立柱与横梁的连接设计

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以某公司的140系列幕墙为代表。这套140系列幕墙结构设计很合理，性能优越，能够独步幕墙界十余年决不是偶然的。即便是一些知名大企业现有的构件式幕墙结构，也很少在理念上能够超越他。横竖插接，顾名思义，是将横梁插入立柱的预留槽内(如图11中1所示)，其特点和安装方法如下：图11①横梁所受的正负风荷载均直接传递给了夹持横梁的立柱,而横梁角码和与立柱连接的螺钉连接组合只承受玻璃板块和横梁的重力(如图11中A-A和2所示)。对螺纹连接威胁最大的就是像风荷载这样一直存在、时时变化的交变荷载。在长期的交变荷载作用下，如无防脱措施，螺纹连接早晚是要失效的。而这种立柱夹持横梁的结构因螺纹连接不承受风荷载，所以其安全性、可靠性和抵御风荷载的能力非常好。②横梁承受玻璃的偏心压力后定会产生扭矩，为使横梁能够有效的抵抗该扭矩，不产生偏转，必须注意以下两个方面：一，横梁与立柱的连接处有足够的强度来对横梁限位；二，横梁本身有足够的抗扭截面模量。这种立柱夹持横梁的结构，横梁与立柱的接触比较充分，立柱和横梁的强度很好，在横梁与立柱接触的局部产生的变形微乎其微，横梁角码也不承担扭矩，这样可有效避免横梁整体偏转。而且其横梁的闭腔结构的抗扭截面模量远远大于开腔横梁，抵抗扭转的能力也很好。③横梁与立柱之间有较大的间隙，可以吸收温差产生的热胀冷缩。因横梁与横梁角码之间的摩擦力很小，故其很难产生摩擦噪音。④横梁浮搁在横梁角码上，在地震平面变形时可自由摆动，吸收地震作用，如图12所示。⑤黎明的140系列幕墙唯一的缺点，就是每平方米要多用一公斤左右的铝料。在目前的市场环境看来，这可能也是致命的缺点。图12图13横梁安装时如图13虚线所示，斜着把横梁推到立柱间合适位置，转成水平位置后，将其浮搁在横梁角码上。立柱和横梁的间隙里放置海绵橡胶，在其上打密封胶对横梁与立柱进行密封，并可限制横梁，使其不左右窜动。(2).角码胀浮式这种角码胀浮式连接方法结构设计合理，性能出色，造价也很有优势，非常值得推广应用，其主要特点如下：图14①在相同的用料情况下，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。②这种方盒结构，横梁通过角码把力传递给了立柱，所以角码本身的强度和与立柱连接强度，对幕墙的性能至关重要。角码与立柱不宜用螺钉或穿堂螺栓来连接，应该用沉头自攻钉，原因如下：管a攻这种方盒式的淡立柱，崇如想安装螺栓讯必须在立柱上福钻孔，用螺栓淋和螺母把横梁医角码固定在立颜柱两侧。在安物装角码过程中练为了施加足够滋的夹紧力，很愧容易将立柱校庆变形。如为了佳美观，需要在耳立柱上开大孔避，穿入一个不额锈钢套管。这良样不仅增加了旷加工和材料成押本，安装时也泽很困难。而且究因螺杆与穿孔狠之间是间隙配雷合，在抵抗风颈荷载产生的弯粘矩和自重产生姿的扭矩时，对吹角码限不住位野，横梁易产生陕扭转。摸b谨强烈呼吁不要煌使用螺钉。螺谊钉安装时先攻贵丝，再把钉拧卧进去。实际上胞它是个间隙配寻合，容易进入颤水分，产生电伶化学腐蚀，影煎响立柱上螺纹枣的强度。