玻璃幕墙工程技术规范理解与应用材料

玻璃幕墙工程技术规范

理解与应用

张芹编写

第二章材料

幕墙是用各种不同材质、性能的材料组合而成的。了解和掌握这些材料在各种不同使用条件和应力状态下的工作性能，根据幕墙的使用要求、荷载（作用）的性质、周围环境、受力特性和应力分布、慎重选择幕墙材料，使幕墙既能安全可靠地满足使用要求，又尽量节约材料，降低造阶。正确选择幕墙材料是设计、制造幕墙一项重要内容，为此我们要对这些材料作深入的探讨，掌握必要的基本知识。

JGJ102-2003 规定：

1.玻璃幕墙用材料应符合国家现行标准的有关规定及设计要求。尚无相应标准的材料应符合设计要求，并应有出厂合格证。

2.玻璃幕墙应选用耐气候性的材料。金属材料和金属零配件除不锈钢及耐候钢外，钢材应进行表面热浸镀处理、无机富锌涂料处理或采取其他有效的防腐措施，铝合金材料应进行表面阳极氧化、电泳涂漆、粉末喷涂或氟碳漆喷涂处理。

3.玻璃幕墙材料宜采用不燃性材料或难燃性材料；防火密封构造应采用防火密封材料。

4.隐框和半隐框玻璃幕墙，其玻璃与铝型材的粘结必须采用中性硅酮结构密封胶；全玻幕墙和点支承幕墙采用镀膜玻璃时，不应采用酸性硅酮结构密封胶粘接。

5.硅酮结构密封胶和硅酮建筑密封胶必须在有效期内使用。

幕墙用的主要材料是钢材、铝合金材料、玻璃、密封胶等，下面分别介绍这些材料。

第一节钢材

钢材在铝合金幕墙材料中占很重要的地位。比较大的幕墙工程，要以钢结构为主骨架，铝合金幕墙与建筑物的连接构件大部分采用钢材，使用的钢材以碳素结构钢为主，它是延性材料中力学性能比较典型的材料，其他很多材料的力学性能的描述是从碳素

结构钢引伸出来的，所以重点介绍碳素结构钢。对幕墙使用的低合金钢和耐候钢也作介绍。

一．钢结构对材料性能的要求

钢结构对材料性能的要求当然是多方面的，不能偏重于某一项或少数几项指标，对各种指标的高低、好坏和利害得失，要进行全面的衡量，慎重地选择合适的钢材．下面分别对各种指标进行讨论．

l．强度

钢材的强度有比例极限b p、弹性极限b e和屈服点（流限）f y o如前所述，这三个指标实

际上可用屈服点作为代表，设计时认为这是钢材可以达到的最大应力。屈服点f y高，则可

减轻结构自重、节约钢材和降低造价。此外还有一个强度指标即抗拉强度（极限强度）f .,

这是钢材破坏前能够承受的最大应力。虽然在达到这个应力时，钢材巳由于产生很大的塑性

变形而失去使用性能，但是抗拉强度f卩高，则可增加结构的安全保障，故 f “/f y的值可以

看作是钢材强度储备多少的一个系数。

必须注意，f y、f屛直是由单向均匀受力的静力拉伸试验获得的，这样的指标也只有在承

受静力荷载，而且应力单向分布较均匀的结构或构件中才具有实际意义。强度指标虽然是结

构设计的重要依据之一，但单凭这一指标不足以完全判定结构是否安全可靠，还需考虑下面所述因素。

2．塑性

钢材的塑性一般是指当应力超过屈服点后，能产生显著的残余变形（塑性变形）而不立即

断裂的性质。衡量钢材塑性好坏的主要指标是伸长率3和断面收缩率“。

断面收缩率屮是指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分率,

按下式计算：

¥ =(A o -A i )/A 0X 100%

(2-2)

