【門窗幕墻網】干掛石材作為一種具有更好耐久性、更貼近自然、莊重華貴的建筑材料，正在逐步取代早期廣泛流行的大面積采用玻璃的幕墻設計，建筑師更加重視如何在新的建筑物上突出建筑的藝術效果和自然美的效果，尤其是代表實體的石材幕墻與代表虛幻的玻璃幕墻的有機結合更是很多建筑師的首選。
干掛石材幕墻所使用的石材主要為天然花崗巖。花崗巖具有較高的抗壓強度和硬度、耐風化、抗腐蝕能力強，耐用年限久，天然色素均勻，是建筑中較為理想的外墻面裝飾材料。天然石材美觀、自然，用天然石材作為外墻裝飾材料的建筑具有穩健、古樸的歷史底韻。天然石材已逐漸為大眾所認識和接受，被廣泛地應用于各類建筑，其特點是既能營造出宏偉壯觀的建筑藝術效果，又能給人帶來清新舒適的自然觀感。
干掛花崗巖幕墻大約起始于60年代后期，80年代中期引入中國，經過三十多年實踐和發展，在材料和構造方面均優于濕貼石材幕墻。目前，干掛花崗巖工藝已被廣泛應用于大型公共建筑的內外墻飾面，尤其在建筑物裙房以及高度在30m以下的幕墻工程中使用最為廣泛。
位于北京市五四大街與王府井大街大街交口的西南角的“北京嘉德藝術中心”項目就是在裙樓使用天然花崗石以實現建筑師特殊的設計理念的典型代表。該項目位于北京市區的繁華區段，建筑高度有限高要求，同時考慮到該項目的實際使用功能，無論其建筑設計、結構設計，還是幕墻系統設計以及工程施工，都將面臨諸多困難和高難度的挑戰。
這棟樓位于北京的城市中心處，對面是美術館，旁邊是一塊歷史胡同區，它前面正對著的就是扎哈·哈迪德設計的銀河SOHO和OMA事務所設計的CCTV央視大樓總部，這座坐落于北京故宮附近的“嘉德藝術中心”將成為中國最早藝術品拍賣行的新總部。該建筑嵌進北京中心的歷史文脈中，其下部像素化的體量，從紋理、顏色和繁雜的規模與建筑周邊的城市胡同肌理相融合，建筑上部則通過大尺度玻璃磚與北京現代城市相呼應，其建筑肌理與鄰近的胡同及四合院產生共鳴。與皇家的紫禁城相比，磚顯得更具普適性，更能代表民間社會與其價值觀念，一種中國文化中謙卑的、非精英主義觀念。建筑下部的外立面由像灰色石頭一樣的像素化圖案組成，建筑師通過成千上萬的穿孔將中國歷史上最重要的山水畫“富春山居圖”投映在立面上。
按照建筑師對外墻的設計理念，外墻采用“青磚”樣式的磚石“像素”放置在建筑底部，以元代畫家黃公望的著名山水畫《富春山居圖》為模板，通過精煉提取的數千個圓孔像素嵌入墻體之中，創造出抽象的山水輪廓。要實現上述建筑師的設計理念，外墻幕墻的設計與施工將面臨巨大的挑戰，這座體量并不大的建筑，其幕墻的設計和施工都將顛覆傳統的幕墻設計和施工理念。本文僅介紹本建筑底部特殊的干掛石材幕墻的設計施工難點。
干掛石材幕墻位于建筑的下部1層~4層，與上部中規中矩的矩形玻璃幕墻相比，下部的干掛石材幕墻外表面則形成巨大的反差，不僅立面有突出的凹凸、懸挑與退臺，而且石材立面上有近四千個大小不一的孔洞，通過這些孔洞的有機排列組合，抽象形成了《富春山居圖》的像素。為了這些像素的完整性，石材接縫均須呈菱形布置，并須將41個幾何體形成連續貫通的石材拼縫，從而形成“搭積木”式的整體裙樓，由此可以想象，這與其說是建筑裙樓，不如說是一件雕塑藝術品更為恰當。因為僅從外表面看，怎么看也找不到一般建筑中的柱網、樓層、采光、通風等基本的建筑功能元素，但這又確實是一個特殊的建筑裙樓，所有的建筑功能都在這種特殊的外形設計下巧妙地實現了。下面分別就其干掛石材幕墻的結構形式、與主體鋼結構的錨固設計、石材幕墻構造系統設計等三個方面分析其特殊性。
