幕墙钢结构横梁和立柱的焊接问题.pdf

圃俐 盍窒堂丝 幕墙钢结构横梁和立柱的焊接问题 赵西安 中国建筑科学研究院 摘 要：J G J1 3 3 2 0 0 l 金属及石材幕墙工程技术规范是9 0 年代针对铝合金型材而编制的，第5 6 6 条的规定不适用于 钢结构，幕墙钢结构采用焊接已有十多年历史并经历了2 0 0 8 年5 1 2 汶川大地震的考验。目前许多大型公共建筑和高层建 筑的幕墙都在采用焊接钢结构。实践表明幕墙钢结构采用焊接是没有问题的。修订中的幕墙规范已经对幕墙钢结构焊接I - 1 题作出相应规定。 关键词：幕墙；钢结构；焊接；规范 1问题的提出 进入二十一世纪钢结构在幕墙工程中大量应 用这是2 0 0 0 年以前没预i t - N 的。随之而来就产生 了幕墙工程中钢横梁和钢立柱可否采用焊接的现 实问题。因为J G J1 3 3 2 0 0 1 金属及石材幕墙工程 技术规范第5 6 6 条规定“横梁应通过角码、螺钉 或螺栓与立柱连接”由此而来在许多工程中引发 争议，被迫停工的事件也时有发生。 如何理解J G J1 3 3 2 0 0 l 规范中第5 6 6 条规 定的实际含义如何在幕墙钢结构中合理应用焊接 连接。已经成为不可同避的问题。 2J G J1 3 3 规范编制的时代背景 J G J1 3 3 2 0 0 l 金属及石材幕墙T 程技术规 范颁布于2 0 0 1 年，编制于1 9 9 6 1 9 9 7 年，是上一 个世纪九十年代的产物。距离今天已经有十四五年 的历史了。理解和应用J G J1 3 3 规范，不能离开当时 的历史背景和技术水平。 我国从上个世纪八十年代开始出现幕墙，九十 年代初形成幕墙行业。但是最初进入这一行业的并 不是建筑公司而是飞机制造公司。当时幕墙公司 几乎全是军转民的飞机制造厂它们熟悉铝合金材 料，但对钢结构比较陌生。当时幕墙主要应用于办 公楼和酒店层高一般3 m 一4 m 采用铝合金型材完 全可以满足受力要求。因此幕墙行业的共识是幕墙 只用锅合金结构不采用钢结构 当时幕墙的普遍 称呼是“铝合金建筑幕墙”、“铝合金玻璃幕墙”。 1 9 9 3 1 9 9 5 年编制J G J1 0 2 9 6 玻璃幕墙工 程技术规范期间，经过努力，终于去掉了“铝合金” 三个字但是在幕墙中采用钢结构并没有被行业的 大多数人接受。因此J G J1 0 2 9 6 和J G J1 3 3 2 0 0 1 两本规范就是针对铝合金结构编制的，仅仅因 为连接件不能不涉及钢材，所以才列入一些有关钢 材的内容。正因为如此，规范中许多条文的规定不 适用于钢结构。 十五年前的技术条件下。铝合金结构现场焊接 还很难实现：而螺栓和螺钉连接对飞机制造厂来说 轻车熟路非常习惯。所以J G J1 0 2 9 6 、J G J1 3 3 2 0 0 1 两本规范很自然规定“横梁应通过角码、螺钉 或螺栓与立柱连接”。这对当时的铝合金结构是万 无一失的可靠做法自然得到幕墙厂家的肯定。 十五年前编制J G J1 3 3 规范时，并没有幕墙设 计审查制度对黑体字条文的理解是“强调、提醒、 着重”。提醒幕墙厂家“无特殊理由不要违反”。那时 候谁也没有预料到后来会出现审查单位会演变成 今天的按条审查，“一条否决”。所以黑体字的强制 性条文列得比较多为了引起重视，甚至连一些并 非唯一的具体做法也写成黑体字产生了后来强制 性条文管得过宽的结果。 十五年过去了客观现实已经发生了巨大变 化完令不同于上= 一个世纪的情况：但是规范一直 0 2 2 0 11 0 1 万方数据 _ 专家论螺 没有修订已经远远滞后于当前的技术水平，也不 适应当前的技术管理制度。这就是M 题和矛盾产生 的历史原阒。 