式中： A 0--- 试件原来的断面面积；

A 1--- 试件拉断后颈缩区的断面面积。

断面收缩率¥是表示钢材在颈缩区的应力状态 (形成同号受拉的立体应力区域 )条件下， 所能产生的最大塑性变形量， 它也是衡量钢材塑性的一个指标。 由于伸长率3是钢材的均匀 变形和集中变形 (颈缩区 )的总和所确定的， 所以它不能代表钢材的最大塑性变形能力。 断面 收缩率是衡量钢材塑性的一个比较真实和稳定的指际。不过在测量时容易产生较大的误差。 在实际工程中， 结构或构件中的个别区域出现应力集中， 个别地方的材料有缺陷或者实际受 力与计算假定不相符合等是难以避免的。 当钢材具有良好的塑性时， 在受力达到一定程度后， 个别区域材料屈服而产生塑性变形， 构件内部应力可以重新分布而趋于比较均匀， 不致因个 别区域首先出现裂缝并扩展到全构件而导致破坏。尤其是在动力荷载

(包括冲击荷载和振动

荷载 ) 作用下的结构或构件，材料的塑性好坏常是决定结构是否安全可靠的主要因素之一， 所以钢材塑性指标比强度指标更为重要。

3．韧性

钢材的韧性是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，也是表示钢材抵抗冲击 荷载的能力， 它与钢材的塑性有关而又不同于塑性， 它是强度与塑性的综合表现。 钢材的强 度和塑性指标是由静力拉伸试验获得的。 这些指标用于承受动力荷栽的结构

伸长率3是应力一一应变曲线中最大应变值，

( 包括残余塑性变形 ) 和原标距比值的百分率，当 以3 5

表示。3值可按下计算：

3 = (I 1-1 o )/l o X 100%

式中 ： 3 --- 伸长率；

l 0--- 试件原标距长度；

l 1--- 试件拉断后标距间的长度；

d

0--- 试件中间部分的直径。

等于试件拉断后的原标距间长度的伸长值

l 0/d 0=10 时，以3 10表示，当 l 0/d 0=5时，

(2-1)

时，显然有很大的局限性。因此，必须相应地用动力荷载进行试验，从而获得更可靠的指标。韧性指标是由冲击试验获得的，它是判断钢材在冲击荷载作用下是否出现脆性破坏危险的重要指标之一。

在冲击试验中，一般采用截面为10X \0mvn，长度为55mm中间开有小槽（缺口）的长方

形试件，放在摆锤式冲击试验机上进行试验。冲断试样后，可以从试验机的刻度盘上直接读出冲击功A k（单位为N-m）值。此值除以试件缺口处的净截面面积A（单位为cm?），所得的值

即为冲击韧性值，用a k 表示

2

a k=A k/A i N-m/mm 2（2-3）

钢结构或构件的脆性断裂常是从应力集中处开始的，冶金或轧制过程中产生的缺陷，特别是缺口和裂纹，常是脆性断裂的发源地。为此，冲击试验的试件做成带有缺口的。

钢材冲击韧性的数值，随试件刻槽（缺口）的形式和试验机的种类不同而相差很大，各国采用的缺口形式并不统一，主要三种类型的缺口，目前我国规定采用夏比V 型缺口的

试件。

4．可焊性

钢材的可焊性，是指在一定材料、工艺和结构条件下，钢材经过焊接后能够获得良好的焊接接头的性能。可焊性可分为施工上的可焊性和使用性能上的可焊性。

施工上的可焊性，是指焊缝金属产生裂纹的敏感性以及由于焊接加热的影响、近缝区钢材硬化和产生裂纹的敏感性。可焊性好是指在一定的焊接工艺条件下，焊接金属和近缝区钢材均不产生裂纹。使用性能上的可焊性，是指焊接接头和焊缝的缺口韧性（冲击韧性）和热影响区的延伸性（塑性）。要求焊接结构在施焊后的力学性能不低于母材的力学性能。

目前，国内外所采用的可焊性试验方法很多。我国、日本和苏联既采用施工上的可焊性试验方法，也采用使用性能上的可焊性试验方法，而美国则对钢材焊后的冲击韧性进行大量研究工作，英国的可焊性试验，近年来偏重于对裂纹的研究。

每一种可焊性试验方法都有其特定的约束程度和冷却速度，它们与实际施焊的条件相比有一定距离。因此可焊性试验结果的评定仅具有相对比较的参考意义，而不能绝对代表实际中的情况，更不能单纯地根据某种试验方法来确定操作规程及措施。

5．冷弯性能