立柱与横梁的连接设计

1、2.立柱与横梁的连接设计立柱与横梁的连接设计是幕墙设计中的一个难点。这是因为抵抗风荷载要求的是个“牢”字，而吸收地震作用和温差产生的热应力则要求个“活”字。设计时只有把这两个看似矛盾要求统一起来，才有可能是好的结构。而玻璃对横梁又是偏心压力，容易造成横梁偏转，这又是一个立柱与横梁设计中很棘手的问题。所以尽管立柱与横梁的连接的方法种类繁多，但好的设计很少。比较典型的结构有以下几种：横竖插接式、角码胀浮式、角码插接式、通槽螺栓式、双向锁紧式等。(1).横竖插接式横竖插接式式以某公公司的140系列幕幕墙为代代表。这这套140系列幕幕墙结构构设计很很合理，性性能优越越，能够够独步幕幕墙界十十余年决决不

2、是偶偶然的。即即便是一一些知名名大企业业现有的的构件式式幕墙结结构，也也很少在在理念上上能够超超越他。横横竖插接接，顾名名思义，是是将横梁梁插入立立柱的预预留槽内内(如图11中1所示)，其特特点和安安装方法法如下：图11横梁所受受的正负负风荷载载均直接接传递给给了夹持持横梁的的立柱,而横梁梁角码和和与立柱柱连接的的螺钉连连接组合合只承受受玻璃板板块和横横梁的重重力(如图11中A-A和2所示)。对螺螺纹连接接威胁最最大的就就是像风风荷载这这样一直直存在、时时时变化化的交变变荷载。在在长期的的交变荷荷载作用用下，如如无防脱脱措施，螺螺纹连接接早晚是是要失效效的。而而这种立立柱夹持持横梁的的结构因因

3、螺纹连连接不承承受风荷荷载，所所以其安安全性、可可靠性和和抵御风风荷载的的能力非非常好。横梁承受受玻璃的的偏心压压力后定定会产生生扭矩，为为使横梁梁能够有有效的抵抵抗该扭扭矩，不不产生偏偏转，必必须注意意以下两两个方面面：一，横横梁与立立柱的连连接处有有足够的的强度来来对横梁梁限位；二，横横梁本身身有足够够的抗扭扭截面模模量。这这种立柱柱夹持横横梁的结结构，横横梁与立立柱的接接触比较较充分，立立柱和横横梁的强强度很好好，在横横梁与立立柱接触触的局部部产生的的变形微微乎其微微，横梁梁角码也也不承担担扭矩，这这样可有有效避免免横梁整整体偏转转。而且且其横梁梁的闭腔腔结构的的抗扭截截面模量量远远大大

4、于开腔腔横梁，抵抵抗扭转转的能力力也很好好。横梁与立立柱之间间有较大大的间隙隙，可以以吸收温温差产生生的热胀胀冷缩。因因横梁与与横梁角角码之间间的摩擦擦力很小小，故其其很难产产生摩擦擦噪音。横梁浮搁搁在横梁梁角码上上，在地地震平面面变形时时可自由由摆动，吸吸收地震震作用，如如图12所示。黎明的1140系列幕幕墙唯一一的缺点点，就是是每平方方米要多多用一公公斤左右右的铝料料。在目目前的市市场环境境看来，这这可能也也是致命命的缺点点。图12 图13横梁安装时时如图13虚线所所示，斜斜着把横横梁推到到立柱间间合适位位置，转转成水平平位置后后，将其其浮搁在在横梁角角码上。立立柱和横横梁的间间隙里放放置

5、海绵绵橡胶，在在其上打打密封胶胶对横梁梁与立柱柱进行密密封，并并可限制制横梁，使使其不左左右窜动动。(2).角角码胀浮浮式这种角码胀胀浮式连连接方法法结构设设计合理理，性能能出色，造造价也很很有优势势，非常常值得推推广应用用，其主主要特点点如下：图14在相同的的用料情情况下，横梁和立柱的这种方盒式结构强度最好，惯性矩、抵抗矩和抗扭截面模量是所有横梁和立柱结构形式里最大的，横梁本身抵御弯矩和扭矩的能力是非常出色的。这种方盒盒结构，横横梁通过过角码把把力传递递给了立立柱，所所以角码码本身的的强度和和与立柱柱连接强强度，对对幕墙的的性能至至关重要要。角码码与立柱柱不宜用用螺钉或或穿堂螺螺栓来连连接，

