幕墙设计中的一些问题(五)钢结构

结构钢有能力承受温度应力
• Q235 强度设计值 215N/mm2
• Q345 强度设计值 315 N/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：
•
2.4 N/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。
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
• 编写5.6.6条的时候，幕墙还没有采 用钢型材做梁柱，全用铝合金型材。 所以自然认为梁柱连接就必须用螺栓。 因为在90年代现场进行铝的焊接还很 困难，螺栓是传递大的内力的唯一手 段。
幕墙设计的一些问题 (五)
Biblioteka Baidu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。
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。
第二个问题：
幕墙钢结构可以焊接吗？ 回答：完全可以。
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；
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”
• 幕墙规范的 修订也应符合 GB 50017。
JGJ 133-2001规定铝型材不用焊接， 是因为当时技术水平不高
• JGJ 133-2001 是对铝合金结构编制 的，但 5.6.6条关于铝梁、柱只用螺接 的规定仅仅反映了当时的技术水平— 铝型材现场焊接有困难。
• 现行《铝合金结构设计规范》 GB 50429-2007 明确铝合金建筑结构可以 焊接，并给出了焊接的相应规定。
JGJ 133-2001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。
• 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。
幕墙铝型材设计应符合 GB 50429 的规定
GB 50429 规定了对铝合金焊接的要求
• 既然规定了铝型材 都可以焊接，钢结构 本来就名正言顺可以 采接，幕墙的钢横梁、 钢立柱当然可以焊接。
•
一、焊接是钢结构的基本 连接方式
• 二、JGJ 133-2001是 上一个世纪的历史产物
5.6.6条是针对铝型材规定的
GB 50017 是幕墙钢结构 设计的基本依据
• 《钢结构设计规范》GB 50017是 钢结构设计的依据，当然也是幕墙 钢结构设计的依据。
• 幕墙钢结构是钢结构的一部分， 既然钢结构可以焊接，那为什么加 上“幕墙”两个字，就不能焊接呢？
GB 50017
• 幕墙钢结构属 于钢结构，所 以其设计依据 是《钢结构设 计规范》。
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：1.2 X 10-5/C • 混凝土：1.0 X 10-5/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
• 钢结构设计的基本依据是国 家标准《钢结构设计规范》GB 50017。
• 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GB 50017
1996年黑体字的说法和现在不同
• 1993~1998年编制JGJ 102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