幕墙设计中的一些问题五钢结构

幕墙设计的一些问题

(五)

钢结构设计中国建筑科学研究院赵西安2012幕墙钢结构设计

幕墙钢结构问题的由来幕墙钢结构目前出现许多有争议的问题，遍及各地。剪不断，理还乱，这些问题是怎么出来的呢？

这是一个历史遗留问题。

问题出自JGJ

133-2001。规范是16年前编的，那时候幕墙行业共识是：不采用钢结构。所以规范只对铝合金结构作出了规定。JGJ133-2001编在16年前，

是针对铝合金建筑幕墙编制的133规范编制于上一个世纪1996~99年间，当时从事幕墙工程的不是建筑公司，而是军转民的飞机制造公司，因熟悉铝合金制品而形成了幕墙这一行业。所以当时业内共识是幕墙只用铝合金型材，当时幕墙的标准名称为“铝合金建筑幕墙”、“铝合金玻璃幕墙”。1993年编制102-96规范时，建筑行业人士坚持取消了“铝合金”三个字，但对采用钢型材没有达成共识。102、133是针对铝型材编的。1990年代幕墙只用铝合金骨架

标准名称为“铝合金幕墙”所有技术文件、规范都局限于铝合金

上世纪，幕墙是铝合金型材的一统天下；2000年以后，钢结构大量在幕墙中使用，来得突然，幕墙规范中没有相应的规定。有些工程只好照搬幕墙规范中对铝型材的规定来做钢结构，矛盾、问题不断出现。钢结构设计的基本依据钢结构设计的基本依据是国家标准《钢结构设计规范》GB50017。幕墙钢结构是钢结构的一部分，其设计也应遵照执行；幕墙规范编制、修订，有关钢结构的条文，要与之一致。幕墙钢结构的设计依据是GB500171996年黑体字的说法和现在不同

1993~1998年编制JGJ102和133时，对“强制性条文”黑体字的说法是“强调、着重、提醒、注意”，并没有一票否决、违法的含义。不知道甚么时候就变成了现在这个“规范就是法律”的解释。我们也是有口难辩，很后悔当初用了黑体字，现在“被”强制。今后黑体字只能写“构件承载力要大于外荷载”这一类绝对真理。所有构造、作法、尺寸等等都不能用黑体字。而且黑体字不要超过5%。

第一个问题：是不是一定要竖向层层分段，水平三米一段？

回答：不一定要切得这么碎。切碎是设计最省事的办法尺寸越小，温度的影响就小，这是尽人皆知的常识。把构件切碎，弄成短短的，当然就不用费心去做温度应力计算，不用专门考虑抗温度变化措施。由于最初做幕墙的不是建筑结构行业，而是飞机制造行业，所以历史地形成了通通切断的行业习惯。对付温度影响不一定要断开断开是一种方法，但不是唯一方法解决温度的影响可以有两条途径：1构件断开，支点自由，结构随温度变形，减少或消除温度应力。称为“有变形，无应力”2构件连续，支点约束，结构温度变形受到限制，甚至不准变形，温度应力由钢结构自己的强度承受。称为“有应力，无变形”解决温度变化问题的两种办法两种处理方法的例子有温度变形，无温度应力常规幕墙的骨架；老式低速铁路的铁轨（长度13.2米）；用许多温度缝分开的厂房；带活动接头的管道；约束温度变形，承受温度应力巨型航空母舰；巨型油轮；大型油罐；超大跨公共建筑；超高层建筑；核反应堆；大容量炼铁高炉；高速铁路的超长钢轨（长度一般超过1000米，甚至几百公里无缝隙）；大量焊接钢结构建筑；结构钢有能力承受温度应力Q235强度设计值215N/mm2Q345强度设计值315N/mm2

在完全固定，不能变形的情况下，温度每变化1度，钢构件中产生的温度应力为：2.4N/mm2

通常，幕墙骨架连接在主体结构上，温度变化时，支座随主体结构位移，钢骨架受到变形约束很小，温度应力远小于这个按支座固定考虑的数值。

铝的膨胀系数为混凝土的三倍

温度变形相差悬殊，每层留伸缩缝是合理的

钢材和混凝土的膨胀系数相近钢材：1.2X10-5/C混凝土：1.0X10-5/C所以，钢筋混凝土结构才有可能应用。钢幕墙结构和钢主体结构、钢幕墙结构和混凝土主体结构膨胀系数相同或相近温度变化时幕墙钢结构的温度应力接近于零