一、干掛石材幕墻的特殊結構形式
本項目干掛石材幕墻的結構形式與傳統各種干掛石材幕墻形式均不相同，既不是單元式，也不是普通的構件式，這些多種結構系統經過多次論證后均被否定，最終選用了一種獨特的幕墻結構系統，即“整體預制型菱形鋼骨架系統”。
石材面板均呈菱形方向布置
從上圖中可以看出，石材立面為了形成整體的有機肌理，并便于石材面板開孔，石材面板設計為1131×1131的菱形布局，對角線長度為1600，故裙樓41個幾何體按照1600/2=800的模數進行排列組合，形成有機的幾何整體;特別強調的是，由于41個幾何體形成了多個陰角和陽角，菱形立面所組成的陽角是整體效果的點睛之筆。為了整體效果美觀，建筑師要求進行了多次實物樣板的安裝比較，最終選擇所有的陽角均須采用整體石材進行裝配。除此以外，石材面板上無規律的開孔布置，且孔洞中須安裝深度達300mm的燈筒透鏡，這些透鏡必須安裝在主次龍骨之間，不能打斷主次龍骨。以上要求完全打破了石材幕墻的結構形式常規，即常規的橫平豎直的龍骨框架不能使用，只能依照菱形石材的網絡方向布置主次龍骨了。
這種特殊的龍骨結構設計形式無論從設計、結構計算，還是龍骨加工、安裝等都給設計工程師和工廠構件加工及現場安裝增添了很大的難度。為保證加工安裝精度，本項目采用了特殊的鋼骨架布置形式，針對各不同幾何體的不同立面，對鋼龍骨進行分塊劃分布置，選擇“單元格”，對標準“單元格”的主次龍骨采用整體預制方式進行設計和施工，以減小現場的作業量，并大大提高加工及安裝質量，有效縮短工期。
石材幾何體各立面展開示意圖
從以上各幾何體的石材幕墻展開圖看，所有的各折面上的石材拼縫均須貫通，全部41個幾何體的石材拼縫均須貫通，僅此一項要求，就需要在BIM模型中反復調整，直至達到上述要求。為達到此目的，主體鋼結構、室內各種管網均須建筑與結構專業的多次反復配合調整，并充分借助BIM技術才得以順利實現。
菱形布置的石材立面圖
為順利而精確地實現上述立面效果，經過多方案的反復比選，最后選擇了如下圖所示的“整體預制菱形鋼骨架”的小單元幕墻結構形式，即按立面規律將斜向的標準跨設計為整體鋼框架單元，主龍骨140×6的熱鍍鋅方鋼管與次龍骨60×4的熱鍍鋅方鋼管整體預制焊接組裝，現場進行整體吊裝，相鄰兩跨單元鋼框架之間在現場再補充安裝次龍骨。最后形成完整的鋼骨架立面
二、石材菱形鋼骨架與主體鋼結構的錨固設計
該項目主體結構為鋼結構，梯間核心筒為鋼柱混凝土筒體結構，混凝土樓板為“幾”形瓦楞板上澆搗混凝土，由于混凝土樓板厚度不夠預埋件的錨固厚度要求，故不能采用在混凝土樓板內預埋鐵件的方式提供幕墻的錨固點，因此1層~4層石材幕墻連接的錨固支座只能設置在主體鋼結構的H形鋼梁及H形鋼柱上。
