建筑构造天然石材在建筑运用及其构造原理实例分析

山东建筑大学1天然石材在建筑运用及其构造原理实例分析建筑装修是指对住宅、桥梁、体育馆、寺庙等等用石材，木材等建筑材料搭建的一种供人居住和使用的物体用各种材料对其进行外部面貌或者内部环境的美化和改进，使其更具有情调，更同时具有居住和商业价值。根据装修使用材料的不同可分为无机装修材料有机装修材料两大类。也许人类自从有了建造的欲望,就开始和石材有了不解之缘,石材装饰材料很早就被应用于建筑空间中，因为其容易获得，坚固耐用、美观、华丽和高贵，在建筑中应用日趋广泛。1.1天然石材的定义及分类天然石材是指从天然岩体中开采出来的，并经加工成块状或板状材料的总称。天然石材按照其生成的因素而衍生众多种类，最通常的分类是将石材分为砂岩、板岩、大理石和花岗石四大类。砂岩。砂岩实为沉积岩，石质较粗松，受潮时有可能松散变形；但因具有独特的凹陷粗糙质感，较接近山林间粗犷自然的感觉，故较常运用于墙面装修。板岩。板岩是具有板状结构，基本没有重结晶的岩石，是一种变质岩，原岩为泥质、粉质或中性凝灰岩，沿板理方向可以剥成薄片。板岩的颜色随其所含有的杂质不同而变化，含铁的为红色或黄色；含碳质的为黑色或灰色；含钙的遇盐酸会起泡，因此一般以其颜色命名分类，如会绿色板岩、黑色板岩、钙质板岩等。板岩可以作为建筑材料和装饰材料，古代在盛产板岩的地区常用做瓦片。板岩中一般不含有矿物图片1砂岩砖图片2黑色板岩大理石。大理石属于碳酸盐类变质岩，原是海底的石灰泥慢慢沉积、结晶而成为石灰石；遇地层的震动而遭高压及高温产生变化，最显著的便是结晶体的变大变硬，形成所谓大理石。其纹理因生成时所含的杂质不平均，且经地层运动形成较活泼的大型图腾变化感觉，形成仿佛山水的天然大理石纹路。普通耐用年限为150年.图片3云灰大理石图片4黑色大理石图片5红色大理石山东建筑大学2图片6白色大理石图片7彩色大理石图片8绿色大理石花岗石。花岗石是一种火成岩浆岩，是由于地层表面的岩石、砂石经风化，慢慢移向海底的深沟，一次次的地壳移动，又慢慢将它们吞食到地心并被超高温熔化。因为岩浆的密度低于周遭的岩石，故又被逐渐地向上推动，冷却后就形成了新的3-D结晶体(火成岩)。也因为是3-D结晶体，故其纹理较小，花纹有立体和结晶的感觉，甚至有些花岗石在光线照射下，会散发出闪烁耀眼的光泽。其主要成分为长石、石英和云母等，普通耐用年限为200年。就其他特性而言，大理石属于石灰石，硬度比花岗石低，亦不耐酸性侵蚀，故不适合用于户外，在久经日照及雨水的冲刷下容易变形、腐蚀；而花岗石硬度较高，并耐酸碱，所以大多数铺设于室外或者往来频繁的公共空间。图片9花岗岩形态图片10花岗岩形态图片11花岗岩形态图片12花岗岩形态综上所述，一般居家室内的石材选择上多以大理石为主，除价格比花岗石便宜外，其组织细密，可磨光、品种繁多，有更多的花样、色泽选择空间等特点是消费者及室内设计师所喜爱的重要因素。2.1天然石材在建筑中的应用现代建筑中,虽说几乎是钢筋混凝土一统天下,但也不乏石材运用的佳作出现,而且随着世界建筑多元化局面的出现,一些建筑师突破现代建筑的常规,重视建筑技术及其材料的表现,并将其与建筑艺术有机的融合,使石材呈现出现代性的特征。石材不仅作为建筑基石用材。而且以其特有的色泽和纹理在建筑物内外得到广泛的应用，特别是在建筑装饰环境中扮演了极其重要的角色。从地面、柱面、台阶等到石材艺术装饰品、壁画、石雕、石桌、石凳等，或全部或局部由石材装饰。有的取其自然粗糙，有的取其人工磨制的精细光洁，都把石材的天然美表现得淋漓尽致，妙不可言。2.1.1天然石材在古代建筑中的应用国内著名的有秦汉时期的古长城、敦煌石窟、清朝的圆明园，国外著名的有古埃及的金字塔、希腊雅典卫城神庙等古代石材建筑。天然石材作为结构材料来说，具有较高的强度、硬度和耐磨、耐久等优良性能；以结构与装饰两方面相比，山东建筑大学3天然石材作为装饰材料的发展前景更好。作为一种传统的建材，石材在现代建筑中广泛应用。