断不断，怎么断，由设计者决定全部砍断，传统做法，肯定可行。但是增加许多连接节点，费工费料。加长杆件，减少断口，可以节省工料，但要从计算和构造上加以考虑。全部不断，必须计算温度和位移产生的应力，分析结构的变形耐受能力，采取措施确保结构安全。第二个惹问题：幕墙钢禁结构可关以焊接旗吗？回答：牌完全可击以。GB纯5冷00痕17颂是瓜幕墙伙钢结虽构叹设计迟的基烟本依配据《钢公结构丸设计邮规范奸》G耽B臂50粥01尿7是那钢结冻构设艺计的度依据怪，当丢然也限是幕篮墙钢颠结构控设计焰的依露据。幕墙换钢结秧构是剥钢结码构的扩一部奥分，盘既然仅钢结等构可呀以焊斑接，饿那为俗什么婚加上债“幕乔墙”边两个事字，挺就不乘能焊蔬接呢伍？GB积5滩00话17幕墙钢暑结构属消于钢结匙构，所祖以其设汽计依据宋是《钢悲结构设庭计规范肉》。幕墙规弟范的修抹订也应澡符合G吨B5削001风7。JGJ献13帅3-2绿001狮规定铝骗型材不糖用焊接宜，是因吹为当时鞋技术水胃平不高JG建J磨13应3-城20瘦01刷是连对铝抢合金庸结构倘编制节的，今但负条关聚于铝啄梁、纽奉柱只微用螺盯接的环规定关仅仅外反映费了当渠时的误技术建水平牛—铝计型材扭现场卸焊接半有困刃难。现行乞《铝犯合金芦结构坊设计曲规范姨》墓GB盏5岩04懂29伪-2东00美7桃明确陕铝合廉金建论筑结雁构可宽以焊伴接，家并给禁出了呀焊接第的相趣应规块定。幕墙铝换型材设依计应符列合G汉B5浸042轨9的咽规定GB桐5荣04辜29糟规棍定了贩对铝旅合金益焊接迷的要发求既然规仙定了铝概型材都疲可以焊坟接，钢们结构本啦来就名排正言顺选可以采艘接，幕观墙的钢启横梁、刺钢立柱献当然可劣以焊接茎。一、认焊接何是钢介结构瓦的基功本氧连接洋方式二、搂JG步J稿13膛3-后20末01借是论上一晌个世铜纪的欲历史联产物条是宜针对装铝型体材规止定的编写誉条的倡时候枪，幕跨墙还恳没有秀采用乱钢型专材做榨梁柱虾，全杨用铝僵合金闭型材烟。所摄以自祥然认喂为梁帖柱连绸接就敲必须庆用螺遍栓。真因为欲在9拳0年泼代现持场进畅行铝桂的焊注接还汁很困源难，池螺栓须是传喝递大俊的内葬力的趟唯一渐手段捏。当时盖谁也耐没有兆预计笛到2贴1世密纪钢穴结构振会大雄量进尼入幕贯墙中具。与时俱淘进，J议GJ1筹02—停200迈3已经厌修改200亏0年以唱后，大刑型公共武建筑大但量兴建斤，钢结匹构在幕框墙中广兼泛应用律。原规局范已不广适应钢窜结构的海要求，以矛盾日雁益显著岩。200猎1年修盼订JG孙J1盒02-表96时反，已经耍在规范阁中对钢梨结构作药出规定匪。其中周就包括挪钢梁柱爷连接可乱以焊接猫的规定饺。199挤6年编誉制的J踏GJ掘133带-20引01：（铝跑型材寺）要缘瑞用螺首栓连搜接。20慨01膊年修读订的逆JG划J航10皂2-贝20芬03秧：（铝型趴材）可默以用螺丑栓连接嚷（也可逆以不用律，改用艳焊接）夺；（钢原型材）铜可不用滥螺栓连脉接，可趟以用焊拿接。133意规范修娘订，条敲已经修堪改目前，责133邻规范修易订进入滨送审阶拴段。修央订后明向确规定路钢横梁强与钢立梯柱可以暗采用焊振接。按照规国范执行恶中，“油同一问换题的规想定，以去最新规司定执行劳”的从乳新原则抵，在新驶的13论3规范科颁布前记，可按膜102蓄规范中岔钢结构粒可以焊帜接的规文定执行。JG烫J定13落3肚《送即审稿绒》实际雀上，升从9富0年阵代开婶始，臣幕墙既已经更采用缎焊接猴钢结扬构。广东公姿安指挥千中心额一九迈九六年耻建成轿全部钢域骨架焊腥接石材祥幕墙抱焊接效钢骨倦架三、实槐践表明骂幕墙钢扒结构倘焊接没睡有任何卷问题焊接镰钢结委构有奇优良较的抗械震性霜能幕墙的索振动台慎抗震试氏验有意奶采用焊昏接钢骨木架，使双得振动朱的侧向咸位移能朝达到1蹲/60僵~1/气50，飞这样大杏的位移虑已远远述超出建益筑物在艳大地震旁下的可吼能位移臭。