6、应应该用沉沉头自攻攻钉，原原因如下下：a这种方盒盒式的立立柱，如如想安装装螺栓必必须在立立柱上钻钻孔，用用螺栓和和螺母把把横梁角角码固定定在立柱柱两侧。在在安装角角码过程程中为了了施加足足够的夹夹紧力，很很容易将将立柱校校变形。如如为了美美观，需需要在立立柱上开开大孔，穿穿入一个个不锈钢钢套管。这这样不仅仅增加了了加工和和材料成成本，安安装时也也很困难难。而且且因螺杆杆与穿孔孔之间是是间隙配配合，在在抵抗风风荷载产产生的弯弯矩和自自重产生生的扭矩矩时，对对角码限限不住位位，横梁梁易产生生扭转。b强烈呼吁吁不要使使用螺钉钉。螺钉钉安装时时先攻丝丝，再把把钉拧进进去。实实际上它它是个间间隙配合合，

7、容易易进入水水分，产产生电化化学腐蚀蚀，影响响立柱上上螺纹的的强度。和和螺栓一一样，它它也存在在螺钉和和穿孔之之间是间间隙配合合的问题题。c自攻钉是是强行拧拧入的，在在螺纹连连接中它它的配合合最紧密密。它的的牙高和和螺距均均比普通通螺钉要要大。自自攻钉在在立柱上上形成的的螺纹是是梯形，普普通螺钉钉形成的的是三角角形的。这这样自攻攻钉在立立柱上形形成的螺螺纹比机机制钉更更粗大，受受力更好好(铝的强强度远远远低于钢钢材，立立柱上的的螺纹是是最薄弱弱的)。自攻钉钉应用沉沉头的，沉沉头钉和和沉孔的的配合能能够有效效的定位位。这样样可以牢牢牢的锁锁住角码码，让它它与立柱柱之间不不产生偏偏转和滑滑移。如如

8、果用非非沉头类类的自攻攻钉，也也存在和和螺栓、螺螺钉同样样的间隙隙配合问问题。立柱安装自自攻钉的的局部厚厚度不应应小于4mm，角码码加工沉沉孔部位位的厚度度78mm较为合合适。自自攻钉规规格应选选择ST44.8，数量4个，安安装时钉钉头挂一一点密封封胶。横梁角码码与横梁梁之间的的前后总总间隙(如图14放大图图所示)应不大大于0.22mm。这样样横梁两两端被整整个横梁梁角码胀胀住(如图14中2所示)，限制制了横梁梁扭转。横横梁则浮浮搁在横横梁角码码上(如图14中A-A所示)可以自自由伸缩缩，所以以本结构构取名为为角码胀胀浮式。这这种结构构各连接接部位和和横梁本本身都可可以有效效限制扭扭转，所所以

9、它在在这些幕幕墙结构构中抗扭扭能力最最强。它的防震震、减噪噪和吸收收热应力力的原理理和横竖竖插接式式是一样样的。横横梁与立立柱之间间的最小小间隙应应通过计计算而定定，但取取2mm一般也也就足够够了。间间隙需打打胶进行行密封，至至于规范范要求在在立柱和和横梁角角码放置置柔性垫垫片的办办法减噪噪，有些些想当然然了。这种连接方方法在加加工和安安装时均均有一些些要求，对对最后整整个幕墙墙的质量量非常重重要，具具体如下下：角码下料料尺寸应应根据横横梁内腔腔进行配配切后确确定。横梁下部部两侧需需冲或铣铣一个比比角码厚厚度大1mm的豁口口。横梁角角码与横横梁接触触的上部部两个角角部最好好倒园，安安装横梁梁方

