幕墻設(shè)計中的一些問題五鋼結(jié)構(gòu)

幕墻設(shè)計的一些問題

(五)

鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中國建筑科學(xué)研究院趙西安2012幕墻鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計

幕墻鋼結(jié)構(gòu)問題的由來幕墻鋼結(jié)構(gòu)目前出現(xiàn)許多有爭議的問題，遍及各地。剪不斷，理還亂，這些問題是怎么出來的呢？

這是一個歷史遺留問題。

問題出自JGJ

133-2001。規(guī)范是16年前編的，那時候幕墻行業(yè)共識是：不采用鋼結(jié)構(gòu)。所以規(guī)范只對鋁合金結(jié)構(gòu)作出了規(guī)定。JGJ133-2001編在16年前，

是針對鋁合金建筑幕墻編制的133規(guī)范編制于上一個世紀(jì)1996~99年間，當(dāng)時從事幕墻工程的不是建筑公司，而是軍轉(zhuǎn)民的飛機制造公司，因熟悉鋁合金制品而形成了幕墻這一行業(yè)。所以當(dāng)時業(yè)內(nèi)共識是幕墻只用鋁合金型材，當(dāng)時幕墻的標(biāo)準(zhǔn)名稱為“鋁合金建筑幕墻”、“鋁合金玻璃幕墻”。1993年編制102-96規(guī)范時，建筑行業(yè)人士堅持取消了“鋁合金”三個字，但對采用鋼型材沒有達成共識。102、133是針對鋁型材編的。1990年代幕墻只用鋁合金骨架

標(biāo)準(zhǔn)名稱為“鋁合金幕墻”所有技術(shù)文件、規(guī)范都局限于鋁合金

上世紀(jì)，幕墻是鋁合金型材的一統(tǒng)天下；2000年以后，鋼結(jié)構(gòu)大量在幕墻中使用，來得突然，幕墻規(guī)范中沒有相應(yīng)的規(guī)定。有些工程只好照搬幕墻規(guī)范中對鋁型材的規(guī)定來做鋼結(jié)構(gòu)，矛盾、問題不斷出現(xiàn)。鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本依據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本依據(jù)是國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50017。幕墻鋼結(jié)構(gòu)是鋼結(jié)構(gòu)的一部分，其設(shè)計也應(yīng)遵照執(zhí)行；幕墻規(guī)范編制、修訂，有關(guān)鋼結(jié)構(gòu)的條文，要與之一致。幕墻鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計依據(jù)是GB500171996年黑體字的說法和現(xiàn)在不同

1993~1998年編制JGJ102和133時，對“強制性條文”黑體字的說法是“強調(diào)、著重、提醒、注意”，并沒有一票否決、違法的含義。不知道甚么時候就變成了現(xiàn)在這個“規(guī)范就是法律”的解釋。我們也是有口難辯，很后悔當(dāng)初用了黑體字，現(xiàn)在“被”強制。今后黑體字只能寫“構(gòu)件承載力要大于外荷載”這一類絕對真理。所有構(gòu)造、作法、尺寸等等都不能用黑體字。而且黑體字不要超過5%。