所有描地震试朱验表明伏：在9菌度~1怪0度地码震下，时产生如兴此大的盆位移，挥焊接钢胳骨架完陡好，具泄有良好殃的抗震识性能。焊接全钢骨姨架完捕全可勾以在桶幕墙怠中使政用。石材幕致墙振动悲台试验顽侧滴移达1袋/50幕墙焊建接钢骨饲架早在斯133融规范颁作布之前西就已经值使用，偏至今近接20年够，经历芽了强台魂风和大渔地震的枕考验我国毫的幕医墙工逃程从纽奉19巷93游年至各今，市钢横锣梁与盆钢立临柱、芬钢角蛋码与韵连接稿钢板滴的焊垄接已样经用酬了十帝多年势，效出果良偶好。佳许多挤工程吊还经以历了滩大地育震或揉多次肾强台恢风的字考验挡。工程实接践证明目钢骨架皇采用焊苦接是很其好的连什接方式怨。九十年障代末的皇焊接大达争论19牺98披年前验后，重成都榨市许闯多幕丸墙采朵用了宣钢横抚梁和夜钢立者柱，但而且锅采用做焊接逐。这就些已访建成看的幕活墙，症拆还屿是不集拆，虏引起名激烈汤的争张论。慨最后逼还争煎到了牲北京如，在砖会议短上双邻方都中拍了克桌子口。在搞束钢结栏构的销技术贫人员链的支类持下溜，这掠些幕钞墙幸钟存了最下来魂。它们静腥静地度峡过了十盗年，谁文都没有打预计会毫有20伐08年研5月1列2日…缸…谁也没咬有料到者十年后侄，20捧08年衬5月1袋2日它梁们经受段了大地撞震的考忙验，用悲事实回壁答了钢拣结构能哄不能焊付接的大嗓争论。汶川旺大地润震幕呈墙经份受了摊考验地震区位规定的亡设防烈求度为6弱、7度沫。地震中度，幕墙册工程在剩烈度7通、8、课9度下卧，不管些螺栓还滨是焊接杂，只要蒜主体结跨构在，型幕墙就郊在，而逮且完好搏。九十茅年代幸存昂下来的焊茂接钢招结构寸幕墙谁经受渴了这鸽次大事地震追的考兽验，邻客观爽事实奴证明彩了幕医墙完牢全可预以采岁用焊首接钢鹅结构巴。绵阳米(9大度)石材鸭幕墙加完好焊接摆钢结标构不磁但抗应震，祝而且龄抗风从九十轻年代至弟今,沿当海地区纪的建筑氧幕墙许帽多采用瓶焊接钢享结构,你虽经多距次强台甲风袭击房诚,从未归因骨架衡焊接而永出现安如全问题鸣.实践况表明:师钢横梁孤与立柱离焊接完到全可以烫满足幕钉墙抗风碎要求.采用菊焊接栗钢结漂构的隶幕墙沙，经刺受了龙台风规和地酸震的计实际膀考验卧。实践是类检验真赵理的唯踢一标准防，所以件现行规男范就要兽修改补联充。四、活现在垦大量肿幕墙易钢结躺构炊采用读焊接世博手会阳疼光谷世博毒会的重中轴茫线长此10保00王米，终宽1蹦10穷米，记称为昼世博阵轴。世博轴融上有六车个朝天葬玻璃大新喇叭，棉直径8筛0~9幅6米，虑高42野米，叫混阳光谷剃。这些译巨型王玻璃凳幕墙梳的支愈架，劲是全停焊接萝方钢津管结寄构。阳光奸谷6个阳头光谷先是倒炒喇叭羽形玻榴璃采绿光顶敢，最联大直诞径9撇6米剃，高呜41奋.5货米。单层镰网壳姨钢结贯构。的方钢贪管，腿三向置布置雀，三澡角形贞网格踢。焊皂接节拢点。阳光谷插玻璃幕绞墙支承汉钢结构采用或全焊队接方退钢管字单层霞网壳幕墙准钢结陕构螺次接可议以用群、链焊勿接也产没有畏问题纠。理论和泥工程实责践都证胜明了，盛幕墙钢泡结构可蔽以采用凝螺栓连钉接，也服可以采预用焊接翻。设计朋人员可倒根据工凯程的情唤况和自诵己的工锯艺习惯棉选用。猫也可以愁螺接和柴焊接混鹊合使用分。天津眉中船含重工栗146史米句花岗岩钢横剧梁与型钢立柏柱一济端焊屿接，松一端怪螺接坐。广东图谎书馆新里馆凹凸西石材幕纪墙焊接钢奖骨架我们灶可以幻玉列举拴很多在工程秋实例忙，说病明幕周墙钢街结构建采用喂焊接交是安脸全可雹靠的摄。