3 钢结构设计规范是幕墙钢结构设计的基本依据 既然J G J1 0 2 、J G J1 3 3 规范是针对铝合金结构 编制的，不完全适用于钢结构。那么在规范的新修 订版本颁布之前，幕墙钢结构设计的基本依据就应 该是现行国家标准G B5 0 0 1 7 2 0 0 3 钢结构设计 规范。 G B5 0 0 1 7 ( ( 钢结构设计规范适用于主体钢结 构和围护钢结构。幕墙钢结构是钢结构的一部分 处于钢结构设计规范的适片j 范围。 G B5 0 0 1 7 规范对普遍适用的钢结构焊接作出 了详细明确的规定幕墙钢结构是钢结构的一部 分，当然可以采用焊接。 时代在发展，技术在进步。十五年前铝合金结 构现场难以焊接的问题现在已经不再是不可解决 的困难。新颁布的G B5 0 4 2 9 铝合金结构设计规 范对铝合金结构的焊接作出了明确的规定。现在 即使是铝合金型材也不是非要螺栓连接不可也可 以采用焊接了。 4 幕墙钢结构采用焊接已经有十多年历史 规范J G J1 3 3 是在1 9 9 6 年开始编制的由于 它是针对铝合金型材编制所以没有涉及钢结构如 何设计的问题。于是九十年代有一些T 程不接受规 范J G J1 3 3 的约束，直接按照J G J1 7 8 7 钢结构设 计规范的规定，设计和建造了钢结构支承的幕墙。 而且是采用焊接。 1 9 9 6 1 9 9 8 年间，笔者参与了广州的广东省公 安厅、广东省交通大厦、广东省建设银行大厦幕墙 工程。其石材幕墙部分均采用了焊接钢结构( 图1 ) 。 至今已经十多年过去。中间还经历了多次强台风的 考验，使用情况一直良好。 广东省公安厅广东交通大厦广东省建行大厦 圈1石材幕墙采用焊接钢结构支承 最令人难忘的是发生在1 9 9 8 年的关于幕墙采 用焊接钢结构的大辩论，四川成都地I ) ( 在几十年代 圃州 初期已经采用焊接钢结构建造了大批铝板和石材 幕墙，1 9 9 8 年J G J1 3 3 金属与石材幕墙工程技术规 范进入送审阶段，送审稿传到四川后。根据第 5 6 6 条关于应采用螺栓连接的规定省里有关部门 下令全部拆除钢横梁立柱焊接的已建幕墙这引起 成都市有关部门的激烈反对。双方展开了长时间的 争论。钢横梁与钢立柱能不能焊接现有大批幕墙 要不要拆除成为针锋相对的焦点问题。最后吵到了 北京。会议上双方都拍了桌子。在从事钢结构的技 术人员的劝和下这批幕墙幸存了下来静静地度 过了整整十年。谁也没有想到，1 9 9 8 年双方都不服 的“技术诉讼”终于在十年后由2 0 0 8 年汶川大地 震给出了判决。 5 实践证明幕墙完全可以采用焊接钢结构 幕墙钢结构采用焊接不仅符合钢结构设计规 范的规定，而更重要的是，十多年的科学试验和工 程经验都表明：幕墙钢结构不允许采用焊接足毫无 道理的。 实践是检验真理的唯一标准。 十多年来我困已建的采用焊接钢结构支承的 铝板和石材幕墙从未因采用焊接钢结构而发生过 安全事故：广州、深圳等地的这类1 二程甚至经历了 多次1 2 级到1 4 级强台风的吹袭而完好无损。 十年来。国内进行过多次石材幕墙的振动台试 验仅笔者参与的实验就有五个。为了挑战极限，支 承结构都采用了柔性的焊接钢结构试验地震加速 度大大超过设防烈度7 度、8 度，达到相当于9 度， 甚至1 0 度，幕墙试件的位移达到1 7 0 1 5 0 。在这样 的位移下实际房屋的主体结构早已倒塌；而幕墙 试件的焊接钢结构和面板都能保持完好。这些振动 台试验结果表明：幕墙采用焊接钢结构完全可以满 足抗震要求。 2 0 0 8 年5 月1 2E l 发生了汶川大地震，成都地 区的幕墙经历了窄前的大考验。1 9 9 8 年备受争议、 但幸运地得以保存达十年之久的焊接钢结构幕墙， 如同J 】1 5 些螺接钢结构幕墙一样。在7 度的成都、8 度的德阳、9 度1 ) ( 的都汀堰、绵阳都保持完好。