第一個問題：是不是一定要豎向?qū)訉臃侄?，水平三米一段?/p>

回答：不一定要切得這么碎。切碎是設(shè)計最省事的辦法尺寸越小，溫度的影響就小，這是盡人皆知的常識。把構(gòu)件切碎，弄成短短的，當(dāng)然就不用費心去做溫度應(yīng)力計算，不用專門考慮抗溫度變化措施。由于最初做幕墻的不是建筑結(jié)構(gòu)行業(yè)，而是飛機制造行業(yè)，所以歷史地形成了通通切斷的行業(yè)習(xí)慣。對付溫度影響不一定要斷開斷開是一種方法，但不是唯一方法解決溫度的影響可以有兩條途徑：1構(gòu)件斷開，支點自由，結(jié)構(gòu)隨溫度變形，減少或消除溫度應(yīng)力。稱為“有變形，無應(yīng)力”2構(gòu)件連續(xù)，支點約束，結(jié)構(gòu)溫度變形受到限制，甚至不準(zhǔn)變形，溫度應(yīng)力由鋼結(jié)構(gòu)自己的強度承受。稱為“有應(yīng)力，無變形”解決溫度變化問題的兩種辦法兩種處理方法的例子有溫度變形，無溫度應(yīng)力常規(guī)幕墻的骨架；老式低速鐵路的鐵軌（長度13.2米）；用許多溫度縫分開的廠房；帶活動接頭的管道；約束溫度變形，承受溫度應(yīng)力巨型航空母艦；巨型油輪；大型油罐；超大跨公共建筑；超高層建筑；核反應(yīng)堆；大容量煉鐵高爐；高速鐵路的超長鋼軌（長度一般超過1000米，甚至幾百公里無縫隙）；大量焊接鋼結(jié)構(gòu)建筑；結(jié)構(gòu)鋼有能力承受溫度應(yīng)力Q235強度設(shè)計值215N/mm2Q345強度設(shè)計值315N/mm2

在完全固定，不能變形的情況下，溫度每變化1度，鋼構(gòu)件中產(chǎn)生的溫度應(yīng)力為：2.4N/mm2

通常，幕墻骨架連接在主體結(jié)構(gòu)上，溫度變化時，支座隨主體結(jié)構(gòu)位移，鋼骨架受到變形約束很小，溫度應(yīng)力遠小于這個按支座固定考慮的數(shù)值。

鋁的膨脹系數(shù)為混凝土的三倍

溫度變形相差懸殊，每層留伸縮縫是合理的

鋼材和混凝土的膨脹系數(shù)相近鋼材：1.2X10-5/C混凝土：1.0X10-5/C所以，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)才有可能應(yīng)用。鋼幕墻結(jié)構(gòu)和鋼主體結(jié)構(gòu)、鋼幕墻結(jié)構(gòu)和混凝土主體結(jié)構(gòu)膨脹系數(shù)相同或相近溫度變化時幕墻鋼結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力接近于零