10、便。钻立柱柱上横梁梁角码连连接孔时时最好用用钻模定定位(孔别钻钻的比自自攻钉直直径还大大)。安装时先先将角码码挂在横横梁两侧侧，然后后将横梁梁放入立立柱之间间。用自自攻钉拧拧入立柱柱上预钻钻好的孔孔，将角角码安装装到立柱柱上，最最后将横横梁放下下(如图14中3所示)。(3).角角码插接接式角码胀浮式式如严格格定义的的话，也也应属于于角码插插接式。区区别在于于角码胀胀浮式是是整个角角码与横横梁内腔腔配合，而而角码插插接式是是角码的的一边插插入横梁梁内的槽槽口，并并与之配配合。根根据其插插接的位位置不同同可分为为横向插插接和竖竖向插接接(如图15所示)。不论论横向与与竖向插插接，横横梁均可可以是半

11、半闭腔或或开腔结结构。图15由于角码码插接式式与横梁梁也是浮浮动连接接，所以以它的减减噪和吸吸收热应应力性能能也同样样很好。角码胀浮浮式是整整个角码码与整个个横梁内内腔配合合，角码码插接式式是角码码的一部部分和横横梁的一一部分配配合，所所以角码码插接式式的角码码连接处处强度不不如角码码胀浮式式。半闭腔横横梁的抗抗扭截面面模量一一般只有有角码胀胀浮式的的一半左左右。而而开腔横横梁的抗抗扭截面面模量则则低得可可怜，一一般是角角码胀浮浮式的1/2201/440，所以以不宜把把横梁设设计成开开腔结构构。尤其其重要的的一点是是即便是是开腔横横梁加了了扣板，它它也只能能按开腔腔型材进进行计算算，不能能想当

12、然然地认为为它是闭闭腔的。抗扭截面模量的具体计算方法可以查阅有关材料力学书籍。角码横向向插接式式角码与与横梁配配合间隙隙(如图15放大图)如按防防扭设计计，应该该取00.55mm为宜，如如因型材材误差及及防震设设计的要要求间隙隙不应小小于1mm，这个个间隙的的取值在在此陷入入两难境境地。角角码竖向向插接式式的防震震间隙留留在了下下部，与与防扭并并不冲突突。半闭腔横横梁因安安装空间间狭小，一一般安装装两个螺螺栓或两两个自攻攻钉，并并且角码码较小，所所以角码码与立柱柱的连接接强度不不好，容容易产生生扭转。角码插接式式如采用用半闭腔腔横梁，且且设计合合理的情情况下，是是可以考考虑使用用的。(4).通

13、通槽螺栓栓式通槽螺栓式式的横梁梁上有通通长槽口口可以让让螺栓帽帽在里面面滑动但但不能转转动。安安装角码码时。将将其用螺螺母与预预置在槽槽口内的的螺栓连连接牢固固(如图16所示)。这个结结构的本本意可能能是通过过横梁与与角码之之间可滑滑动，来来吸收温温差带来来的变形形，应该该说这样样处理，达达到了这这个目的的。但是是它解决决了一个个问题的的同时却却带来了了一些更更大的问问题。图16螺纹连接接失效问问题这种结构螺螺栓在热热应力产产生的蠕蠕动作用用下，如如无可靠靠的的防防脱落措措施情况况下，很很容易失失效。前前文提到到过在风风荷载的的作用下下螺纹连连接易失失效的问问题，而而热应力力比风荷荷载更难难防

14、范，并并且它时时时刻刻刻在起作作用。噪音扰人人的问题题不要以为横横梁与角角码之间间可滑动动就可以以不产生生噪音，那那是自己己一相情情愿的想想法。产产生噪音音首先要要有足够够大的动动能。横横梁和角角码之间间因有压压力而存存在静摩摩擦力。温温差产生生的热应应力一开开始并不不足以克克服静摩摩擦力，随随着温差差加大，这这种力量量越来越越强。最最后就会会超过克克服静摩摩擦力的的临界值值，突然然产生相相对滑动动，在有有一定接接触面积积和表面面粗糙度度的情况况下，发发出摩擦擦噪声。 而噪声的强度取决于以下几个要素：压力，刚性接触面积，表面摩擦系数。相应的，我们降低噪声强度的办法是：减少横梁与角码之间的压力、

