幕墙设计的一些问题钢结构设计

幕墙设计的一些问题

(四)

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。第二个露问题：幕墙确钢结圈构可昏以焊交接吗询？回答：算完全可广以。GB律500雕17是幕患墙钢友结构强设逗计的集基本车依据《钢结蹄构设税计规雄范》G捐B液50隔01缓7是钢意结构看设计捎的依经据，度当然汪也是熄幕墙斥钢结爬构设啊计的订依据便。幕墙钢熄结构是圣钢结构是的一部精分，既吃然钢结钥构可以也焊接，隶那为什樱么加上导“幕墙光”两个紫字，就味不能焊凑接呢？GB番500殃17幕墙汁钢结蒸构属睬于钢隔结构办，所验以其满设计票依据晌是《钢结构毕设计规什范》。幕墙规煌范的修然订也应很符合GB绒500络17。JG轿J宫13托3-农20练01规定铝峡型材不运用焊接柿，是因房诚为当时跨技术水秩平不高JG朋J牧13厌3-左20螺01是对求铝合把金结挪构编异制的洪，但艳条焰关于雅铝梁陶、柱冻只用锻螺接与的规马定仅零仅反帜映了猾当时杠的技论术水掠平—铝型材沃现场焊再接有困钉难。现行《铝合额金结冠构设希计规零范》摩GB霸5容04勇29碌-2颈00浑7明确铝颜合金建撤筑结构津可以焊猛接，并优给出了手焊接的择相应规猎定。幕墙铝气型材设筐计应符柔合GB艰5邻04很29的规定GB住504赚29规定了呀对铝合伐金焊接或的要求既然停规定肤了铝诉型材插都可迹以焊洗接，努钢结队构本咏来就塘名正奋言顺拣可以世采接煎，幕蝴墙的押钢横符梁、份钢立艳柱当滔然可值以焊错接。一、焊充接是钢签结构的慨基本礼连接方扰式二、JG碰J报13粱3-袜20滤01是

上差一个世狭纪的历厚史产物条是私针对附铝型面材规裳定的编写条准的时候要，幕墙滥还没有块采用钢饲型材做都梁柱，绘全用铝宪合金型剪材。所州以自然拍认为梁寻柱连接悦就必须麦用螺栓浆。因为乎在90年代现缸场进行柳铝的焊木接还很壳困难，把螺栓是蛋传递大南的内力逐的唯一婶手段。当时谁裂也没有洁预计到21世纪南钢结围构会谱大量裤进入慰幕墙膨中。与时刊俱进臭，JGJ土102薯—20吓03已经修更改200射0年以后厘，大型异公共建膜筑大量秧兴建，软钢结构也在幕墙伸中广泛租应用。掩原规范招已不适没应钢结晌构的要线求，矛提盾日益域显著。200肺1年修订JGJ劲10滩2-9宋6时，已繁经在规亦范中对熔钢结构旗作出规乞定。其齐中就包箩括钢梁县柱连接馅可以焊签接的规均定。19畏96年编梅制的JG亡J袍13扔3-咬20怕01：（铝型云材）要玻用螺栓裕连接。20缝01年修夹订的JGJ碑10驶2-2熊003：（铝型弓材）可剃以用螺稍栓连接巨（也可痰以不用速，改用现焊接）即；（钢阴型材）童可不用州螺栓连抱接，可四以用焊吸接。13摘3规范窄修订坏，条站已经谎修改目前因，133规范修才订进入络送审阶证段。修悄订后明移确规定莫钢横梁请与钢立臭柱可以装采用焊汇接。按照规怎范执行勾中，“寨同一问伙题的规谋定，以老最新规太定执行极”的从辣新原则炊，在新闪的133规范颁白布前，瓜可按10乒2规范中尝钢结构用可以焊思接的规被定执行。JGJ勉13也3《送审左稿》实际庭上，滑从90年代开子始，幕雁墙已经勾采用焊独接钢结梦构。广东公拨安指挥府中心吼一九赚九六年球建成抛全部钢候骨架焊狡接石材闸幕墙鸽焊接也钢骨兼架三、实斧践表明某幕墙钢站结构武焊接没询有任何宴问题焊接粱钢结荒构有量优良律的抗均震性确能幕墙的惠振动台裂抗震试秃验有意遍采用焊絮接钢骨培架，使昆得振动列的侧向死位移能刊达到1/6湖0~1霞/50，这样纠大的位宵移已远室远超出宵建筑物季在大地汁震下的上可能位海移。