已经成为了室内装饰的一个重要组成部分。而石材的特性也决定了这种材料必然会在室内设计中备受青睐。而且室内装饰装修的整体感官会因为石材的运用而更显精致和华丽。图片13敦煌石窟图片14埃及金字塔人类自从有了建造的欲望,就开始和石材有了不解之缘,同时发展了自己独有的加工工具.在现代建筑之前,一部西方建筑史可以说就是一部石头建筑的历史.古埃及人在没有机械设施的前提下,利用跨度7~8m、36t重的石板形成拱结构,创造了胡夫金字塔的精准(金字塔底边方形的南北2条边长度仅相差0·09%,东西2条边仅相差0·03%,地面对角线两端在平面高度上仅差0·004%),他们是如何开采、运输、精密安装呢?到现在仍然是一个谜;古希腊人利用潘泰列孔山上的大理石建造了雅典卫城,柱式建筑从此影响了整个欧洲的建筑历史;而哥特式建筑突破结构常规,骨架券和飞扶壁的运用使建筑结构近似框架,不但节省了石料,而且满足了各种建筑平面形式的需求,建筑理性和感性达到了有机的交织与融合。2.1.2天然石材在现代建筑中的应用现代建筑上使用的天然石材常加工为散粒状、块状，形状规则的石块、石板，形状特殊的石制品等。天然石材的技术性质包括物理性质、力学性质和工艺性质。天然石材的技术性质决定于其组成的矿物的种类、特征以及结合状态。天然石材因生成条件各异，常含有不同种类的杂质，矿物组成有所变化，所以，即使是同一类岩石，其性质也可能有很大差别。因此，使用前都必须进行检验和鉴定。工艺性质指开采及加工的适应性包括加工性、磨光性和抗钻性。加工性指对岩石进行劈解、破碎与凿琢等加工时的难易程度。强度、硬度较高的石材，不易加工；质脆而粗糙，颗粒交错结构，含层状或片状构造以及业已风化的岩石，都难以满足加工要求。磨光性指岩石能否磨成光滑表面的性质。致密、均匀、细粒的岩石，一般都有良好的磨光性，可以磨成光滑亮洁的表面。疏松多孔、鳞片状结构的岩石，磨光性均较差。抗钻性指岩石钻孔的难易程度。影响抗钻性的因素很复杂，一般与岩石的强度、硬度等性质有关。现代建筑中常用天然石材常加工成块状和板状。块状石材包括毛石和料石，毛石指形状不规则的块石。根据其外形又分为乱毛石和平毛石两种。乱毛石指各个面的形状均不规则的块石；平毛石指对乱毛石略经加工，形状较整齐，但表面粗糙的块石。毛石主要用于砌筑基础、勒脚、墙身、挡土墙、堤坝等。料石指经人工凿琢或机械加工而成的规则六面体块石。按表面加工的平整度可分为表面不经加工或稍加修整的毛料石；表面加工成凹凸深度不大于20mm的粗料石；表面加工成凹凸深度不大于10mm的半细料石和表面加工成凹凸深度不大于2mm的细山东建筑大学4料石。料石常用致密的砂岩、石灰岩、花岗岩等开凿而成。料石常用于砌筑墙身、地坪、踏步、柱、拱和纪念碑等；形状复杂的料石制品也可用于柱头，柱基、窗台板、栏杆和其他装饰等。建筑工程上通常所说的大理石是指具有装饰功能，可锯切、研磨、抛光的各种沉积岩和变质岩，属沉积岩的大致有：致密石灰岩、砂岩、白云岩等；属变质岩的大致有：大理岩、石英岩、蛇纹岩等。建筑工程上通常所说的花岗石是指具有装饰功能，可锯切、研磨、抛光的各种岩浆岩及少数其他类岩石，主要是岩浆岩中的深成岩和部分喷出岩及变质岩。属深成岩的有：花岗岩、闪长岩、正长岩、辉长岩；属喷出岩的有：辉绿岩、玄武岩、安山岩；属变质岩的有片麻岩。这类岩石的构造非常致密，矿物全部结晶且晶粒粗大，块状构造或粗晶嵌入玻璃质结构中呈斑状构造。建筑工程选用天然石料时，应根据建筑物的类型、使用要求和环境条件等，综合考虑适用、经济和美观等方面的要求。我们住宅的室内装饰装修未来究竟将是什么样的呢？中国石材的家装化进程应如何前行呢？英国首相丘吉尔曾说：我们建造建筑，而建筑又塑造我们。化已成室内装饰装修的一种主旋律，希望天然石材在我们的室内设计领域大放异彩。图片15大理石柱图片16白色大理石雕塑3.1天然石材应用构造原理天然石材在安装前必须根据设计要求核对石材品种、规格、颜色，并进行统一编号，然后用电钻打好安装孔，较厚的板材应在背面凿两条2-3mm深的砂浆槽。