范》[2] JGJ102-2003 ，玻璃幕墙工程技术规范[3] JGJ133-2001 ，《金属与石材幕墙工程技术规范》[4] JG/T 328-2001 ，《建筑装饰用石材蜂窝复合板》[5] 张少实. 新编材料力学.北京.机械工业出版社，20021 荷载计算1.1吊顶负风压标高为 16m处立面墙角区风荷载计算（GB50009-2012） W0: 基本风压（按 50 年一遇）2W0=0.75 kN/m 1 2 βgz: 16m 高处阵风系数（按C类区计算）-0.22βgz=1+1.15 ×（Z/10）-0.22 =2.037μz: 16m 高处风压高度变化系数（按C类区计算）:μz =0.544 × （Z/10）0.44（C 类区，在 10米以下按 15米计算） =0.669局部体型系数取μsl =2.0 （墙角区）风荷载标准值 :W k=βgz×μ z×μ sl × W0 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯（GB50009-2012） =2.037 ×0.699 ×（ -2.0 ）× 0.752 =-2.136kN/m 21.2自重荷载标准值计算本石材系统面板采用 30mm 厚超薄石材复合板，超薄石材复合板自重荷载标准值为：2G k=0.1344kN/m 2;2超薄石材复合板的选用与校核基本参数：1：计算点标高： 16m。