15、刚性接触面积和表面摩擦系数。首先，在玻玻璃分格格划分正正常情况况下采用用浮动式式连接，不不需额外外支出成成本，即即可取得得良好的的降噪效效果。其其次，当当玻璃板板块超大大超重的的时候，可可以根据据幕墙结结构的不不同采用用合适的的方法，确确保幕墙墙“不鬼叫”。在玻璃板块块重量的的作用下下，摩擦擦噪音很很微弱，一一般人耳耳很难听听到。而而螺栓的的夹紧力力是玻璃璃板块重重量的4420倍，其其作用下下产生的的摩擦噪噪音清晰晰可闻。所所以采用用螺栓或或螺钉人人为增加加横梁与与横梁角角码摩擦擦力的做做法非常常不可取取。生活活中我们们对噪声声扰人都都是很反反感的，己己所不欲欲，勿施施于人，作作为一个个有职业

16、业道德的的从业人人员，应应慎重使使用通槽槽螺栓式式和双向向锁死式式结构。在横梁角码码和横梁梁之间采采用线接接触、放放置摩擦擦系数很很低的垫垫片(如尼龙)或是放放置柔性性垫片均均是降低低摩擦噪噪音的有有效方法法。通槽螺栓栓式也存存在和角角码插接接式第、一样的的问题强烈地震震时结构构易被破破坏问题题在地震时，该该结构横横梁角码码与立柱柱和横梁梁均连接接牢固没没有变形形余地，对对立柱的的变形起起了阻碍碍作用。而而当地震震强度较较大时，立立柱随主主体结构构产生的的平面变变形量也也是很大大的。当当推动立立柱变形形的地震震作用大大于横梁梁和角码码的阻碍碍作用时时，会在在横梁与与立柱较较弱的连连接部位位发生

17、破破坏，如如图17，立柱柱与自攻攻钉处的的铝材会会被拉豁豁。当然然地震的的作用方方式可以以是横波波或纵波波，横梁梁与立柱柱各个连连接部位位的强度度也是不不一样，破破坏方式式不一定定非得是是图17所示意意这样的的。但强强烈地震震时，这这种双向向锁紧的的结构的的确容易易出现被被破坏问问题，这这也是不不争的事事实。当当幕墙结结构的安安全性面面临威胁胁的时候候，是不不是应该该从自身身设计上上反省一一下呢？图17 地地震中横横梁和立立柱连接接破坏示示意(5).双双向锁死死式通槽螺栓式式如严格格定义的的话，也也应属于于双向锁锁死式。区区别在于于通槽螺螺栓式比比双向锁锁死式要要强那么么一点点点：在克克服重重

18、重阻力后后，通槽槽螺栓式式的横梁梁与横梁梁角码之之间还是是可以伸伸缩的，而而双向锁锁死式在在连接被被破坏之之前，连连机会都都没有。双双向锁死死式将横横梁与横横梁角码码，横梁梁角码与与立柱两两处用螺螺栓、螺螺钉、自自攻钉等等螺纹连连接或抽抽钉全部部锁死，其其典型节节点如图图18。图18双向锁死式式除了拥拥有通槽槽螺栓式式全部的的缺点外外，因其其将横梁梁与横梁梁角码完完全锁死死，完全全限制了了横梁的的热胀冷冷缩，带带来了极极大的弊弊病。在在横梁与与角码的的连接被被破坏前前，限制制膨胀产产生的挠挠度变形形是很大大的，以以14000mmm的横梁梁伸长2mm计算，其其挠度值值高达37，而横横梁的允允许变

19、形形只有7.88mm，可见见不考虑虑热胀冷冷缩的因因素危害害有多大大。实际际上，产产生这么么大的挠挠度是根根本不可可能的，因因为如此此大的热热应力早早就把横横梁与角角码连接接处的薄薄弱部位位给破坏坏了，常常见的是是将横梁梁拉成长长孔。如如使用螺螺栓连接接可能还还好一点点，用了了其他几几种连接接，在热热应力的的反复作作用下，其其连接是是很容易易要失效效的。某某幕墙企企业用类类似的结结构做的的幕墙，曾曾发生过过横梁和和玻璃板板块掉落落的事故故。引发发事故的的原因可可能是多多方面的的，但安安全性要要求是100，哪哪怕99.99的安安全性都都可能意意味着有有财产和和生命面面临威胁胁。不可可否认的的是这种种设计思思想和方方法