和螺瑞栓一样，它也果存在螺钉和穿怀孔之间是间隙统配合的问题。诊c樱自攻钉是强行赠拧入的，在螺诚纹连接中它的咐配合最紧密。疤它的牙高和螺旱距均比普通螺界钉要大。自攻文钉在立柱上形割成的螺纹是梯画形，普通螺钉识形成的是三角腿形的。这样自代攻钉在立柱上拨形成的螺纹比阅机制钉更粗大闯，受力更司好杆(凉铝的强度远远丝低于钢材，立慢柱上的螺纹是踩最薄弱随的贴)卡。塔自攻钉应用沉传头的浙，沉头钉和沉游孔的配合能够葡有效的定位。亡这样可以牢牢粘的锁住角码，尺让它与立柱之尺间不产生偏转丧和滑移栗。如果用非脉沉头类的自攻蒜钉，也存在和劫螺栓、螺钉同省样的间隙配合留问题。陪立柱安装自攻拴钉的局部厚度行不应小潜于及4m撒m幸，角码加工沉深孔部位的厚爆度粪7蚀～聚8m聪m毕较为合适。自并攻钉规格应选郑择逝ST4.些8冠，数延量咳4矮个，安装时钉哭头挂一点密封赏胶。衔③待横梁角码与横抚梁之间的前后旅总间仓隙冒(苹如预图荒1中4强放大图所陆示刑)烘应不大辈于忙0.2m龟m凳。这样昂横梁两端被整孕个横梁角码教胀抬住珍(委如迫图语1违4优中拿2取所慢示友)们，限制了横梁秩扭转。横梁则美浮搁在横梁角泽码上德(迈如腾图妇1奶4怎中奖A-邀A包所元示颂)斩可以自由伸缩气，所以本结构幸取名为角码竞胀万浮式椒。这种结构各甘连接部位和横敏梁本身都可以吨有效限制扭转榴，所以它在这负些幕墙结构中椒抗扭能力最强慢。重④遣它的防震、减健噪和吸收热应联力的原理和横雹竖插接式是一鞋样的。横梁与裤立柱之间的最嚷小间隙应通过锅计算而定，但池取宣2m猛m益一般也就足够由了。间隙需打邪胶进行密封，错至于规范要求雪在立柱和横梁驴角码放置正柔性垫片的办密法减噪，有些磨想当然了汁。章这种连接方法阔在加工和安装樱时均有一些要蜂求，对最后整群个幕墙的质量灯非常重要，具确体如下：钻①腐角码下料尺寸件应根据横梁内廊腔进行配切后便确定。惧②奏横梁下部两侧华需冲或铣一个栽比角码厚度安大特1m强m锯的豁口奏。期③包横梁角码与横逢梁接触的上部茅两个角部最好督倒园，安装横彻梁方便复。孕④烫钻立柱上横梁内角码连接孔时胖最好用钻模定截位钩(靠孔别钻的比自路攻钉直径还峰大列)恶。甲⑤秧安装时先将角泥码挂在横梁两节侧，然后将横西梁放入立柱之柳间。用自攻钉刮拧入立柱上预崭钻好的孔，将泛角码安装到立撇柱上，最后将厉横梁放下励(蒸如却图获1铃4赶中聚3速所示炎)勾。稻(府3头).科角码插接式谈角码胀浮式如腊严格定义的话宿，也应属于角促码插接式。区孔别在于角码胀刚浮式是整个角趴码与横梁内腔朵配合，而角码因插接式是角码感的一边插入横犬梁内的槽口，京并与之配合。冒根据其插接的羞位置不同可分掠为横向插接和催竖向插祖接渐(甚如宁图幕1着5美所犁示水)撤。不论横向与融竖向插接，横绸梁均可以是半丹闭腔或开腔结彩构。图15蔽①钉由于储角码插接式与柔横梁也是浮动强连接，所以它题的许减噪和吸收热层应力性能也同绑样很好。玻②貌角码胀浮式是差整个角码与整叛个横梁内腔配股合，角码插接个式是角码的一皂部分和横梁的摸一部分配合，退所以角码插接肢式的角码连接固处强度不如角妈码胀浮式。杏③粮半闭腔严横梁的蹄抗扭截面模量弱一般只有贞角码胀浮式的扰一半左右。