幕墻規范的新解讀（五）——幕墻鋼結構設計

　　六、 幕墻規范新版本相應條文已經修改

　　規范是成熟經驗的總結，只有在工程中廣泛采用、技術成熟的內容才能列入規范的條文。因此，總是先有實踐，后有規范。實踐已經向前推進了，規范就必須進行修訂。

　　正因為老規范的規定不是為鋼結構編制的，許多規定不適用于鋼結構。所以修改老的幕墻規范是大勢所趨。《玻璃幕墻工程（詞條“玻璃幕墻工程”由行業大百科提供）技術規范》 JGJ 102-2003 已經將原規定“橫梁應通過角碼、螺釘或螺栓與立柱連接”修改為“橫梁可通過角碼、螺釘或螺栓與立柱連接”，意味著鋼橫梁與鋼立柱“可不”用螺栓連接，可以采用焊接。“應”改為“可”，一字之差為幕墻鋼結構采用焊接打開了口子。

　　JGJ 133 規范和JGJ 102規范的新版本已經進行新的修訂。修訂后的條文將統一表達為：“鋼結構可以采用焊縫連接、螺栓或螺釘連接，也可以部分節點采用焊縫連接、部分節點采用螺栓或螺釘連接。焊縫連接的設計應符合現行國家標準《鋼結構設計規范》GB 50017 和《冷彎薄壁型鋼結構設計規范》GB 50018 的規定;焊接的施工應符合現行行業標準《建筑鋼結構焊接技術規程》JGJ 81 的規定。”

　　七、 小結

　　1. JGJ 133-2001 第5.6.6 條的規定是針對鋁合金型材編制的，是16年前歷史的產物，許多針對鋁合金結構的規定不能直接套用到鋼結構中。

　　2. 焊接是鋼結構的基本連接方法，同樣也是幕墻鋼結構的基本連接方法。幕墻鋼結構的設計應遵照《鋼結構設計規范》 GB 50017 規定和幕墻規范新版本的規定執行。其連接可以采用螺栓、焊縫或者兩者在同一工程中混合使用。

　　3. 已建工程的經驗和多次振動臺試驗結果，以及2008年汶川大地震的考驗，都表明了幕墻采用焊接鋼結構是沒有問題的。

　　4.目前，許多大型公共建筑和大量的高層建筑的幕墻工程都在采用焊接鋼結構。

　　5.JGJ 102和JGJ133 的新版本對幕墻鋼結構的焊接問題已經做出了明確的規定，設計和施工應按規定執行。

　　第二部分 幕墻鋼結構的分段問題

　　一、 鋁型材骨架應當分段

　　鋁型材立柱層層分段，橫梁與立柱通過螺栓鉸接，這是常規的做法。鋁型材骨架這種做法，是為了減少溫度變化時在骨架中產生的溫度應力，這對鋁合金型材是必要的，因為：

　　1) 鋁的溫度線脹系數為2.35X10-5/oC，遠遠大于鋼材的線賬系數1.2X10-5/oC ， 更遠大于混凝土的線脹系數1.0X10-5./oC。無論鋁型材骨架固定在鋼結構上還是固定在混凝土結構上，溫度變化時都要產生很大的變形（詞條“變形”由行業大百科提供）差，從而出現很大的溫度應力。

　　2) 鋁合金的彈性模量為0.7X105MPa，在端部不可位移時，溫度變化1oC將在鋁型材中產生1.6MPa的應力;溫度變化50OC，溫度應力將達到80MPa。而鋁合金的強度較低，難以承受如此大的溫度應力。

　　因此，鋁合金骨架采用層層分段的方式來減少溫度變化的影響是合理的。

　　二、 分段不是解決溫度問題的唯一`方法

　　1. 解決溫度問題的兩種方法

　　鋼骨架是不是也要按照鋁合金骨架的方式來做呢，是不是一定要豎向層層分段，水平三米一段?我們的回答是：不一定要切得這么碎。

　　切碎是設計最省事的辦法，尺寸越小，溫度的影響就小，這是盡人皆知的常識。把構件切碎，弄成短短的，當然就不用費心去做溫度應力計算，不用專門考慮抗溫度變化措施。由于最初做幕墻的不是建筑結構行業，而是飛機制造行業，所以歷史地形成了通通切斷的行業習慣。

　　對付溫度影響不一定要斷開，斷開是一種方法，但不是唯一方法。解決溫度的影響可以有兩條途徑：

　　1) 構件斷開，支點自由，結構隨溫度變形，減少或消除溫度應力這。稱為“有變形，無應力”;

　　2) 構件連續，支點約束，結構溫度變形受到限制，甚至不準變形，溫度應力由鋼結構自己的強度承受。稱為“有應力，無變形”。

　　解決溫度變化問題的兩種辦法在實際中都有應用：

　　1) 有溫度變形，無溫度應力：

　　常規幕墻的骨架;老式低速鐵路的鐵軌(長度13.2m);用許多溫度縫分 開的廠房;帶活動接頭的管道;

　　2) 約束溫度變形，承受溫度應力：

　　巨型航空母艦;巨型油輪;大型油罐;超大跨公共建筑;超高層建筑;核 反應堆;大容量煉鐵高爐;高速鐵路的超長鋼軌(長度一般超過1000m，甚至幾百公里無縫隙);大量焊接鋼結構。

　　1. 鋼結構有能力承受溫度應力

　　結構鋼Q235（詞條“Q235”由行業大百科提供） 強度設計值為 215N/mm2;Q345 強度設計值 315 N/mm2。 在完全固

　　定，不能變形的情況下，溫度每變化 1 oC，鋼構件中產生的溫度應力為2.4 N/mm2。即使溫度變化50oC，也就產生120N/mm2的溫度應力，遠小于鋼的強度設計值。況且，通常幕墻骨架連接在主體結構上，溫度變化時，支座隨主體結構位移，鋼骨架受到變形約束很小，溫度應力遠小于這個按支座固定考慮的數值。

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