斷不斷，怎么斷，由設(shè)計者決定全部砍斷，傳統(tǒng)做法，肯定可行。但是增加許多連接節(jié)點，費工費料。加長桿件，減少斷口，可以節(jié)省工料，但要從計算和構(gòu)造上加以考慮。全部不斷，必須計算溫度和位移產(chǎn)生的應(yīng)力，分析結(jié)構(gòu)的變形耐受能力，采取措施確保結(jié)構(gòu)安全。第二個惹問題：幕墻鋼禁結(jié)構(gòu)可關(guān)以焊接旗嗎？回答：牌完全可擊以。GB純5冷00痕17頌是瓜幕墻伙鋼結(jié)雖構(gòu)嘆設(shè)計遲的基煙本依配據(jù)《鋼公結(jié)構(gòu)丸設(shè)計郵規(guī)范奸》G耽B臂50粥01尿7是那鋼結(jié)凍構(gòu)設(shè)藝計的度依據(jù)怪，當(dāng)丟然也限是幕籃墻鋼顛結(jié)構(gòu)控設(shè)計焰的依露據(jù)。幕墻換鋼結(jié)秧構(gòu)是剝鋼結(jié)碼構(gòu)的擴一部奧分，盤既然僅鋼結(jié)等構(gòu)可呀以焊斑接，餓那為俗什么婚加上債“幕喬墻”邊兩個事字，挺就不乘能焊蔬接呢伍？GB積5灘00話17幕墻鋼暑結(jié)構(gòu)屬消于鋼結(jié)匙構(gòu)，所祖以其設(shè)汽計依據(jù)宋是《鋼悲結(jié)構(gòu)設(shè)庭計規(guī)范肉》。幕墻規(guī)弟范的修抹訂也應(yīng)澡符合G噸B5削001風(fēng)7。JGJ獻13帥3-2綠001獅規(guī)定鋁騙型材不糖用焊接宜，是因吹為當(dāng)時鞋技術(shù)水胃平不高JG建J磨13應(yīng)3-城20瘦01刷是連對鋁搶合金庸結(jié)構(gòu)倘編制節(jié)的，今但負條關(guān)聚于鋁啄梁、紐奉柱只微用螺盯接的環(huán)規(guī)定關(guān)僅僅外反映費了當(dāng)渠時的誤技術(shù)建水平?！X計型材扭現(xiàn)場卸焊接半有困刃難。現(xiàn)行乞《鋁犯合金蘆結(jié)構(gòu)坊設(shè)計曲規(guī)范姨》墓GB盞5巖04懂29偽-2東00美7桃明確陜鋁合廉金建論筑結(jié)雁構(gòu)可寬以焊伴接，家并給禁出了呀焊接第的相趣應(yīng)規(guī)塊定。幕墻鋁換型材設(shè)依計應(yīng)符列合G漢B5浸042軌9的咽規(guī)定GB桐5榮04辜29糟規(guī)棍定了販對鋁旅合金益焊接迷的要發(fā)求既然規(guī)仙定了鋁概型材都?？梢院笁灲?，鋼們結(jié)構(gòu)本啦來就名排正言順選可以采艘接，幕觀墻的鋼啟橫梁、刺鋼立柱獻當(dāng)然可劣以焊接莖。一、認焊接何是鋼介結(jié)構(gòu)瓦的基功本氧連接洋方式二、摟JG步J稿13膛3-后20末01借是論上一晌個世銅紀(jì)的欲歷史聯(lián)產(chǎn)物條是宜針對裝鋁型體材規(guī)止定的編寫譽條的倡時候槍，幕跨墻還懇沒有秀采用亂鋼型專材做榨梁柱蝦，全楊用鋁僵合金閉型材煙。所攝以自祥然認喂為梁帖柱連綢接就敲必須慶用螺遍栓。真因為欲在9拳0年潑代現(xiàn)持場進暢行鋁桂的焊注接還汁很困源難，池螺栓須是傳喝遞大俊的內(nèi)葬力的趟唯一漸手段捏。當(dāng)時蓋誰也耐沒有兆預(yù)計笛到2貼1世密紀(jì)鋼穴結(jié)構(gòu)振會大雄量進尼入幕貫墻中具。與時俱淘進，J議GJ1籌02—停200邁3已經(jīng)厭修改200虧0年以唱后，大刑型公共武建筑大但量興建斤，鋼結(jié)匹構(gòu)在幕框墻中廣兼泛應(yīng)用律。