解读：洞石、砂岩在建筑幕墙上的正确应用

一、前言

石材幕墙作为建筑外装饰的一种主要表现形式，被现代建筑大量采用。在国家及行业有关规范、标准等法规的正确引导下，通过建筑从业者的辛勤劳动及不断创新，当前以花岗石为主要面材的石材幕墙的应用已经非常成熟，各种体量、高度、功能的石材幕墙被成功的应用到现代建筑上，为城市建设添光增彩。

然而随着建筑设计的深入发展，传统的花岗石已经不能完全满足建筑语言的表达，建筑师希望一些其它石材也能用于建筑幕墙，洞石和砂岩幕墙也就相应出现在了建筑上。但由于国家及行业相关规范标准中没有对洞石砂岩这种疏松的石材应用到幕墙上时的有效指导，因此在幕墙实施过程中，还在采用传统的石材幕墙构造方式来完成洞石和砂岩幕墙，这就带来了很多问题。这些问题体现在了设计、选材、加工、安装、使用维护等各个方面。

二、洞石砂岩幕墙在应用过程中出现的问题及原因分析

根据对已经实施及使用的洞石、砂岩幕墙案例的研究分析，可以发现目前的洞石、砂岩幕墙存在有以下问题及隐患。

1、设计不当

很多设计只是生硬的将花岗石幕墙的构造方式照搬到洞石、砂岩幕墙上，没有考虑洞石砂岩作为沉积岩的疏松的特性。这些不当的设计带来的就是众多的隐患，表现在：

1）加工、运输过程中材料破损严重；

2）安装上面材出现脱落、裂纹等安全隐患；

3）不该用洞石、砂岩的部位而强行采用，经过一段时间的使用就会出现影响建筑外观和结构安全等问题；

4）水密、气密防护措施设计不到位，系统出现漏水，幕墙龙骨系统出现大量的锈蚀，而影响结构安全等。



有些本来选用洞石或砂岩的建筑幕墙，就是因为不严谨的论证，而采用不恰当的设计，在施工过程中出现很多问题，从而被迫修改面材，造成了大量的经济、时间、资源等的浪费。

2、选材不当：

选材决定了设计采用的构造方式，而在完善设计的基础上，面材材料的正确选择也是决定工程成败的关键因素。国内的很多建筑选材首先考虑的是建筑外观的需求，而不重视材料本身的物理性能特征。在急功近利的思维影响下，很多失败的建筑就是在选材上没有仔细研究及分析而造成的。对于建筑幕墙用洞石、砂岩的选材更是应该慎之又慎。



3、粗糙的加工

现在很多建筑工程不是由正规的管理队伍来完成的，层层转包屡禁不止，加工机具落后、加工手段匮乏，也就造成了很多材料加工制作的粗制滥造。石材，特别是洞石、砂岩这种特殊的天然材料，对加工质量的要求是比较高的，加工质量直接决定了工程现场的安全、质量及今后建筑的使用功能需求。



4、安装质量有隐患

幕墙的工程质量与现场的施工管理组织、施工工艺方法、质量检查和监督息息相关。很多影响工程质量的事件都是由于现场施工过程中管理、监督不到位造成的。对于石材幕墙主要变现在：

1）石材龙骨安装不到位，造成幕墙面材安装尺寸误差较大；

2）钢龙骨防腐措施处理不到位；

3）石材连接挂件安装不到位；

4）为节省成本，带病石材强行上墙。



这些施工安装问题在传统石材幕墙中也是比较常见的，这受施工队伍的管理水平、技术水平的影响。但在洞石、砂岩这种材料性能不是很好的幕墙中发生以上质量问题，就会对工程安全带来更大的危害，更易出质量事故。

5、建筑维护不及时

国内建筑建设过程中有一种常见的毛病是“重建设、轻维护”。往往一个新建筑竣工时美观、整洁，而日常使用过程中的维护却舍不得投入，使用一段时间后，就又脏又乱，有些破损部位维修也不及时。幕墙作为建筑的外衣，直接承受自然的各种不利条件的侵蚀，更应该及时清洗保养。特别是在国内建筑工地林立，环境污染严重、风沙、扬尘、酸雨现象经常发生的情况下，日常的维护和保养是保证建筑安全、延长建筑使用寿命的必不可少的手段。