而抽开腔横梁的鸭抗扭截面模量思则低得可怜，谈一般是角码胀讽浮式给的兔1/2碌0取～辆1/4辈0每，所以不宜把锁横梁设计成开迟腔结构。尤其古重要的一点是堂即便是开腔横篇梁加了扣板，恰它也只能按开躲腔型材进行计艇算，不能想当汽然地认为它是罪闭腔的。壶抗扭截面模量用的具体计算方乖法可以查阅有崖关材料力学书乡籍。绿④惰角码横向插接锋式角码与横梁痕配合间班隙攻(理如龙图结1雕5债放大袭图度)树如按防扭设计今，应该允取那0猴～监0.5m宿m柱为宜，如因型孩材误差及防震思设计的要求间教隙不应小剂于请1m木m驼，这个间隙的浊取值在此陷入球两难境地。角谷码竖向插接式蓬的防震间隙留腔在了下部，与辱防扭并不冲突恢。量⑤角半闭腔剃横梁因安装空济间狭小，一般蝴安装两个螺栓柜或两个自攻钉涝，并且角码较驻小，所以角码豪与立柱的连接经强度不好，容攻易产生扭转。日角码插接式如屿采用灭半闭腔昏横梁，且设计谎合理的情况下博，是可以考虑吉使用的。左(归4江).湾通槽螺栓式教通槽螺栓式的浙横梁上有通长餐槽口可以让螺聋栓帽在里面滑宜动但不能转动贞。安装角码时忧。将其用螺母拖与预置在槽口悲内的螺栓连接勤牢释固妹(辫如舞图付1领6冠所狗示袍)拣。吴这个结构的本殖意可能是通过竞横梁与角码之蛾间可滑动，来诸吸收温差带来外的变形，应该剩说这样处理，祸达到了这个目柏的。但是它解动决了一个问题快的同时却带来助了一些更大的扩问题。图16著①纵螺纹连接失效当问题怎这种结构螺栓隆在热应力产生注的蠕动作用下可，如无可靠的狱的防脱落措施糕情况下，很容蚂易失效。前文酷提到过在风荷氧载的作用下螺织纹连接易失效脚的问题，而热欢应力比风荷载蜂更难防范，并洒且它时时刻刻尖在起作用。舌②犯噪音扰人的问讯题尺不要以为望横梁与角码之粒间可滑动就可观以不产生噪音唯，那是自己一坐相情愿的想法秩。产生噪音首队先要有足够大剃的娃动能。横梁和概角码之间因有进压力而存在静悦摩擦力。温差麻产生的热应力抢一开始并不足鹅以克服静摩擦稀力，随着温差征加大，这种力福量越来越强。储最后就会超过贺克服静摩擦力防的临界值，突鼠然产生相对滑登动，在有一定么接触面积和表串面粗糙度的情膨况下，发出摩千擦噪声。冬汉而噪声的强度覆取决于以下几群个要素：压力熟，刚性接触面排积，表面摩擦冤系数。相应的耍，我们降低噪死声强度的办法其是：减少横梁驼与角码之间的录压力、刚性接票触面积和表面兄摩擦系数。邮首先，在玻璃择分格划分正常庭情况下采用浮忆动式连接，不度需额外支出成罩本，即可取得炮良好的降噪效踏果。其次，当技玻璃板块超大佣超重的时候，蚁可以根据幕墙勉结构的不同采驶用合适的方法刊，确保幕怖墙跪“钥不鬼广叫阅”惊。流在玻璃板块重惊量的作用下，廊摩擦噪音很微洪弱，一般人耳哲很难听到。而枣螺栓的夹紧力哭是玻璃板块重猛量的帆4迟～舌20剂倍，其作用下精产生的摩擦噪腹音清晰可闻。触所以采用螺栓各或螺钉人为增锁加横梁与横梁此角码摩擦力的吸做法非常不可训取。生活中我程们对噪声扰人恼都是很反感的崖，己所不欲，店勿施于人，作长为一个有职业逝道德的从业人封员，应慎重使仆用蛋通槽螺栓式和元双向锁死式熄结构。调在横梁角码和薯横梁之间采用衔线接触、放置谈摩擦系数很低侄的垫局片勿(融如尼傻龙脸)考或是放置柔性牲垫片均是降低治摩擦噪音的有教效方法。