原規(guī)局范已不廣適應(yīng)鋼竄結(jié)構(gòu)的海要求，以矛盾日雁益顯著巖。200獵1年修盼訂JG孫J1盒02-表96時反，已經(jīng)耍在規(guī)范閣中對鋼梨結(jié)構(gòu)作藥出規(guī)定匪。其中周就包括挪鋼梁柱爺連接可亂以焊接貓的規(guī)定餃。199擠6年編譽制的J踏GJ掘133帶-20引01：（鋁跑型材寺）要緣瑞用螺首栓連搜接。20慨01膊年修讀訂的逆JG劃J航10皂2-貝20芬03秧：（鋁型趴材）可默以用螺丑栓連接嚷（也可逆以不用律，改用艷焊接）奪；（鋼原型材）銅可不用濫螺栓連脈接，可趟以用焊拿接。133意規(guī)范修娘訂，條敲已經(jīng)修堪改目前，責(zé)133鄰規(guī)范修易訂進入濱送審階拴段。修央訂后明向確規(guī)定路鋼橫梁強與鋼立梯柱可以暗采用焊振接。按照規(guī)國范執(zhí)行惡中，“油同一問換題的規(guī)想定，以去最新規(guī)司定執(zhí)行勞”的從乳新原則抵，在新駛的13論3規(guī)范科頒布前記，可按膜102蓄規(guī)范中岔鋼結(jié)構(gòu)?？梢院笌媒拥囊?guī)文定執(zhí)行。JG燙J定13落3肚《送即審稿絨》實際雀上，升從9富0年陣代開嬸始，臣幕墻既已經(jīng)更采用緞焊接猴鋼結(jié)揚構(gòu)。廣東公姿安指揮千中心額一九邁九六年恥建成轎全部鋼域骨架焊腥接石材祥幕墻抱焊接效鋼骨倦架三、實槐踐表明罵幕墻鋼扒結(jié)構(gòu)倘焊接沒睡有任何卷問題焊接鐮鋼結(jié)委構(gòu)有奇優(yōu)良較的抗械震性霜能幕墻的索振動臺慎抗震試氏驗有意奶采用焊昏接鋼骨木架，使雙得振動朱的側(cè)向咸位移能朝達到1蹲/60僵~1/氣50，飛這樣大杏的位移慮已遠遠述超出建益筑物在艷大地震旁下的可吼能位移臭。所有描地震試朱驗表明伏：在9菌度~1怪0度地碼震下，時產(chǎn)生如興此大的盆位移，揮焊接鋼胳骨架完陡好，具泄有良好殃的抗震識性能。焊接全鋼骨姨架完捕全可勾以在桶幕墻怠中使政用。石材幕致墻振動悲臺試驗頑側(cè)滴移達1袋/50幕墻焊建接鋼骨飼架早在斯133融規(guī)范頒作布之前西就已經(jīng)值使用，偏至今近接20年夠，經(jīng)歷芽了強臺魂風(fēng)和大漁地震的枕考驗我國毫的幕醫(yī)墻工逃程從紐奉19巷93游年至各今，市鋼橫鑼梁與盆鋼立臨柱、芬鋼角蛋碼與韻連接稿鋼板滴的焊壟接已樣經(jīng)用酬了十帝多年勢，效出果良偶好。佳許多擠工程吊還經(jīng)以歷了灘大地育震或揉多次腎強臺恢風(fēng)的字考驗擋。工程實接踐證明目鋼骨架皇采用焊苦接是很其好的連什接方式怨。九十年障代末的皇焊接大達爭論19犧98披年前驗后，重成都榨市許闖多幕丸墻采朵用了宣鋼橫撫梁和夜鋼立者柱，但而且鍋采用做焊接逐。這就些已訪建成看的幕活墻，癥拆還嶼是不集拆，虜引起名激烈湯的爭張論?？詈蟊七€爭煎到了牲北京如，在磚會議短上雙鄰方都中拍了克桌子口。在搞束鋼結(jié)欄構(gòu)的銷技術(shù)貧人員鏈的支類持下溜，這掠些幕鈔墻幸鐘存了最下來魂。它們靜腥靜地度峽過了十盜年，誰文都沒有打預(yù)計會毫有20伐08年研5月1列2日…缸…誰也沒咬有料到者十年后侄，20捧08年襯5月1袋2日它梁們經(jīng)受段了大地撞震的考忙驗，用悲事實回壁答了鋼揀結(jié)構(gòu)能哄不能焊付接的大嗓爭論。汶川旺大地潤震幕呈墻經(jīng)份受了攤考驗地震區(qū)位規(guī)定的亡設(shè)防烈求度為6弱、7度沫。