鑒于主體鋼結構施工時，幕墻方案尚未確定，故不能在主體鋼結構上焊接幕墻用的預埋鋼板，經與設計院結構工程師、監理公司、總包方反復研究討論，并在現場鋼結構焊接進行測試試驗，選擇對主體鋼結構影響最小的施工方法實現后錨固鋼板的焊接施工連接，最終確定后錨固鋼板施工須達到如下要求：
(1)后錨固鋼板選用12厚鋼板肋板焊接在主體鋼結構的H形鋼柱及鋼梁的翼緣之間的腹板上，不得單獨焊接在翼緣板邊。
(2)焊縫高度為4~6mm，焊縫必須分段焊接，連續施焊的長度不得超過100mm。
(3)施工順序為沿鋼構件中心線對稱焊接，焊接部位按鋼結構的防腐要求補刷防腐漆及防火涂料。
(4)幕墻與主體鋼結構之間的連接必須為螺栓鉸接，不得為全焊接剛接連接，即幕墻與主體鋼結構之間的連接件必須一端是焊接另一端為螺栓連接;
上述方案確定后，現場即可按實測鋼梁的尺寸下料加工錨固鋼板，再按上述要求進行焊接，解決了與總包及鋼結構之間的工藝交叉施工問題。實際施工如上圖所示，在H形鋼梁的上下翼緣板之間焊接豎向鋼板肋板，幕墻連接件支座與此鋼肋板采用不銹鋼螺栓連接，與石材幕墻鋼骨架進行焊接連接。
三、菱形干掛石材的點支式系統構造設計
按照建筑師“像素化圖案”設計理念，上部漂浮的青磚盒子由裙樓基座承托支撐，基座則由特殊選擇的蒙古黑花崗石按菱形方式通縫連續布置，所有幾何體外立面均為無密封膠的空縫式設計且要求方方正正，不能出現調坡、斜角等不規則體型，故所有建筑功能所需要的調坡、保溫、通風、采光、排水、消防等均須在此嚴格規則的幾何體內實現，這些繁雜的功能需要另撰文描述，本節僅說明石材面板的點支式系統構造設計。
基于石材設計的基本原理，空縫式干掛石材幕墻需要采用背栓式設計工藝來實現石材面板的固定，石材背后需要設置防水板實現石材幕墻的整體防水，在防水板的背面則是保溫層、防火層等功能層。由于石材背栓連接是獨立的點連接，每件石材需要四個背栓固定連接點，則需要兩支橫梁來固定背栓支座，而不能像其他卡條構造的方式共用橫梁。
按照上述的基本設計原理，本項目中則需要更多的次龍骨來固定石材背栓，由于石材面板中有近四千個燈筒開孔，導致石材主次龍骨必須與石材一致呈菱形布置，同時在實際施工時，蒙古黑礦山上無法生產1131見方的花崗石，建筑師最終確定1131見方的石材面板實際由一分為四的石材板塊密縫拼接而成，因此主次龍骨的布置密度太密，鋼材含量將高達55公斤/㎡，同時高密度的焊接也將導致鋼骨架的變形嚴重。考慮到此工藝的缺陷，針對本項目的實際要求，將點支式玻璃幕墻的構造設計理念引用到本項目的石材幕墻設計中，通過在主次龍骨上設置支座鋼板，在每個支座鋼板上再設置四個支座點用于固定石材背栓。按此方法可以減少近一半的次龍骨用量，大大降低了鋼材含量。
本文僅就上述三個方面分析了本項目裙樓干掛石材幕墻的特殊設計方法，而本項目的復雜之處還遠不止上述幾個方面，如裙樓石材幕墻的采光設計、通風設計、消防設計、排水設計等均非常特殊，在以后的文章中將繼續闡述。
參考文獻
〔1〕中華人民共和國建筑工業行業標準《小單元建筑幕墻》JG/T216-2007
〔2〕中華人民共和國建筑工業行業標準《金屬與石材幕墻工程技術規范》JGJ133-2001