他③豪通槽螺栓式也桐存在和向角码插接式第途②野、盒③筝、玉⑤先一样的问题项④不强烈地震时结歇构易被破坏问席题缠在地震时，该蔬结构横梁角码抱与立柱和横梁晚均连接牢固没视有变形余地，瓶对立柱的变形晶起了阻碍作用泄。而当地震强柳度较大时，立突柱随主体结构另产生的平面变绵形量也是很大山的。当推动立酬柱变形的地震迟作用大于横梁霉和角码的阻碍测作用时，会在蒙横梁与立柱较塌弱的连接部位钞发生破坏，如放图骂1主7看，立柱与自攻扫钉处的铝材会区被拉豁。当然锋地震的作用方绩式可以是横波库或纵波，横梁某与立柱各个连双接部位的强度次也是不一样，恭破坏方式不一贴定非得是专图浆1遍7弊所示意这样的泛。但强烈地震且时，这种双向叉锁紧的结构的悟确容易出现被梳破坏问题，这耳也是不争的事签实。当幕墙结稿构的安全性面窄临威胁的时候脉，是不是应该于从自身设计上匆反省一下呢？奥图骤17熟梢地震中横梁和认立柱连接破坏钳示意滋(饿5雀).盯双向锁死式而通槽螺栓式如穿严格定义的话数，也应属于双优向锁死式。区艰别在于通槽螺敞栓式比双向锁捐死式要强那么肉一点点：在克后服重重阻力后视，通槽螺栓式造的横梁与横梁仰角码之间还是膝可以伸缩的，暖而双向锁死式翼在连接被破坏姿之前，连机会乎都没有。双向集锁死式将横梁虾与横梁角码，延横梁角码与立茅柱两处用螺栓微、螺钉、自攻朋钉等螺纹连接姑或抽钉全部锁劫死，其典型节洗点如何图抄1艺8店。图18拣双向锁死式除炎了拥有通槽螺晶栓式全部的缺捡点外，因其将投横梁与横梁角财码完全锁死，赵完全限制了横阶梁的热胀冷缩到，带来了极大五的弊病。在横惯梁与角码的连事接被破坏前，捷限制膨胀产映生的挠度变形柿是很大的，虎以优1400m域m晕的横梁伸阅长砖2m勉m虏计算，其挠度徐值高椅达宇3突7带，而横梁的允绑许变形只字有请7.8m然m浓，可见不考虑馅热胀冷缩的因鸟素危害有多大倡。实际上，产渐生这么大的挠堂度是根本不可脚能的，因为如梁此大的热应力才早就把横梁与炊角码连接处的腾薄弱部位给破半坏了，常见的嚼是将横梁拉成迎长孔。如使用祸螺栓连接可能强还好一点，用洞了其他几种连扒接，在热应力汁的反复作用下鸦，其连接是很部容易要失效的盟。某幕墙企业严用类似的结构衬做的幕墙，曾天发生过横梁和恨玻璃板块掉落状的事故。引发撑事故的原因可三能是多方面的垫，但安全性要晕求连是机10惜0笋％，哪帮怕坦99.9鞭9诞％的安全性都你可能意味着有吊财产和生命面县临威胁。不可亮否认的是这种菜设计思想和方僚法，存在先天侨性的不足，给仰安全带来极大孔的隐患。勉经过对这些常蔽见的幕墙与横铸梁的连接结构焦的分析，总结板出以下的方法侮和原则：客(从1曲).咐横梁应采用尽蜜量采用闭腔式命结构。闭腔式惯结构不容易失侦稳，其壁厚一秒般较开腔式薄素，不管从性能陆上还是经济性号上都有优势。乞(鸣2窝).病横梁与横梁角布码的连接必须异是浮动连接，氏并有平面变形航空间，用以任防震、减噪和备吸收热应力。棉(鸡3艘).军必须保证横梁蕉角码与立柱的羡连接强度，让麦它们之间不产额生相对滑动和沉转动。饭(欣4缓).对安装和加工必朵须方便，质量迫容易保证，并谢使横梁与立柱围的连接结构可遣以被维修。葡综上所述，角显码胀浮式因其湿各种性能均很耗出色（连接强疮度、抗扭、抗乓风压、防震、陆减噪、吸收热梢