浅谈幕墙钢结构 张荣杰

浅谈幕墙钢结构张荣杰

摘要：幕墙钢结构支撑是幕墙行业最常用的方法之一，比如：采光顶，雨篷，

立面钢结构幕墙，索网幕墙。涉及到的结构形式有，网架结构，网壳结构等等。

毫无疑问，幕墙钢结构关系后续的施工和建筑的使用，所以必须引起设计方的重视。在本文中，笔者结合自身的工作实际，探讨了当前幕墙钢结构设计中相应技

术方法和措施。

关键词：幕墙钢结构；结构设计；问题；对策

幕墙钢结构可以分为：1，平面结构体系，如：梁式体系、框架式体系、拱

式体系等；2，空间结构体系，如：网加急网壳结构、悬索结构，膜结构等等。

平面钢架结构作为在幕墙中经常用于幕墙的主要支撑构件，构件以受弯为主。应用较为广泛，主要存在的问题问构件连接出刚性不足和实际计算模型不符。

梁式结构：特点是不产生水平推力（可支撑在墙壁、砖石或者混凝土柱上）

而且制作和安装都比较简单。结构形式：1.跨度较小时，可采用实腹式梁（常用

工字形式截面）2.跨度在50~70m及更大的时候，采用桁架形式（吊顶与下弦设

空隙）桁架外型及腹杆系取决于跨度，屋面形式和吊顶结构桁架高跨比一般为

1/8~1/6（注：跨度大于50m是，运输超限）常用梯形桁架；屋面坡度大时，宜

用平行弦；吊顶可作弧线型（设拉杆）。

框架结构：特点与梁式相比，框架结构可降低建筑高度，结构上比梁式结构

竞价。横向框架布置（跨度大于60是，应增大框架间距，常会导致复杂布置），纵向框架布置（跨度较小时特别有利，可向外悬挑，用于机库等），挡跨度在

50~60m时，常用双铰实腹式框架（常用工字型截面）减轻基础负担，结构可外露，横梁高度可取跨度的1/20~1/12设置预应力拉杆减少中弯矩，横梁高度可取

跨度的1/40~1/30,当跨度较大是，常用双铰格构是框架，跨度超过100m时，宜

采用无铰格构是框架，格构式框架的横梁高跨比宜在跨度1/20~1/12范围选取，

格构式框架立柱的宽宜取其横梁的节间长度（卸载效应），折线弓形框架接近于

拱形结构的力学性能，常用于高度相对较大（跨度约40~50m，高度约15~20m）

的建筑横梁高度和立柱宽度皆在跨度的1/25~1/15范围选取。

拱式结构：拱式结构屋盖受力合理，比梁式结构和框架屋盖结构经济（跨度

超过80m是尤为显著），跨度为40~60m时，拱间距可取6~10m，无檩型钢檩条。跨度达100m时，宜采用相距3~6m的拱对，拱对间距为9~15m。拱式结构有；1，双铰拱（最常见，制作安装方便，较经济，温度应力低）；2，无铰拱（最经济，须设强支座，温度应力高）。也可以分为实腹式和格构式。

关于幕墙钢结构的分缝，温度：

一、铝型材骨架应当分段，铝型材立柱层层分段，横梁与立柱通过螺栓铰接，这是常规的做法。铝型材骨架这种做法，是为了减少温度变化时在骨架中产生的

温度应力，这对铝合金型材是必要的，因为：

1）铝的温度线胀系数为2.35X10-5/oC，远远大于钢材的膨胀系数1.2X10-

5/oC，更远大于混凝土的线胀系数1.0X10-5./oC。无论铝型材骨架固定在钢结构

上还是固定在混凝土结构上，温度变化时都要产生很大的变形差，从而出现很大

的温度应力。

2）铝合金的弹性模量为0.7X105MPa，在端部不可位移时，温度变化1oC将

在铝型材中产生1.6MPa的应力；温度变化50OC，温度应力将达到80MPa。而铝

合金的强度较低，难以承受如此大的温度应力。因此，线膨胀系数大，以及铝型

材自身强度较低的因素决定了铝合金骨架采用层层分段的方式来减少温度变化的

影响是合理的。

二、幕墙钢骨架可不分段

幕墙钢骨架可不分段的原因如下：

结构钢Q235强度设计值为215N/mm2；Q345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1oC，钢构件中产生的温度应力为

2.4N/mm2。即使温度变化50oC，也就产生120N/mm2的温度应力，远小于钢的

强度设计值。况且，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。实际上，钢材和混凝土的膨胀系数相近：所以，钢筋混凝土结构才有可能应用。幕墙钢结构和主体钢结构或主体混凝土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。实际工程钢结构往往不分段，或者不会分段

太密。

用钢量做为考核钢结构体系是否合理的一个重要指标，在判定钢结构体系是

否合理时有重要的参考意义。

1、按照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102:2002的适用范围规定：

（1）主要承重结构为单跨或多跨实腹门式刚架；

（2）具有轻型屋盖和轻型外墙；

（3）无桥式吊车或有起重量不大于20t的A1～A5（轻中级）工作级桥式吊

车或3t悬挂式起重机；（这里对单梁吊车没有限制，这主要因为单梁吊车起重量一般在5t以内，采用进口电动葫芦可以达到10t，如天起的LD型，因此对单梁

吊规范未加限制）也就是说具有轻型屋盖（包括吊车起重量20t以内）和轻型外

墙（也可以有条件地采用砌体外墙，如《门规》第4.4.3条规定不同的抗震设防

地区采取不同的外墙）的单层实腹门式刚架结构，属于轻型钢结构。这里的轻型

主要是指围护是用轻质材料，主要构件截面是由中厚度（指6-12mm厚）钢板焊

成的H形变截面构件。由此目前的轻钢含义主要是指符合本规定的实腹门式刚架

结构。

2、除上述门式刚架结构外，按照主要受力构件的截面组成来区分，还有以

下结构形式也应该属于轻钢结构：

（1）由冷弯薄壁型钢做成的结构；

（2）由圆管、方管、矩形管等做成的结构；

（3）由以上各种构件组合做成的结构。

包括国家建设部正在讨论的《低层轻型钢结构装配式住宅技术要求》（讨论稿），表明低层钢结构装配式住宅也包含在轻钢结构范畴内。

3、根据一些参考值：如每平米含钢量（45-50Kg/m2为限值），主要构件截

面形式（H形、矩形、圆形等）、钢板厚度（以12mm为限值）、最大构件重量（控制在3t内），最大跨度（一般在36m内），结构形式（如门式刚架或相近

结构），厂房的檐高（控制在12m内），结构开间（控制在9m内）等，以上这

些数据在判断厂房是否属于轻钢时可以提供帮助。在目前的结构设计中，需要对

钢结构的用量，引起足够多重视。幕墙维护结构一般都是轻钢结构,这是因为幕墙

一般承受的荷载以风荷载和地震荷载为主，自重荷载比较这些荷载而言相对较小，