超大超厚外墙石材设计安装全过程

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　　北京天润财富中心特制石材外墙设计

　　来源：外墙故事 文/Abel Yang

　　【摘要】本文分类介绍了应用于本项目的超大超厚、三维异形石材的连接设计，以及设计方案的生成过程。

　　目录

　　基 础 信 息

　　建 筑 设 计 概 览

　　特 制 石 材 外 墙 设 计

　　小 结

　　建 筑 图 赏

　　基础信息

　　开 发 商： 天润置地

　　北京本地开发商，以开发建设高品质地产项目闻名。开发案例有：北京财源中心;二十一世纪大厦;望京东湖湾;平谷香墅湾等。

　　建筑师: 戴育泽

　　著名台湾新古典主义建筑师。对于石材和金属在立面上的应用，有独特的设计理念和极为严苛周到的细节要求。

　　外墙顾问：迈进外墙

　　该项目是迈进外墙为天润置地提供服务的第三个项目，于2013年11月获得委托，工作内容包括设计阶段、招投标阶段和建设阶段的全过程第三方设计咨询服务。截止2016年五月，本项目外墙工程全部竣工，2016年12月正式启用入驻，迈进外墙合同内的工作内容全部完成。

　　外墙施工图/石材加工及供应/外墙安装：凤凰山

　　基础数据

　　地理位置：朝阳门南小街

　　檐口高度：57.4米

　　建筑面积：75150平方米

　　外墙面积：30000平方米

　　结构形式：框架剪力墙

　　外墙产品：特制石材幕墙、特制金属单元窗、特制入口门及雨棚等。

　　功能与定位：典藏写字楼

　　建筑设计概览

　　整座建筑包含东西塔楼，以及位于底部的基座和入口区、顶部的柱廊及其后进院落等组成。

　　整个外立面的主要材料为石材，采用极具质感的切面、门头锁、菱形格、整体石柱等方式，强调其厚重、典藏、传世等设计理念。为贯彻这一理念，幕墙顾问秉承并延伸建筑师的设计构想，为本项目定制了个性化的石材工艺，大量使用了超规格、三维加工等特制石材。本文将分类展示这一设计实施的关键步骤和最终成果。

　　石材为“福建霞红”，表面处理为荔枝面。

　　另外，本项目中还定制了单元外窗、不锈钢喷涂入口及雨棚等特殊产品，本文不予表述。

　　特制石材外墙设计

　　石材基础厚度的确定

　　本项目的外墙设计特点决定了其包含大量的石材转角及暴露的侧边。根据石材分格统计，3 - 7层的标准段，外墙石材四边均不暴露的情况，仅占全部石材块数的不到8%。为体现传世典藏、古朴厚重的设计意向，建筑师规定了所有侧边暴露石材的最小厚度，并要求所有转角石材不可采用拼接处理，避免拼接缝隙的出现破坏整石的感受。

　　据此，迈进根据石材不同造型及所处的位置，确定了8种基础厚度，并以此为依据计算了造型石材的重量，作为设计的基础数据。下面表中第1至第3项为不同部位的平板石材，4-8项为几种最为典型的三维造型块石。

　　石材的安装设计

　　特殊造型的石材多体现为整石制作的效果，不再以厚度的概念来描述。但为便于统计毛石用量，仍然在前期设计中假设了各类造型所用的石板厚度。

　　①窗上下口石材造型 ②首二层造型柱

　　③门头石材造型 ④菱形石材装饰

　　⑤其它造型

　　以下将分类介绍各种石材的安装方案设计。

　　0、背栓选用和铝合金挂码设计

　　根据不同规格和重量的石材，选用了不同规格和埋深的背栓。

　　特制挂码的设计。既有形式的挂码难以适应超厚和超重的石材。迈进设计了特制的铝合金挂码，增加壁厚和轮廓尺寸，并规定了材料的强度等级和热处理状态。

　　1、1~4层大面100厚石材安装方案

　　1.1 石材宽度1000mm，高度880mm，重量246kg/块;石材宽度1500mm，高度880mm，重量369kg/块;背栓规格：M8X40,埋深25，背栓数量：4