洞石砂岩这种疏松、吸水率高的石材更应该加强这种日常管理，不然建筑美观、建筑安全就不会得到保障。



三、怎样在建筑幕墙上正确应用洞石或砂岩

1、设计

1）建筑定案：

建筑工程设计有很强的系统性，要从设计源头上就确保工程的有效实施，首要一点就要各个相关方面紧密配合，充分调查研究。洞石、砂岩幕墙的采用不同于传统花岗石幕墙的工作方式，若建筑设计师下决心选用洞石、砂岩材料作为建筑的外装饰材料，应该尽早的根据洞石、砂岩材料的特点进行研究和探讨，提前与矿山、供货商联系，根据建筑设计的理念，确定所需要材料的外观、物理性能、产地等关键数据。只有在建筑设计源头就做了这些工作，才能不盲目设计，保证下一步专项设计工作及生产安装工作的顺利开展。

2）专项构造：

在幕墙专项设计阶段，幕墙连接构造方式的选择非常重要，直接决定了设计方向。在传统花岗石幕墙领域，一般连接构造方式分为短槽式、通槽式、背栓式等方式。根据工程应用的实例及相关幕墙的四性试验结果，可以得出短槽式的构造方式不利于洞石、砂岩幕墙的连接，可应用通槽式和背栓式的构造。但通槽式的构造对石材、龙骨的加工与安装精度要求更高，同时成本也较高，在实际工程应用中并不常见。因此背栓式的连接是洞石砂岩幕墙最优先选择的构造方式。现在很多背栓厂家已经针对这种疏松的石材开发出了专业背栓，因此实现起来相对安全、简洁。

3）新的模式：

按照传统石材幕墙的设计思路，应用到洞石、砂岩幕墙上，还是有一些局限性。完全可以可以根据洞石、砂岩的特点设计出一些新型的方式来实现幕墙的工艺性能和使用安全。

（1）、石材本身进行加强的构造方式：

由于洞石砂岩的材质比较疏松，材料的强度相对较弱，因此将材料进行加强就是一种很好的设计思路，有实验证明，当石材作了可靠的增强处理时，其力学性能、整体性能均得到改善。材料加强的方式有很多，以下有四种方式值得推荐：

A、石材背面衬玻璃纤维布或玻璃纤维板

一般要充分改善石材的力学性能，背衬材料可以选择玻璃纤维布和玻璃纤维板。玻璃纤维布应选用厚实的方格布，容重在200克/m2以上为宜。玻璃纤维板由于本身就具有一定的抗弯强度，其复合在石材上对整体面材加强性能更为优异，玻璃纤维板的选择一般为2~3mm厚。

B、洞石、砂岩与花岗岩复合



该方式既充分利用了花岗石的力学性能，又能够在建筑外观上利用洞石和砂岩的建筑效果，花岗石可选用较便宜的材料，使工程成本要比全部采用洞石或砂岩低，是比较经济、实用的构造方式，值得深入研究和完善。一般此种复合方式花岗岩的厚度采用25mm厚，面层的洞石或砂岩可根据材料的物理性能厚度采用5~10mm厚。

C、洞石、砂岩与蜂窝铝板复合



该复合方式也是利用蜂窝铝板的力学性能，石材只是作为装饰面材的原理来实现建筑效果。采用蜂窝板专用背栓或蜂窝板的专用连接方式来实现面材与龙骨系统的连接。

D、洞石、砂岩与保温材料复合



该方式是将洞石、砂岩和保温材料作为共同受力的整体来考虑，既提高了材料整体的力学性能，又实现了建筑保温效果，同时还能防止石材碎裂坠落，是一种比较节能、安全的构造方式。一般复合保温材料选择聚氨酯、酚醛等，厚度在20~30mm之间，石材厚度在15~25mm之间。

