钢铝组合结构幕墙设计的应用

1、钢铝组合结构幕墙设计的应用 摘要：采用钢铝组合的幕墙结构，对保证建筑的稳定性具有很重要的作用，并且钢铝结构本身的质量很轻、强度大，造价也较低适用于各种工程中。本文即详细阐述了钢铝组合结构幕墙设计的应用。 关键词：钢铝组合；幕墙；质量；材料；计算机 一、幕墙设计中选用钢铝组合结构的优势 （一）重量轻 由于铝的密度与其他金属材料相比相对较小，钢结构也是密度小的金属混合物，所以同样大小面积的横梁（立柱）型材应用于幕墙之中，钢铝组合的重量最轻，而混凝土板幕墙、瓷板幕墙、千思板幕墙、微晶玻璃幕墙、陶板幕墙显得更重一些。钢铝组合使得建筑物重量减小。 （二）强度较高 铝合金强度设计值是 85.5m pa，弹

2、性模量是 70000m pa，因而其性质不能满足楼层数多等风载荷较大的建筑物的设计要求，时常达不到幕墙的使用要求。然而钢材的弹性模量是210000m pa，强度设计是 215m pa。从数据可以得知，钢的强度大，这是钢铝组合中最需要的地方，它的弹性能模量约为铝合金的 3 倍，强度约为 2.5 倍，因此，钢铝巧妙的结合运用到幕墙设计中，荷载承重会大幅度的加强，强度将会得到很大的提高。 （三）设计多变而又灵活 钢铝组合结构在幕墙设计中，将钢的强度大、弹性好以及价格低的优势和铝的耐腐蚀、装饰效果好等优势有机而又巧妙的结合起来，结合的形式各种各样。这样充分发挥出他们的各自优势，将材料运用到极限，从而使

3、幕墙结构有较高的安全性和经济优势。钢铝组合结构其具有独特的光影和色彩以及良好的建筑艺术效果和建筑风格的造型，因而它具有良好的发展前景。 （四）防火性能较强 铝材料在 250下，其强度会降低到原来的一半，而当温度达到 370时其强度将会丧失，这也正是铝材料不能应用于承重材料的主要原因之一。而钢材料却具有很强的耐热性能，虽然钢材料在 100时材料的强度会有所降低，但是其强度在100之后不但不会随着温度的上升而降低，而且还会有所升高，这正是钢材料可以作为高温下承重材料的一个重要条件。将两种材料组合在一起，恰恰中和了两种材料的优点，使幕墙结构更坚固和稳定。在实际应用中将会更具有材料优势和技术优势。 二

4、、钢铝组合材料在幕墙设计中存在的问题 目前在建筑物的幕墙设计中广泛使用的是玻璃幕墙，其表现的光感以及色彩等都具有很广的市场前景。但是从目前的形式出发，实际工程存在很多的不足。铝合金材质以及柱形材料，在幕墙的结构中应用的很广，选择材料这方面存在问题。但是从施工角度出发，这种材料的弹性较小，经受不了大风的影响。其次，在实际的应用中，铝以及钢在其中的应用有可能会形成一些所谓的原电池，影响了整个幕墙的安全性，因此要避免产生原电池的现象。应选用一些其他的原材料，尽量的避免电解质的出现。 三、钢铝组合结构幕墙设计的应用要点 （一）要增强质量意识、提高质量管理水平 重视设计审核、选好设计人员。幕墙工程是一项

5、要求十分严格而又细致的工作，幕墙工程涉及安全性，百年大计质量第一。要建立一套完整的企业幕墙工程质保体系，包括组织机构人员或部门职责、工程全过程的实施和检查细则、质量工作奖罚条例等，让创建优质工程活动变成企业全体员工的自觉行动，全面提升企业的质量管理水平。 （二）加强幕墙结钩的质量管理，选用适当的材料 原材料的好坏直接影响幕墙的质量，材料是整个工程建设的关键，把好质量是工程建设的关键，相关部门一定要加强新技术的应用，避免由于材料的关系产生一些质量问题。 例如：可以在一些钢铝结构中增加一些惰性材料，如防腐蚀垫片等，不让两者的原材料产生接触，避免原电池反应的发生。钢铝结构要不断的加固，加强幕墙结构的

6、稳定性，在应用的过程中，要不断加强新材料、新技术的应用，使材料的强度及使用范围得以加强。 （三）钢铝组合结构在幕墙设计中应用计算机辅助计算 在幕墙设计中应用钢铝组合结构，就要对钢铝组合结构的性能进行分析与计算，让其承载力能够满足幕墙设计要求。组合中的钢材和铝型材共同组成一个截面，这个截面共同承受外荷载，那么，就要对这个组合截面的承载力进行计算，这种计算必须依靠专业的计算机程序对其组合截面进行模拟，这点是较难实现的。下面探讨一种简便的计算机辅助计算方法。 1、计算机辅助计算方法的假设条件的设定 （1）由于在钢铝组合结构中，钢材和铝型材紧密地结合成一体，其在垂直于结构的承载作用可以认为二者是相同的

7、，所以，假设在水平荷载作用下，钢材和铝型材的挠度相等，即等挠度原理； （2）除此之外，轴向力所引起的应力极小，所以可以不予考虑，假设轴向力所引起的应力为0。 2、等效形心轴的求解 由上述基本假定（2），应力公式可简化为： （1） 式中： 应力，mpa； m立柱弯矩设计值，nmm； 截面塑性发展系数； w在弯矩作用方向的净截面抵抗矩，mm3。 由上述基本假定（1）可知 u=u1=u2 （2） 式中： u1钢铝组合结构中钢材，mm。 u2铝型材在荷载作用下的挠度，mm。 联立挠度公式和式（2）可知： q/ei=q1/e1i1=q2/e2i2 （3） 式中q1、q2钢铝组合结构中，钢材、钢铝型材分别

8、承受的线荷载，n/mm： e1、e2钢铝组合结构中，钢材、钢铝型材的弹性模量，mpa； i1、i2钢铝组合结构中，钢材、钢铝型材的截面惯性矩，mm4。 由于水平均布线荷载为矢量，可知： q=q1+ q2 （4） 联立式（3）和式（4）可知： ei=e1 i1+e2i2 （5） 式（5）表明钢材和铝型材分别承受的荷载是按刚度分配的。由于刚度为弹性模量e和惯性矩j的乘积，因此求解计算组合截面惯性矩必需的等效形心轴时，必须先将不同截面组成材料的弹性模量进行等效转换，才能求出真正共同工作的等效形心轴。由e1=2.1105 mpa和e2=0.7l05mpa可将式（5）转化为： ei=3e1i2+e1i1=e1（3i2+i1） （6） 式（6）表明，等效形心轴是基于组合惯性矩3i2 +i1的形心轴。 由于对于大跨度幕墙结构中钢铝组合结构的应用最重要的数据就是挠数，所以其计算结构最终得到钢铝结构的挠度，这种借助于计算机辅助技术进行的计算，虽然和实际值有些偏离，但基本上不影响其应用于实际工程设计中，因为其计算结果的实施偏差小于3g。 结语 综上，钢铝组合结构以其质量轻、强度大、抗火性能好、造价低等优势已成功应用于诸多建筑工程上，通过计算机辅助计算对结构进行合理的