　　1.2 石材宽度2000mm，高度880/1000mm，重量492/559 kg/块;背栓规格：M8X40,埋深25，背栓数量：5。 下部增设角钢承托。

　　2、4层以上50厚石材安装方案

　　用于4层及以上紧邻窗洞口侧边的立面石材。因其由室内可观察侧边，因此 规定了其视觉厚度，并要求定厚处理、侧边仿荔枝面凿毛。

　　2.1 石材宽度1000mm，高度667mm，重量 94kg/块;背栓规格：M8X38,埋深20，背栓数量：4

　　2.2 石材宽度1500mm，高度667mm，重量141kg/块;背栓规格：M8X38,埋深20，背栓数量：6

　　3、窗下沿造型石材安装方案

　　用于室外窗台。根据造型要求，设置了凸出墙面且上部倾斜的外窗台。这一造型是立面的典型要素。因线条的四边均有暴露面，采用了整石处理且全部荔枝面。

　　线条长度：1000mm/1500mm 截面轮廓：150 X 430 ;成品重量：152/230 Kg/块 ;背栓规格： M8 X 40mm，埋深25;背栓数量：4

　　4、转角石材安装方案

　　在外立面的大转角处，为实现转角“整石”效果，避免拼接缝隙，或者由于在转角处特殊造型的需要，需要使用转角石材进行安装。为避免过多的石材加工量，迈进在招标图中规定了“斜切”的做法。以下是两种典型的转角状况：

　　实际工程中，因最终确定的石材供应商与石材安装商为同一单位，在内部协调中改进了方案，将转角石材优化为薄板折角造型，采用50mm厚度。这一做法虽有可能增加加工成本，但降低了运输和安装成本，同时降低了建筑荷载，是在实际条件下对招标设计的有效改进，因此被迈进和开发商同意实施。见下图：

　　5、柱脚石材安装方案

　　6、首二层造型柱身异形石材安装方案

　　该品种石材体块有厚薄差异较大的两个部分。实际工况下连接件荷载分配较难分析。为避免连接件受力不均，采用了较薄处背栓，较厚处植筋的方案。

　　单块重量：180Kg/块; 锚接方式：4 - M8X40背栓，用于厚度为100处;

　　2 - M12X130 不锈钢螺杆植筋，用于转角加厚处(190~360)

　　7、菱形窗格石材安装方案

　　本建筑中共有35处菱形花窗，其中2700X2700共计26处，分布于建筑顶部，1888X1888共计9处，分布于3层外墙。为实现整体效果，迈进将凸出的菱形构造设计为整体制造，将位于角部的部分设计为四个L形石块。在设计安装构造前，仔细核算了每个单体构造的重量，以便选择适当的安装方式。最大的菱形尺寸边长1909，截面尺寸为350X400，单块重量约2.1 吨，常规安装构造无法完成。

　　下图为笔者与最小的一个整体菱形石材的合影(菱形边长1340)：

　　考虑到安装可靠，兼顾避免镂空石材的破碎(运输及安装过程)，迈进给出了预埋钢槽的设计方案。将槽钢嵌入石材线条后部，用植筋固定，并在菱形的四角伸出安装支架，直接与主体结构上的预埋件焊接。这一做法是充分评估了地震荷载导致的对固接节点的影响，和滑动节点对坠落风险的不利因素后，做出的理性选择。

　　现场实作时，施工单位将位于顶部的1909整体菱形改为了四件拼接，但保留了嵌入钢槽的连接方式;位于3层的菱形花窗仍按整体制作。采用了M16X190的不锈钢螺杆植筋用于固定嵌入的钢槽，并以环氧树脂填注。