所喜有地震榜试验表知明：在9度~1据0度地里震下庙，产测生如弯此大然的位壁移，颠焊接万钢骨木架完涛好，洒具有异良好通的抗新震性低能。焊接荷钢骨佛架完臂全可爸以在龙幕墙丧中使赚用。石材喂幕墙双振动聋台试掩验乖侧耻移达1/限50幕墙焊怪接钢骨杂架早在13循3规范颁霸布之前铃就已经康使用，市至今近20年，经背历了强资台风和去大地震彼的考验我国斑的幕需墙工栋程从19穷93年至今冷，钢横见梁与钢俯立柱、委钢角码决与连接圾钢板的非焊接已踏经用了扯十多年托，效果摔良好。文许多工火程还经臣历了大悟地震或精多次强奴台风的弯考验。工程社实践址证明肃钢骨恋架采狮用焊曾接是丑很好柏的连嗓接方该式。九十年建代末的码焊接大延争论199絮8年前后石，成都肿市许多健幕墙采木用了钢卵横梁和对钢立柱灿，而且爬采用焊要接。这业些已建披成的幕孙墙，拆沿还是不锤拆，引牌起激烈培的争论例。最后洒还争到圈了北京真，在会祝议上双岛方都拍开了桌子醉。在搞钢谁结构的昂技术人亿员的支现持下，呼这些幕漂墙幸存御了下来就。它们静解静地度钞过了十芦年，谁授都没有梦预计会汁有200绳8年5月12日……谁也唯没有吧料到罚十年具后，200化8年5月12日它底们经吃受了化大地狼震的慰考验返，用抽事实乌回答触了钢绿结构补能不录能焊帝接的舌大争鞋论。汶川己大地梢震幕沾墙经晋受了塌考验地震敲区规叔定的辈设防爹烈度桑为6、7度。地震中你，幕墙马工程在春烈度7、8、9度下薄，不缘瑞管螺央栓还踪蝶是焊啦接，士只要侧主体宰结构爱在，匆幕墙葛就在沃，而每且完意好。九十见年代幸存下豆来的焊接避钢结构计幕墙经横受了这添次大地慕震的考纷验，客徐观事实路证明了精幕墙完搂全可以误采用焊态接钢结泻构。绵阳(9度)石材幕屠墙完好焊接钢界结构不掠但抗震毁，而且更抗风从九十升年代至矩今,沿海地浊区的建糊筑幕墙朗许多采李用焊接瞎钢结构,虽经死多次捉强台饥风袭勾击,从未莫因骨基架焊桑接而欲出现销安全边问题.实践援表明:钢横梁丝式与立柱假焊接完慨全可以波满足幕替墙抗风霜要求.采用尽焊接锡钢结等构的诊幕墙浙，经月受了荡台风埋和地湾震的若实际溪考验诱。实践较是检脸验真青理的父唯一甜标准险，所碗以现核行规壶范就白要修曾改补慨充。四、现文在大量良幕墙钢岩结构歉采赤用焊接世博贺会阳呈光谷世博会携的中轴葡线长10序00米，宽11赏0米，帖称为畏世博绵轴。世博歇轴上益有六楚个朝注天玻辣璃大杠喇叭亭，直越径80~亮96米，高42米，却叫阳免光谷谣。这些巨别型玻璃撑幕墙的固支架，畜是全焊絮接方钢容管结构甩。阳光朵谷6个阳光文谷是倒协喇叭形仆玻璃采哗光顶，增最大直测径96米，木高41遮.5米。单层网钱壳钢结通构。方帐钢管，近三向布谁置，三蚕角形网县格。焊竹接节点防。阳光谷粉玻璃幕票墙支承划钢结构采用泛全焊桃接方奶钢管计单层淘网壳幕墙钢胆结构螺礼接可以喉用、涨焊接而也没有泳问题。理论热和工压程实旬践都庙证明撤了，快幕墙陪钢结软构可价以采巾用螺秩栓连药接，去也可移以采驴用焊尼接。肺设计鉴人员疾可根庸据工葵程的幕情况絮和自塞己的省工艺删习惯慕选用片。也初可以态螺接两和焊残接混夏合使题用。天津得中船宣重工14厚6米签花响岗岩钢横梁仪与钢立抗柱一端拆焊接，套一端螺裙接。广东馅图书水馆新屈馆凹改凸石扶材幕稳墙焊接钢苦骨架我们陆可以喇列举刃很多骄工程骆实例论，说拴明幕踢墙钢恋结构拥采用党焊接炒是安眯全可辆靠的由。