哈尔滨工业大学空间钢结构幕墙有限公司
摘要：随着经济的发展和社会的进步，我国的建筑行业得到了飞速的发展，在满足人们对自身居住场所的基本要求外，越来越多的提供了一些新的功能，这一系列进步的实现得益于建筑行业新的技术的发展和应用。本文将分析讨论幕墙钢结构设计的两个主要问题，并对其中的一些问题提出自己的解决措施。
关键词：幕墙；钢结构设计；相关问题；解决措施
现代的建筑对于使用功能的要求越来越高，新技术的发展和应用很好的满足了这一需求，这对于建筑行业有着十分重要的意义。幕墙尤其是钢结构玻璃幕墙的出现使得现代建筑不仅满足了人们对于建筑物的质量要求，也具备了更好的观赏性，更多的使用功能。因此对于幕墙钢结构设计的分析研究十分有必要。幕墙结构设计中主要存在两个问题:
1 幕墙钢结构的焊接问题
1.1 JGJ 133-2001规范编制的时代背景
幕墙钢结构的焊接是工程汇总一个十分重要的技术环节，因此在进行焊接工作时要按照相关的技术规范进行，这方面的主要技术要求要参照JGJ 133-2001《金属与石材幕墙工程技术规范》，该规范在1996-1997年间完成了编制工作，并于2001年颁布，但由于该规范编制时间较久，对于现在出现的新型材料并不适用，因此一般还要按照GB50017《钢结构设计规范》的规定设计，而且是采用焊接。
1.2幕墙采用焊接钢结构的可行性研究
幕墙结构采用焊接符合相关技术规范，在多年的实际施工中所积累的施工经验和施工案例都表明：幕墙钢结构是可以使用焊接完成的。
1.3幕墙相关规范的推陈出新
规范的制定的过程要参考大量的工程实例，做出符合当下施工技术、标准的规范，因此当相关的施工技术和施工设备、材料得到长足发展时，相应的施工规范也要进行修正以满足当下的施工需要，老的规范主要是根据铝合金材料进行编制的，这已经不符合当下钢结构为主要结构形式的实际情况，因此JGJ133规范和JGJ102规范的更新是大势所趋，这对于当下的施工有很大的帮助。
1.4小结
（1） JGJ 133-2001第s.6.6条的规定是针对铝合金型材编制的，是16年前历史的产物，许多针对铝合金结构的规定不能直接套用到钢结构中。
（2）焊接是钢结构的基本连接方法，同样也是幕墙钢结构的荃本连接方法。幕墙钢结构的设计应遵照GB50018《钢结构设计规范》规定和幕墙规范新版本的规定执行，其连接可以采用螺栓、焊缝或者两者在同一工程中混合使用。
（3）已建工程的经验和多次振动台试验结果，以及2008年汉川大地展的考验，都表明了幕墙采用焊接钢结构是没有问题的。
（4）目前，许多大型公共建筑和大量的高层建筑的幕墙工程都在采用焊接钢结构。
（5）JGJ 102和JGJ 133的新版本对幕墙钢结构的焊接问题已经做出了明确的规定，设计和施工应按规定执行。
2幕墙钢结构的分段问题
2.1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。
2.1.1铝的温度线膨胀系数远远大于钢材的线膨胀系数，更远大于混凝土的线膨胀系数。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。
2.2.2铝合金的弹性模量为0.7x105MPa，在端部不可位移时，温度变化1℃将在铝型材中产生1.6MPa的应力;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，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。
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2.2分段不是解决温度应力的唯一方法
2.2.1解决温度应力的两种方法
钢骨架与铝合金骨架不同，钢骨架不必按照竖向层层分段，水平3米一段。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以下两条途径:
（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这，这称为“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，这称为“有应力，无变形”。
解决温度变化问题的两种办法在实际工程中都有应用:
（1）有温度变形，无温度应力
如常规幕墙的骨架、老式低速铁路的铁轨(长度13.2m ) ,用许多温度缝分开的厂房、带活动接头的管道;
（2）约束温度变形，承受温度应力
如巨型航空母舰、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1000m，甚至几百公里无缝隙)、大里焊接钢结构。
2.2.2钢结构有能力承受温度应力
结构钢Q235强度设计值为215N/mm2, Q345强度设计值315N/m㎡。在完全固定、不能变形的情况下，温度每变化1 `C，钢构件中产生的温度应力为2.4N/m㎡。即使温度变化太大也无法产生较大的温度应力，这远小于钢本身的强度设计值。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。
2.3设计者决定幕墙钢结构分段与否
幕墙钢结构与主体钢结构或者主体混凝土相连接，同时受到温度作用的影响时，由于二者的温度变形相近，因此温度应力很小，这对钢材不会造成太大影响，因此分段或者不分段都可以，这需要设计者本人考虑其他因素之后做出合理的决定。比如如果全部不分段的话，就必须考虑到温度变化产生的应力以及位移产生的应力是否超出了结构本身的承载能力，如果超出就要采取相应的处理措施来保证结构质量不受影响；如果做全部分段，则会增加大量的施工环节，不但会浪费大量的人力物力，还会增加整个工程的施工周期，影响工程的效益性。
幕墙结构设计人员水平的优化。一方面加强对现有幕墙结构设计人员的培训工作，现有的幕墙结构设计人员在技术水平和设计经验方面都还比较欠缺，通过加强对现有幕墙结构设计人员的培训工作可以有效地丰富幕墙结构设计经验，提高设计水平;另一方面引进一些高素质的幕墙结构设计人员，壮大幕墙结构设计人员队伍。可以引进一些国外的幕墙结构设计人员或者是通过学习国外的幕墙结构设计经验提高幕墙结构的设计水平，保障幕墙结构能够充分发挥其作用，提高建筑物建设水平。
结束语
幕墙结构是整个建筑物中十分重要的组成部分，不仅能够提高建筑物的各项实用功能，更能提高建筑物的外在形象，使得建筑更具美感。在进行幕墙结构设计时充分考虑到幕墙钢结构设计中的两个主要问题，按照工程的实际需要制定出合理的施工计划，能够最大限度的节省能源、降低成本、缩短工期和提高建筑物整体质量。因此加大对于幕墙钢结构设计中焊接和分段问题的研究是十分有必要的。
参考文献：
[1] 徐东海. 钢结构设计注意要点探究[J]. 中国建筑金属结构. 2013(06)
[2] 赵丹洋. 钢结构设计施工中的问题分析[J]. 门窗. 2014(01)
[3] 陈艳梅. 试论钢结构设计步骤与思路[J]. 黑龙江科技信息. 2013(21)
论文作者:宝金良
论文发表刊物:《基层建设》2016年4期
论文发表时间:2016/6/7
标签：幕墙论文; 钢结构论文; 温度论文; 应力论文; 结构论文; 骨架论文; 铝合金论文; 《基层建设》2016年4期论文;