超大超厚外墙石材设计安装全过程
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。
| 建 筑 图 赏 |
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
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。
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 | |
1 | 1F~4F大面石材(0.000m~13.9m) | 100mm | 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 | ||||
2 | 4F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 | 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 | 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1 | 300~350mm | 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 | 1、石材背后开孔 |
造型柱2-地面以上第三块石材 | 100~200mm | 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 | 1、石材背后开100*150mm的U型槽口 |
四周三角形 | 200mm | 1、石材背后开100*150mmU型槽口 | ||
8 | 门头造型 | 300~350mm | 1、石材背后开圆洞 |
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。
————建 筑 图 赏———
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