鋼鋁組合結(jié)構(gòu)幕墻設(shè)計的應(yīng)用

孫建華 趙相文

摘要：幕墻設(shè)計正逐步朝向大空間及大跨度的方向發(fā)展，因此較多使用鋼鋁組合結(jié)構(gòu)。在幕墻設(shè)計中，合理運用鋼鋁材料，能夠充分體現(xiàn)出幕墻的藝術(shù)美。當然任何事物都是利弊共存的，鋼鋁結(jié)構(gòu)的幕墻設(shè)計也存在一定的局限性，還需要進一步進行改進和完善，方能最大限度的發(fā)揮出鋼材及鋁材的優(yōu)良性能。因此文章就鋼鋁組合結(jié)構(gòu)的幕墻設(shè)計進行相關(guān)探討。

關(guān)鍵詞：鋼鋁組合結(jié)構(gòu)；幕墻設(shè)計；應(yīng)用

在現(xiàn)代幕墻設(shè)計中，鋼鋁組合結(jié)構(gòu)因其性能的可靠性及成本的節(jié)約型等優(yōu)勢，得到了業(yè)界人士的廣泛青睞。因此研究鋼鋁組合結(jié)構(gòu)在幕墻設(shè)計中的具體應(yīng)用對于推動幕墻技術(shù)的進一步發(fā)展具有十分重要的意義。

一、幕墻設(shè)計中應(yīng)用鋼鋁組合結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點

鋼鋁組合結(jié)構(gòu)在建筑幕墻設(shè)計中的廣泛應(yīng)用并非是偶然的，這和鋼鋁組合結(jié)構(gòu)自身的技術(shù)優(yōu)勢脫不了關(guān)系。整體而言，鋼鋁組合結(jié)構(gòu)具備以下主要優(yōu)勢：①用鋼鋁組合結(jié)構(gòu)有著重量輕的特點，由于大跨度幕墻結(jié)構(gòu)，若是用純鋁框的形式，有可能會設(shè)計成實芯的形式，重量較大，成本較高，不具備可操作性，所以，重量輕是個相當突出且明顯的技術(shù)優(yōu)勢；②強度較高，使用鋼鋁組合結(jié)構(gòu)進行幕墻結(jié)構(gòu)的施工設(shè)計，可以獲取較高的強度，通常情況之下對于高層和大規(guī)模的建筑施工，由于計算強度及撓度方面的需求，使得建筑設(shè)計不達標的情況時常發(fā)生，而應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)進行施工設(shè)計，可以獲得較高的強度和彈性能模量，再加上鋁材料的應(yīng)用，可以使得整個建筑項目的荷載承重能力大大增強，更好的符合建筑需求；③采用鋼鋁組合結(jié)構(gòu)進行設(shè)計和施工，在設(shè)計的類型和方式上具有靈活多變的特征，相關(guān)技術(shù)將彈性強、剛度大以及價格低等優(yōu)勢集中在一起，同時綜合性的運用相關(guān)技術(shù)還可以有著較強的裝飾效果和極強的耐腐蝕性，在輕巧性和靈活性方面，也有著突出的優(yōu)勢，所以，相關(guān)鋼鋁組合結(jié)構(gòu)是一種相當出色的設(shè)計類型；④采用鋼鋁組合結(jié)構(gòu)進行幕墻結(jié)構(gòu)的施工，還可以使得防火性能大大增強，當前建筑的防火設(shè)計是一項關(guān)鍵性的設(shè)計環(huán)節(jié)，對于工藝技術(shù)標準有著極高的要求，一般情況之下鋁材料的溫度在250攝氏度時，其強度會降至原來的一半左右，而溫度進一步升高，則其強度會逐漸消失，所以，在設(shè)計的過程當中還需要對相關(guān)材料的特點和性質(zhì)進行掌握，全面的提升設(shè)計工作的防火性能，在實踐的應(yīng)用過程當中，鋼結(jié)構(gòu)材料有著較好的防火性，其強度比鋁材料在高溫情況下會持續(xù)更長時間，所以，鋼鋁組合結(jié)構(gòu)進行幕墻的施工，可以獲得較強的防火性能，進而更好的滿足當前現(xiàn)代化建筑施工的基本需求。

二、幕墻設(shè)計中應(yīng)用鋼鋁組合結(jié)構(gòu)存在的局限性

現(xiàn)階段，在建筑物的幕墻設(shè)計中，應(yīng)用范圍最為廣泛的依然是玻璃幕墻，主要原因在于其能夠表現(xiàn)出極佳的光感及色彩的效果，具備著十分巨大的市場潛力。但是就目前的應(yīng)用形式而言，還存在很多的局限性。一方面，在實際的應(yīng)用過程中。由于鋁以及鋼自身化學(xué)成分的影響，其在應(yīng)用的過程中極為容易出現(xiàn)所謂的雙金屬腐蝕，不利于整個幕墻建設(shè)的安全性。所以為有效避免出現(xiàn)雙金屬腐蝕，還需要在設(shè)計階段避免將兩種材料直接接觸。施工階段嚴格按設(shè)計要求安裝，，方能確保幕墻建設(shè)的安全性和可靠性；另一方面，目前在應(yīng)用鋼鋁組合結(jié)構(gòu)的時候，還缺乏必要的行業(yè)準則及操作規(guī)范，導(dǎo)致未形成統(tǒng)一的技術(shù)標準，這就使得對其進行技術(shù)改進難以得到有效保障。國家雖然也出臺了部分政策法規(guī)，但是在配套措施方面明顯不足，使得相應(yīng)的操作體系和政策間還存在一定的差距，降低了監(jiān)理管理力度，進而影響到整個工程項目的發(fā)展。