可是，捷谁有能产举出哪插怕一个明例子，铸说明仅剖仅是由棵于采用截了焊接抽，幕墙毁钢结构迹就出了索安全问匙题呢？没有，终没有一邀个工程洪是由于朴没有采鸦用螺栓殖连接，波钢结构风就出问县题的。实践摆是检联验真置理的禁唯一胡标准从19奏96年哥幕墙钢救结构开既始采用慕焊接，西到今天驳已经过折去了厨16注年。1未6年架的实践删告诉我罗们，幕侍墙钢结茎构采用田焊接连用接是没卷有问题复的。客观夹实践嫁已经最得出翅了结贸论幕墙钢殿结构如牌同其他谣钢结构低一样，恼可以采凝用螺栓赌连接，娘也可以剪采用焊打接，还所可以两叹者混合纵使用。世界尊是多邮样的淹，解坐决问沸题的茄方法愚也应伞该是钞多样灭的。一定充要保共证现喜场焊煤接的枯施工译质量焊接系施工蛛应符秩合现鉴行标泊准正JG竞J统8逃1的顺规定谎。焊工必途须持证末上岗。焊缝卸应均坦匀饱尊满，循不得咸断开纱、漏禁焊。仰不应浊有气掩泡、纵夹渣乒、裂毁缝。做好焊任缝防锈刑。做好留防火辱措施赔。上下纲柱并冈不是疑必须念连接上下命柱之渗间并篇不是材非连居接不抖可，上连接放与否呜、连迅接方择式完蹄全取榨决于奶设计拌考虑龙和采仪用的堤计算烧简图慰。通常采机用多跨盒铰接梁基的计算棉模式，越上下柱群之间是妖铰接点利，要保倡证上下拐位移一姻致，可磨传递剪饶力，应数连接。如果设信计按简戏支考虑邮，按简蝇支梁计唯算，则奋可以不培连接，衰只须运留出间爸隙。实体墙凳上的幕恨墙可以滨按分段菌设置横笔梁和立颠柱，各宾自单独象计算，碑各自单蚕独受力歌，这时构各段之粮间也可睬不连。按铰蝇接多削跨梁顾设计咸，上晋下柱拖应连挑接按单风跨简爷支梁临设计杂，上职下柱李可不贩连接按简支思梁设计金，上下幼柱不连方接按分层昆简支梁灿设计的塌立柱，诱上下不惯连接按多渔跨铰障接梁币设计吊的立毫柱，侮用铝至横梁假作外引部连叔接；圾附加逗4X葬40长mm掉铝排跃也起方连接帅作用芯柱连态接主要测用于铝酿型材JGJ临133击-20滥01中傅关于型甩材用芯桶柱连接庙的规定聚是针对影铝型材筹的。该发规范是醋在19鼓96~夜200允0年间齐编制的柄，当时不幕墙基柴本上只势用铝型边材，一光般不考赢虑用钢丢型材。铝型婆材开展模方漆便，赶又是纤高精郑度和荷超高昏精度左产品泪，可赵以做坛到紧皂密滑廊动配盖合。戏因此拐用芯芒柱是搂恰当岸的。200拦0年以海后，钢昂型材大蛛量使用膝，JG肠J13弓3-2肥001笨的规定福就不适右应钢型范材了。科钢型材话大量是士开口断奔面，无恩法插芯些；钢型突材不能长随便定检尺寸，青轧辊不租能随便在改，无渴法紧密件配合；夕精度做念不到高就精级，猫滑动不沸了，或枝者空隙固很大，津芯柱晃粉动。新问题严要有新荒办法对钢右型材禾还照访搬老风规定犯，还江硬要妨按J灯GJ饿13惕3-唉20骑01映的规垃定执挣行，向必定玩要筐出问碑题。钢型迹材有刊钢型聚材的侧特点输，要超针对团具体面情况杯具体减选捕用连药接方乱式。仅只要担达到送两个轰要求蚂就可点以了除：保抹证上普下柱东位移希一致大；能雹传递碧剪力盘。通常镜，可页采用浮型钢房诚或钢饲板作葵为连驼接板帅，一兰端焊钢接或臭用圆屑孔螺封栓；歉另一岁端用问长圆爆孔济螺栓牲。当廉然，终如果牙能做晒到配陵合良漂好，歉管材乐也可客以用券芯管胖连接剖。修订保后的盖新J煮GJ甲13沈3将赶采用败上述秆规定蜘。JG鱼J滚10纲2-谈20朽03紫已谊经修图改6.庆3.时3匆…虹..郑开口粘型材竹上柱储与下雀柱之蹄间可轻采用笔等强第型材每机械烂连接嘉。实际恨上，陵“等阵强”吊是不熄必要些的，分因为手铰接问点只课需要哈能传灰递剪真力就衬够了曲，不花必要涨求“久等强协”。这一条灿同样适铸用与闭幸