地震中度，幕墻冊工程在剩烈度7通、8、課9度下臥，不管些螺栓還濱是焊接雜，只要蒜主體結(jié)跨構(gòu)在，型幕墻就郊在，而逮且完好搏。九十茅年代幸存昂下來的焊茂接鋼招結(jié)構(gòu)寸幕墻誰經(jīng)受渴了這鴿次大事地震追的考獸驗，鄰客觀爽事實奴證明彩了幕醫(yī)墻完牢全可預(yù)以采歲用焊首接鋼鵝結(jié)構(gòu)巴。綿陽米(9大度)石材鴨幕墻加完好焊接擺鋼結(jié)標(biāo)構(gòu)不磁但抗應(yīng)震，祝而且齡抗風(fēng)從九十輕年代至弟今,沿當(dāng)海地區(qū)紀(jì)的建筑氧幕墻許帽多采用瓶焊接鋼享結(jié)構(gòu),你雖經(jīng)多距次強臺甲風(fēng)襲擊房誠,從未歸因骨架衡焊接而永出現(xiàn)安如全問題鳴.實踐況表明:師鋼橫梁孤與立柱離焊接完到全可以燙滿足幕釘墻抗風(fēng)碎要求.采用菊焊接栗鋼結(jié)漂構(gòu)的隸幕墻沙，經(jīng)刺受了龍臺風(fēng)規(guī)和地酸震的計實際膀考驗臥。實踐是類檢驗真趙理的唯踢一標(biāo)準(zhǔn)防，所以件現(xiàn)行規(guī)男范就要獸修改補聯(lián)充。四、活現(xiàn)在墾大量腫幕墻易鋼結(jié)躺構(gòu)炊采用讀焊接世博手會陽疼光谷世博毒會的重中軸茫線長此10保00王米，終寬1蹦10窮米，記稱為晝世博陣軸。世博軸融上有六車個朝天葬玻璃大新喇叭，棉直徑8篩0~9幅6米，慮高42野米，叫混陽光谷剃。這些譯巨型王玻璃凳幕墻梳的支愈架，勁是全停焊接蘿方鋼津管結(jié)寄構(gòu)。陽光奸谷6個陽頭光谷先是倒炒喇叭羽形玻榴璃采綠光頂敢，最聯(lián)大直誕徑9撇6米剃，高嗚41奮.5貨米。單層鐮網(wǎng)殼姨鋼結(jié)貫構(gòu)。的方鋼貪管，腿三向置布置雀，三澡角形貞網(wǎng)格踢。焊皂接節(jié)攏點。陽光谷插玻璃幕絞墻支承漢鋼結(jié)構(gòu)采用或全焊隊接方退鋼管字單層霞網(wǎng)殼幕墻準(zhǔn)鋼結(jié)陜構(gòu)螺次接可議以用群、鏈焊勿接也產(chǎn)沒有畏問題糾。理論和泥工程實責(zé)踐都證勝明了，盛幕墻鋼泡結(jié)構(gòu)可蔽以采用凝螺栓連釘接，也服可以采預(yù)用焊接翻。設(shè)計朋人員可倒根據(jù)工凱程的情喚況和自誦己的工鋸藝習(xí)慣棉選用。貓也可以愁螺接和柴焊接混鵲合使用分。天津眉中船含重工栗146史米句花崗巖鋼橫劇梁與型鋼立柏柱一濟端焊嶼接，松一端怪螺接坐。廣東圖謊書館新里館凹凸西石材幕紀(jì)墻焊接鋼獎骨架我們灶可以幻玉列舉拴很多在工程秋實例忙，說病明幕周墻鋼街結(jié)構(gòu)建采用喂焊接交是安臉全可雹靠的攝。可是，捷誰有能產(chǎn)舉出哪插怕一個明例子，鑄說明僅剖僅是由棵于采用截了焊接抽，幕墻毀鋼結(jié)構(gòu)跡就出了索安全問匙題呢？沒有，終沒有一邀個工程洪是由于樸沒有采鴉用螺栓殖連接，波鋼結(jié)構(gòu)風(fēng)就出問縣題的。實踐擺是檢聯(lián)驗真置理的禁唯一胡標(biāo)準(zhǔn)從19奏96年哥幕墻鋼救結(jié)構(gòu)開既始采用慕焊接，西到今天駁已經(jīng)過折去了廚16注年。1未6年架的實踐刪告訴我羅們，幕侍墻鋼結(jié)莖構(gòu)采用田焊接連用接是沒卷有問題復(fù)的?？陀^夾實踐嫁已經(jīng)最得出翅了結(jié)貿(mào)論幕墻鋼殿結(jié)構(gòu)如牌同其他謠鋼結(jié)構(gòu)低一樣，惱可以采凝用螺栓賭連接，娘也可以剪采用焊打接，還所可以兩嘆者混合縱使用。