震 害凋食表明：采用焊接钢结构的金属和石材幕墙具 有优良的抗震性能。 我们町以列举大最例子证明幕墙采用焊接钢 结构足安令的但是准义能举出例子说明仅仅是 闪为支承钢结构采J 1 _ r 焊接就发乍安令事故哪怕 2 0 “ 11 0 10 3 万方数据 窝感 譬踊叭 幽 口4t # n # T 3 t 镕I 猢J 专家论坛 涩黼 册譬 囊 2 0 1 10 1 万方数据 5 5 0 mm ：大酃竹采川卅接辅形牛嗤点少肚采川宴 心铺钢牛脞H 点：f r 什IH 扮件采川仝瑞遗级 焊缝连摧( 【9I q1 0 ) 。 2 0 1 0 年i I 往施r 的北求m 腻f 噤中心足一鹰 面包嘲形的铺结构( 例l I ) 土蛰碾咀结构是梯肜蕺 嘣的钢枷紧为妊逃2 0 0 m 的审问双曲线( 嘲1 2 ) j i | 墙俐结构为咧钢竹爬梯形双曲峰鲥骨架( 1 “ 1 3 ) 。幕 墙爬梯彤钠制船在【：J 坝先蜱在主结构的梯彤瓿面 圃 1 1 柴J 分段遥刮1 ：地簧裴，焊接为啦作( 闭1 4 口9 * * B $ * t # 与f 4 q ，兽世 曩。熏。 1 黼“圈 2 0 1 10 万方数据 上述如此大型、复杂的玻璃幕墙钢结构都能采 用全焊接还有什么幕墙钢结构不能焊接呢? 应该说。幕墙的钢横梁和钢立柱可以采用螺栓 或螺钉连接：也可以采用焊缝连接；还可以部分节 点用螺栓连接而另外部分节点用焊接。设计者町 以根据丁程特点和自己的习惯灵活选用。图1 5 为 天津巾船大厦花岗岩幕墙高1 4 8 m 。其钢横梁与钢 立柱一端为焊接，另一端为螺栓连接。 图1 5 天津中船大厦( 左) 的钢横梁与钢柱一端焊接，一端 螺栓连接( 右J 7 幕墙规范修订条文已经修改 规范是成熟经验的总结。只有在工程中广泛采 用、技术成熟的内容才能列入规范的条文。因此，总 是先有实践后有规范。实践已经向前推进了，规范 就必须进行修订。 正因为老规范的规定不是为钢结构编制的。许 多规定不适用于钢结构。所以修改老的幕墙规范是 大势所趋。J G J1 0 2 - - 2 0 0 3 ( 玻璃幕墙工程技术规范 已经将原规定“横梁应通过角码、螺钉或螺栓与立 柱连接”修改为“横梁可通过角码、螺钉或螺栓与立 柱连接”。意味着钢横梁与钢立柱“可不”用螺栓连 自2 0 1 1 年2 月 士的劳动合同关系。 特此声明。 盔室鲎丝 接可以采用焊接。“应”改为“可”，一字之差为幕墙 钢结构采用焊接打开了口子。 目f j 。J G J1 3 3 规范修订已进入送审报批阶段， J G J1 0 2 规范已经进行新的修订。修订后的条文将 统一表达为：“钢结构可以采用焊缝连接、螺栓或螺 钉连接，也可以部分节点采J 1 J 焊缝连接、部分节点 采用螺栓或螺钉连接。焊缝连接的设计应符合现行 国家标准G B5 0 0 1 7 钢结构设计规范和G B 5 0 0 1 8 冷弯薄壁型钢结构设计规范的规定；焊接 的施工应符合现行行业标准J G J8 1 建筑钢结构焊 接技术规程的规定。” 在规范修订正式颁布之前可以根据已有的工 程实践经验和现行国家标准G B5 0 0 1 7 钢结构设 计规范的规定，在幕墙钢结构中采用焊接。 8 结束语 a ) J G J1 3 3 2 0 0 l 第5 6 6 条的规定是针对 铝合金型材编制的，不能直接套用到钢结构中； b ) 焊接足钢结构的基本连接方法，同样也是幕 墙钢结构的基本连接方法。幕墙钢结构的设计应遵 照G B5 0 0 1 7 钢结构设计规范规定的精神进行。 其连接可以采用螺栓、焊缝或者两者在同一工程中 混合使用； c ) 已建工程的经验和多次振动台试验结果，以 及2 0 0 8 年汶川大地震的考验都表明了幕墙采用 焊接钢结构是没有问题的； d