（2）、新型面材与龙骨系统连接的构造方法

A、副框加强通长槽石材的连接系统

此连接方式是利用石材上下边开通长槽，将石材四边用副框固定。再通过副框与托板连接实现石材板块的连接。此结构连接强度高，可以实现无序安装，板块破损后可实现更换，适用于高层建筑。



B、单元式开放石材系统

该构造方式采用背栓将石材板块与铝合金副框连接，再通过铝合金副框与龙骨连接。同时铝合金副框的构造形式又实现了幕墙气密、水密方面的作用。

此构造方式采用胶条密封无须使用密封胶，避免了常规方式耐候密封胶产生的吸附灰尘和硅油渗漏等对石材的污染现象，实现建筑外观看石材是开放的效果，又利用单元幕墙原理，在石材与龙骨之间实现气密、水密的功能，避免了开放式石材内部要增加大量防水板，提高现场效率及节约成本。但该构造方式的水密、气密性能的实现还需进一步研究和完善。

2、选材

洞石、砂岩幕墙选材除了支承系统材料的选择外，主要还包括面材选择和加强材料、密封材料、防水材料等辅助材料的选择。

面材在设计过程中，建筑师就应该确定基本选择方向，在实际生产过程中，在设计确定的原则基础上进行选择。选择依据除了建筑外观的需求外，更加重要的还是材料物理性能。一般砂岩、洞石材料材质疏松、弯曲强度低、吸水率大，针对这些特点，用于幕墙的洞石、砂岩材料应该选择材质相对致密、弯曲强度高，吸水率小的材料。特别是砂岩材料，建议材料干燥状态下的弯曲强度不小于7MPa，水饱和状态下的弯曲强度不小于5MPa为宜。经过防水处理后，吸水率仍大于1%的材料不建议用于幕墙。同时材料的选择还要看该品种材料的储量、开采能力，同一矿区材料的物理性能的稳定性等因素。

防水材料宜采用中性材料，一般市场上常用的防水材料为有机硅或有机氟材料。

加强材料根据设计要求进行选择，但值得注意的是一些砂岩背后粘贴玻璃纤维网（布）时的粘接剂的选择要非常慎重。因为有些粘接剂与砂岩的粘接不牢靠，容易脱落，起不到加强的效果。

由于砂岩材料的特殊性，一些市场上常用的石材耐候密封胶也与砂岩的相溶性存在问题，若选择不恰当极易造成幕墙水密性不佳。

3、试验

试验对于洞石、砂岩幕墙的指导性意义是非常重要的，一定要引起建设、设计、施工、监督等各方的足够重视。

1）试验是检验材料性能及在幕墙上表现的基础。

洞石、砂岩的品种较多，不同品种的材料物理性能也差别很大，选材是否恰当应该经过试验验证。在选材时所有备选面材均需经过物理性能试验，得到详细的数据作为设计依据。

加强材料及使用方法也应经过试验验证是否有效。

密封材料与面材的相溶性及密封效果也是试验检验的重要一环。

材料经过防水处理后是否能够满足建筑防水效果的需求，也需试验结论作为判定依据。

复合洞石、复合砂岩的加工应对复合材料与石材粘接的牢固性、耐久性进行试验论证，以保证幕墙在正常使用过程中的安全。

2）试验是验证设计是否合理的重要依据。

幕墙的四性试验历来作为检验幕墙系统是否能够满足抗风压、水密、气密、平面内变形等功能性需求的重要手段。洞石、砂岩幕墙在这方面更要引起重视。通过试验及时发现问题，完善设计系统的设置，以保障幕墙在结构安全、建筑效果等功能的要求。

砂岩幕墙还需进行抗撞击试验，以验证面材防坠落措施的有效性。

3）试验是检验材料、幕墙构件加工安装工艺措施是否正确的有效手段。

由于洞石、砂岩不同于花岗石的特殊性，一些传统加工手段、安装工艺在洞石、砂岩幕墙上应用时会有一些问题，因此需对加工、安装工艺进行一定的改进，提高精度、加强产品保护。试验过程也是验证这些工艺措施有效性的一个机会，发现问题及时解决，避免在现场实施工程中走弯路，造成材料、资源和时间等的浪费。