可是别，谁吴有能铅举出减哪怕广一个害例子侧，说窝明仅秆仅是边由于扛采用亩了焊摇接，削幕墙贤钢结畏构就揉出了判安全家问题宇呢？没有，酱没有一保个工程由是由于士没有采狸用螺栓乡丰连接，后钢结构雾就出问轮题的。实践盲是检嚷验真峡理的宗唯一状标准从19芬96年幕墙鉴钢结构想开始采断用焊接忌，到今有天已经朗过去了16年。16年的实络践告诉回我们，敞幕墙钢晌结构采籍用焊接吧连接是屑没有问秧题的。客观实焦践已经丈得出了尼结论幕墙拖钢结迟构如懒同其为他钢祝结构致一样够，可泳以采析用螺代栓连纲接，食也可恒以采韵用焊吼接，剃还可片以两断者混面合使金用。世界该是多挨样的唉，解蒸决问谋题的艰方法聋也应朵该是俗多样闹的。一定要溪保证现砍场焊接遵的施工爱质量焊接径施工昨应符类合现值行标艰准JGJ尝8给1的规省定。焊工必辫须持证挺上岗。焊缝思应均吗匀饱详满，搬不得抗断开级、漏杜焊。挪不应声有气寸泡、因夹渣建、裂伯缝。做好焊合缝防锈译。做好象防火羊措施苍。上下于柱并羊不是翅必须据连接上下柱膊之间并截不是非静连接不假可，连倚接与否拳、连接某方式完宪全取决少于设计百考虑和就采用的寄计算简现图。通常采叨用多跨劲铰接梁魔的计算失模式，丸上下柱脚之间是告铰接点谜，要保骆证上下命位移一庭致，可串传递剪臣力，应帜连接。如果设歉计按简检支考虑邮，按简置支梁计激算，则炭可以不拣连接，俯只须显留出间萍隙。实体墙善上的幕遵墙可以脉按分段黄设置横距梁和立数柱，各母自单独终计算，棒各自单愉独受力借，这时掉各段之牧间也可研不连。按铰六接多冤跨梁情设计乖，上耳下柱筐应连瘦接按单铸跨简饼支梁桌设计裹，上嫁下柱豆可不衫连接按简裤支梁刑设计皆，上兔下柱化不连柄接按分恒层简差支梁臂设计挨的立峰柱，融上下廉不连茫接按多作跨铰需接梁异设计摔的立输柱，酱用铝毁横梁抛作外择部连忍接；较附加4X4福0mm铝排也垄起连接勾作用芯柱糖连接母主要辱用于翻铝型姑材JG劣J1骗33接-2孝00耀1中关累于型启材用虽芯柱捐连接骡的规碧定是起针对资铝型性材的坦。该捕规范纽奉是在19况96凶~2讽00倒0年间编迎制的，满当时幕始墙基本百上只用拌铝型材第，一般意不考虑挂用钢型朴材。铝型材禾开模方促便，又台是高精渠度和超行高精度歇产品，裹可以做残到紧密糟滑动配丑合。因痕此用芯理柱是恰低当的。200捷0年以后剥，钢型赠材大量芬使用，JGJ背133恨-20恐01的规定室就不适既应钢型轨材了。堂钢型材肉大量是彼开口断确面，无瞧法插芯叮；钢型写材不能难随便定熊尺寸，榜轧辊不角能随便妥改，无朱法紧密搞配合；绿精度做链不到高混精级，励滑动不抓了，或咳者空隙冠很大，伯芯柱晃岸动。新问于题要流有新期办法对钢诱型材探还照忙搬老示规定絮，还尼硬要秤按JGJ获133雹-20移01的规定付执行，拿必定汉要出问锄题。钢型材志有钢型嘱材的特稼点，要鸽针对具集体情况衣具体预选用连有接方式道。只要轧达到两吧个要求泻就可以汪了：保选证上下验柱位移怕一致；谢能传递兵剪力。通常并，可剖采用医型钢尿或钢准板作抵为连支接板拥，一文端焊迈接或抗用圆迎孔螺缴栓；征另一禁端用胁长圆灭孔纹螺栓判。当添然，歉如果哀能做惕到配印合良匙好，派管材雄也可蹈以用塌芯管冶连接赤。修订后揭的新JGJ榨133将采用骗上述规螺定。JGJ是10纵2-2梳003已经理修改6.3蛾.3浅….葡.开口啊型材愁上柱铁与下劲柱之纹间可消采用偏等强载型材顷机械透连接继。实际上趣，“等劝强”是体不必要周的，因烧为铰接笑点只需汽要能传丢递剪力绸就够了盗，不必汁要求“竿等强”柏。这一努条同缘瑞样适台用与步闭口哲型材阔，钢