　　四件拼接的做法虽然工艺难度降低，成本也较低，但外观效果与整体制作相比，缺陷明显，可以看到角部明显的拼接缝隙。好在这一部分位于建筑高处，远观并不明显。

　　而整体制作的窗格则完成度显著更高。

　　窗格四角的L形石材，也采用了类似的安装构造。

　　8、门头锁心石安装方案

　　建筑上共有8处锁芯石，其轮廓尺寸为 1032X841X550，单块重量接近1吨。其整体造型呈L形，两侧及正面向内收分，上宽下窄，除背面外，其余均为装饰面，其中正面为蘑菇面，其余为荔枝面。

　　锁芯石位于各入口上方弧顶正中位置，是建筑的视觉焦点;同时由于其巨大的自重，和入口上方的特殊位置，使其在安装和长期使用中的绝对安全，成为设计的重点考虑环节。

　　迈进在设计中采用了预埋钢管的方案。预埋钢管植入石材内部，并采用钢板法兰在背面，通过背栓与石材固定。在L形的下横部位，使用植筋在石材上固定槽钢。圆管、槽钢及相互形成的支架，成为安装体系，并直接与主体上的预埋件进行焊接。

　　石材安装方案总结

　　序号位 置石材厚度安 装 方 案

　　11F~4F大面石材(0.000m~13.9m)100mm

　　平板背栓铝合金挂件系统，根据石材宽度大小设置背栓数量,1.5m宽度以下

　　背栓铝合金挂件系统与角钢横梁相结合，用于1.5m~2m宽的石材

　　24F及以上大面石材(13.9m以上)50mm平板背栓铝合金挂件系统，根据石材宽度大小设置背栓数量

　　3窗侧板30mm

　　平板背栓铝合金挂件系统，根据石材宽度大小设置背栓数量

　　4窗下口石材线条150mm

　　平板背栓铝合金挂件系统，根据石材宽度大小设置背栓数量

　　5转角造型转角石材1300~350mm

　　异形背栓铝合金挂件系统，根据石材宽度大小设置背栓数量

　　转角石材2背栓铝合金挂件系统，根据石材宽度大小设置背栓数量

　　6首二层造型柱造型柱1-地面以上第一块石材100~200mm

　　异形1、石材背后开孔

　　2、孔内植入6根M12*130mm的不锈钢螺杆固定石材与钢角码

　　3、钢角码直接与石材龙骨连接

　　造型柱2-地面以上第三块石材100~200mm

　　异形背栓铝合金挂件系统，配合使用不锈钢螺杆

　　7菱形造型中间菱形350mm

　　异形1、石材背后开100*150mm的U型槽口

　　2、槽口内采用通长的8mm钢板折弯件与石材粘接

　　3、菱形的钢件每边采用3个M16*190mm不锈钢螺杆与石材固定，螺杆与石材之间填充环氧树脂胶

　　4、从菱形的四个角部伸出钢管支座直接与结构连接

　　四周三角形200mm

　　异形1、石材背后开100*150mmU型槽口

　　2、槽口内采用通长角钢与石材粘接

　　3、每边角钢采用2个M12*145mm不锈钢螺杆固定，螺杆与石材之间填充环氧树脂胶

　　4、从角钢焊出钢管支座与结构连接

　　8门头造型300~350mm

　　异形1、石材背后开圆洞

　　2、孔洞内插入4根圆钢管，环氧树脂胶粘接;伸出的钢管之间用斜撑加强

　　3、钢管与石材背面交接位置焊接8mm钢板，钢板再用4个M8的不锈钢背栓固定

　　4、门头石下端拐角部分的石材用M16*190不锈钢螺栓固定10#槽钢进行拉接

　　小结

　　1、建筑外观的特殊需求，决定了与众不同的石材外观细节;

　　2、为大量异形和厚重石材，定制了非标准的安装方案;

　　3、大部分的安装方案在实施中良好贯彻;个别局部因成本、场地、工艺等因素修改;

　　4、采用实地考察、工厂调研等方式确认非标石材的工艺可行性;

　　5、采用实样制作的方式检验试做和改进非标工艺;

　　6、建筑师的明确要求，外墙顾问的创新设计，施工环节的严格把控，建设单位的坚定决心，是达成 “传世典藏” 设计预期缺一不可的重要环节。