4）试验是确定建筑实际效果的最直接的方式。

试验包括实验室部分和现场部分。现场部分是确定建筑效果的不可或缺的步骤。根据施工现场的具体情况，有针对性的进行现场挂样试验，不仅检验了幕墙系统的全过程控制，也为业主、建筑师提供直接的感官效果，最终确定实施方案提供参考依据。

4、加工

加工质量是决定建筑工程质量的最重要的环节，施工及监督单位在工程实施过程中应该对洞石、砂岩幕墙的加工工艺及过程进行有效的管理和控制。洞石、砂岩由于其材料的特性，易于加工，但也易于损坏。因此加工环节在运输、生产、储存阶段必须有可靠的工艺及控制措施。加工机械的选择也尤为重要，切割、打孔、开槽等加工工序应通过精度高的专业设备来完成，尽量避免手工操作带来的质量问题。

对于洞石砂岩幕墙必须的材料加强环节，也应制订完善的生产及检验办法，并有效执行，才能保障材料加强的完整性和有效性，最终实现工程安全的使用。


5、安装

国内幕墙的安装现在依然是劳动密集型的工作，且劳务工人的流动性大，缺少有效的培训，还是处在“扔下锄头、就盖高楼”的阶段。特别是洞石、砂岩幕墙在国内起步较晚，工程量少，熟练工人不多的情况下，施工人员的上岗培训非常重要，否则工程质量的保证就会出现问题。

在洞石、砂岩幕墙的现场安装过程中，材料储存、运输、安装、保护等环节需制订严谨的施工工艺、质量检查标准和措施。一定要坚决杜绝石材带病上墙的现象发生。在洞石、砂岩幕墙施工过程中，施工和监督单位应该比传统花岗石幕墙投入更多的资源和精力，加大检查力度，及时纠正错误方法和行为，才能保证交付给社会安全、放心的工程。

6、维护

洞石、砂岩幕墙的维护包括维修和日常维护两方面。

由于洞石、砂岩材料的强度相对较低，因此在使用过程中更容易出现损坏现象。维修工作应及时，发现问题要第一时间解决。若由于材料采购周期等原因不能及时修理的情况下，也应及时进行封闭处理，否则由于幕墙系统的不封闭，使内部支承系统、连接系统、面材的内层长期暴露在自然界，就会出现腐蚀、粉化等降低幕墙使用寿命的现象，而且有些损害还不能及时发现，带来的后果会更加严重。

洞石、砂岩幕墙的日常维护和清洗，相对于其它幕墙形式更应该引起重视。洞石砂岩材料经过防水处理后，防水性能得到了提高，但是无论采用哪种防水材料，其耐久性都不高，一般仅为3～5年，因此在建筑使用过程中必须进行定期维护，重新做防水处理。

洞石、砂岩在潮湿环境下容易产生霉变、粉化、表皮脱落等现象，非常影响建筑观感和工程安全，定期的清洁是最好减少这些情况发生的有效办法，因此项目使用及运营方应该在项目竣工交付后制订并实施详细的幕墙维护办法。

四、结束语

洞石、砂岩幕墙是传统花岗石幕墙的延伸，已经成为建筑外装饰市场上不可忽视的建筑形式，必将在幕墙领域占有一席之地。充分的论证、完善的设计、有效的组织、精心的维护是保证这一幕墙形式安全使用的唯一原则。

本文对洞石、砂岩幕墙正确应用的总结，希望能为业内同仁提供借鉴和帮助，总结经验，吸取教训，随着幕墙设计、施工技术的不断完善，新的工艺、方式的不断创新，在建筑项目相关各方的重视及不懈努力下，这些为城市带来文化底蕴的材料必将为城市建设增添一片独特的风景。