板材的阳角交接处，应做好45度的倒角。最后，根据石材的种类及厚度，选择不易脱落的连接方法。天然石材的安装必须牢固，常见的有栓挂法、干挂法和粘贴法。3.1.1栓挂法栓挂法即湿挂法，是石材外饰面的安装做法：先在墙内或柱内预埋φ6铁箍，间距依石材规格而定，而铁箍内立φ6~φ10竖筋，在竖筋上绑扎横筋，形成钢筋网。在石板上下边钻小孔，用双股16号钢丝绑扎固定在钢筋网上。上下两块山东建筑大学5石板用不锈钢卡销固定。板与墙面之间预留20~30mm缝隙，上部用定位活动木楔做临时固定，校正无误后，在板与墙之间浇筑水泥砂浆，待砂浆初凝后，取掉定位活动木楔，继续上层石板的安装。传统湿法作业操作程序：基层处理→绑扎钢筋网片→弹饰面板看面基准线→预拼编号→钻孔、剔凿、绑不锈钢丝（或铜丝）→安装→临时固定→分层灌浆→嵌缝→清洁板面→抛光打蜡。图片17栓挂法墙面细部图片18栓挂法墙面细部3.1.2干挂法干法作业是石材墙央安装的新工艺，较湿法作业具有搞震性能好，操作简单，施工速度快，质量易于保证且施工不受气候条件影响等优点。它是在石板材上打孔后直接用不锈钢（或经涂刷防腐防锈涂料的钢）连结件与埋在钢筋混凝土墙体内的膨胀螺栓相连，石板与主体结构面之间形成80~90CM宽的空气层。这种方法多用于30M以下的钢筋混凝土结构，不适宜于砖墙和加气混凝土墙。内墙石板材干法作业构造：它先用膨胀螺栓和直径4不锈钢丝使板材与结构连接起来的，最后用带麻丝的快干水泥或石膏胶结剂裹缠在螺栓和钢丝周围，使连接点钢化。外墙花岗板安装干法作业则是用膨胀螺栓和特制不锈钢连结件使板材与结构连接起来。图片19干挂石材有龙骨体系山东建筑大学6图片20干挂石材无龙骨体系3.1.3聚酯砂浆固定法聚酯砂浆固定有凝结懺、粘结牢和不易在灌浆时松动等特点。其施工方法为：在灌浆前先用聚酯砂浆固定板材四角和填满板材之间的缝隙，待聚酯砂浆固化并能起到固定拉紧作用以后，再进行一般大理石施工。灌注砂浆也应分三次灌注，其上口处留50mm余量。聚酯砂浆的胶与砂之比通常为1:4:5，固化剂的掺量视使用要求而实。在用聚酸砂浆固定方柱或长方柱的板材时，板材需用木卡框来定位。木卡框要等灌注的水泥浆凝结后再取下，用于第二层板材安装。3.1.4树脂胶粘结法：对一些小面积的镶贴部位或木结构相结合的部位，常采用树脂胶结法，施工步骤如下：1)基层处理：基层的平整性对用粘结法施工来说尤为重要。其允许尺寸偏差为：表面平整偏差±2mm、阴阳角垂直偏差±2mm、立面垂直偏差±2mm。基层应平整但不应压光。基面应用水泥砂浆抹平后再检查尺寸的偏差值，对超出尺寸应再进一步修平整。2)根据安装设计要求，进行弹线作业。3)根据设计要求，逐块检查材规格、编号等。多块安装时，应注意制品厚度不一，可能给安装造成的影响，在可能的情况下，先安装较厚的板材，并按施工顺序码放好产品备用。4)板材粘结剂用量应针对使用部位的受力情况，以粘牢为原则。先将胶液分别刷抹在墙柱面和板块背面上，尤其是一些悬空板材胶量必须饱满。将带粘结剂的板材就位时要准确，就位后马上挤紧、找平、找正，并进行顶卡固定，对于挤出缝外的粘结剂应随时清除。对板块安装位置上的不平、不直现象，可用扁而薄的木楔来调整，小木楔上应涂上胶液后再插入板缝。5)板块粘贴的用胶，通常采用环氧树脂，在一些小规格的板块粘贴中，也可采用进口的立时得万能胶。环氧树脂的配比与上述石材修补的配比相同。山东建筑大学76)要等粘结剂固化2天后，再拆除顶、卡的固定支架。拆除支架后，应检查板材接缝处的胶结情况，不足的进行勾缝处理，多余的清除干净。4.1实例分析现代建筑中石改变着形态却更具丰富面貌。认识到石材的合理开发利用和不可再生性，人类开始开发利用各种加工石材的技术以达到预期目的。瓷砖、陶砖、人造石、石粉、马赛克……这些新型建材都以石为母体，又在各自的分支中不断推陈出新。4.1.1考夫曼别墅水别墅是现代建筑的杰作之一，它位于美国匹兹堡市郊区的熊溪河畔，由F·L·赖特设计。别墅的室内空