世界尊是多郵樣的淹，解坐決問沸題的茄方法愚也應(yīng)傘該是鈔多樣滅的。一定充要保共證現(xiàn)喜場焊煤接的枯施工譯質(zhì)量焊接系施工蛛應(yīng)符秩合現(xiàn)鑒行標(biāo)泊準(zhǔn)正JG競J統(tǒng)8逃1的順規(guī)定謊。焊工必途須持證末上崗。焊縫卸應(yīng)均坦勻飽尊滿，循不得咸斷開紗、漏禁焊。仰不應(yīng)濁有氣掩泡、縱夾渣乒、裂毀縫。做好焊任縫防銹刑。做好留防火辱措施賠。上下綱柱并岡不是疑必須念連接上下命柱之滲間并篇不是材非連居接不抖可，上連接放與否嗚、連迅接方擇式完蹄全取榨決于奶設(shè)計拌考慮龍和采儀用的堤計算燒簡圖慰。通常采機用多跨盒鉸接梁基的計算棉模式，越上下柱群之間是妖鉸接點利，要保倡證上下拐位移一姻致，可磨傳遞剪饒力，應(yīng)數(shù)連接。如果設(shè)信計按簡戲支考慮郵，按簡蠅支梁計唯算，則奮可以不培連接，衰只須運留出間爸隙。實體墻凳上的幕恨墻可以濱按分段菌設(shè)置橫筆梁和立顛柱，各賓自單獨象計算，碑各自單蠶獨受力歌，這時構(gòu)各段之糧間也可睬不連。按鉸蠅接多削跨梁顧設(shè)計咸，上晉下柱拖應(yīng)連挑接按單風(fēng)跨簡爺支梁臨設(shè)計雜，上職下柱李可不販連接按簡支思梁設(shè)計金，上下幼柱不連方接按分層昆簡支梁燦設(shè)計的塌立柱，誘上下不慣連接按多漁跨鉸障接梁幣設(shè)計吊的立毫柱，侮用鋁至橫梁假作外引部連叔接；圾附加逗4X葬40長mm掉鋁排躍也起方連接帥作用芯柱連態(tài)接主要測用于鋁釀型材JGJ臨133擊-20濫01中傅關(guān)于型甩材用芯桶柱連接廟的規(guī)定聚是針對影鋁型材籌的。該發(fā)規(guī)范是醋在19鼓96~夜200允0年間齊編制的柄，當(dāng)時不幕墻基柴本上只勢用鋁型邊材，一光般不考贏慮用鋼丟型材。鋁型婆材開展模方漆便，趕又是纖高精鄭度和荷超高昏精度左產(chǎn)品淚，可趙以做壇到緊皂密滑廊動配蓋合。戲因此拐用芯芒柱是摟恰當(dāng)岸的。200攔0年以海后，鋼昂型材大蛛量使用膝，JG腸J13弓3-2肥001笨的規(guī)定福就不適右應(yīng)鋼型范材了。科鋼型材話大量是士開口斷奔面，無恩法插芯些；鋼型突材不能長隨便定檢尺寸，青軋輥不租能隨便在改，無渴法緊密件配合；夕精度做念不到高就精級，貓滑動不沸了，或枝者空隙固很大，津芯柱晃粉動。新問題嚴(yán)要有新荒辦法對鋼右型材禾還照訪搬老風(fēng)規(guī)定犯，還江硬要妨按J燈GJ餓13惕3-唉20騎01映的規(guī)垃定執(zhí)掙行，向必定玩要筐出問碑題。鋼型跡材有刊鋼型聚材的側(cè)特點輸，要超針對團具體面情況杯具體減選捕用連藥接方亂式。僅只要擔(dān)達到送兩個轟要求螞就可點以了除：保抹證上普下柱東位移希一致大；能雹傳遞碧剪力盤。通常鏡，可頁采用浮型鋼房誠或鋼飼板作葵為連駝接板帥，一蘭端焊鋼接或臭用圓屑孔螺封栓；歉另一歲端用問長圓爆孔濟螺栓牲。當(dāng)廉然，終如果牙能做曬到配陵合良漂好，歉管材樂也可客以用券芯管胖連接剖。修訂保后的蓋新J煮GJ甲13沈3將趕采用敗上述稈規(guī)定蜘。JG魚J滾10綱2-談20朽03紫已誼經(jīng)修圖改6.慶3.時3匆…虹..鄭開口粘型材竹上柱儲與下雀柱之蹄間可輕采用筆等強第型材每機械爛連接嘉。實際恨上，陵“等陣強”吊是不熄必要些的，分因為手鉸接問點只課需要哈能傳灰遞剪真力就襯夠了曲，不花必要漲求“久等強協(xié)”。這一條燦同樣適鑄用與閉幸