三、鋼鋁組合結(jié)構(gòu)幕墻設(shè)計的應(yīng)用策略

在建筑幕墻設(shè)計中，采用鋼鋁組合結(jié)構(gòu)，能夠充分發(fā)揮出鋼、鋁兩種材料的優(yōu)勢，適宜用于層高較高、跨度較大且結(jié)構(gòu)變化比較大的建筑物中。鋼鋁組合結(jié)構(gòu)的做法主要有“鋁穿鋼”和“鋁包鋼”兩種方式（如圖1，圖2），二者的受力特點以及工程應(yīng)用存在較大的不同。以下就二者的具體應(yīng)用進行探討。

圖1 “鋁穿鋼”立柱橫剖節(jié)點 圖2 “鋁包鋼”立柱橫剖節(jié)點圖

1.“鋁穿鋼”鋼鋁組合結(jié)構(gòu)

“鋁穿鋼”鋼鋁組合結(jié)構(gòu)主要是將鋼芯穿入到鋁型材的腔體中，使得鋼和鋁型材之間通過緊固件連接起來，共同承受荷載力，以滿足安全以及撓度等要求。“鋁穿鋼”鋼鋁組合結(jié)構(gòu)主要適用于建筑層高較高、跨度較大，且鋁合金型材的強度和剛度無法滿足需求的狀況下。采用加入型鋼內(nèi)芯的做法來提高鋁合金立柱的抗風(fēng)壓、地震以及自重等荷載的能力。“鋁穿鋼”在結(jié)構(gòu)計算上通常采用剛度分配法，假定鋼材與鋁型材在承受荷載后，撓度相等，鋼、鋁型材沿軸向不產(chǎn)生相對位移；在立柱與橫梁連接、立柱與主體連接的部位要做到鋼、鋁同時受力，鋼、鋁承擔(dān)的荷載是與各自的剛度成正比?！颁X穿鋼”鋼鋁結(jié)合結(jié)構(gòu)利用螺栓使鋼、鋁二者共同受力。立柱與主體結(jié)構(gòu)連接采用對穿螺栓，在立柱跨度范圍的多道橫梁也采用對穿螺栓與立柱連接。合理地確定對穿的連接螺栓的規(guī)格和數(shù)量是鋁合金型材內(nèi)嵌鋼套共同受力的可能和構(gòu)造保證?！颁X穿鋼”鋼鋁結(jié)合結(jié)構(gòu)為滿足鋼、鋁同時承受荷載，設(shè)計中應(yīng)把握三個技術(shù)要點：橫梁、立柱龍骨的鋼、鋁部分應(yīng)緊密結(jié)合；橫梁應(yīng)與立柱的鋼材部分有效連接；立柱與主體結(jié)構(gòu)連接的掛件、轉(zhuǎn)接件、鋼角碼等，應(yīng)與立柱的鋼材部分有效連接。

2.“鋁包鋼”鋼鋁組合結(jié)構(gòu)

“鋁包鋼”鋼鋁組合結(jié)構(gòu)在設(shè)計力學(xué)計算模型中僅鋼材承受荷載，鋁型材只起到裝飾作用，相對“鋁穿鋼”鋼鋁組合結(jié)構(gòu)在構(gòu)造上相對簡單，只需要利用螺釘或螺栓等緊固件把鋼鋁結(jié)合的部分處理好，使得玻璃板塊所受的面荷載能有效傳遞到橫梁或立柱上，橫梁所受荷載可直接傳遞給鋼立柱，再由立柱轉(zhuǎn)接件傳遞到預(yù)埋件及主體結(jié)構(gòu)中?！颁X包鋼”鋼鋁組合結(jié)構(gòu)通常是在結(jié)構(gòu)變化大、具有特殊造型而普通的鋁合金結(jié)構(gòu)難以滿足要求的情況下采用。“鋁包鋼”將立柱視為單純靠鋼型材受力的體系，施工時只需要保證鋼結(jié)構(gòu)桿件的可靠連接，即可保證立柱受力的合理有效。鋁型材在設(shè)計上自由度大、靈活性強，鋁型材僅起到面板連接、裝飾作用。

總之，幕墻設(shè)計在現(xiàn)代建筑設(shè)計中已不再陌生，其已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于各類建筑工程中，并日漸受到設(shè)計人員的廣泛青睞。在目前建筑結(jié)構(gòu)朝向大跨度及大高度發(fā)展的時代背景下，建筑幕墻設(shè)計也應(yīng)該順應(yīng)時代潮流，逐漸朝向大跨度及大高度的方向轉(zhuǎn)變。同時為確保建筑幕墻功能的有效發(fā)揮以及整體結(jié)構(gòu)性能的安全可靠性，建筑幕墻設(shè)計中應(yīng)大力推行鋼鋁組合結(jié)構(gòu)形式，不斷優(yōu)化建筑材料搭配，有效避免鋼鋁組合結(jié)構(gòu)中存在的各種局限性，大膽創(chuàng)新，確保鋼鋁組合結(jié)構(gòu)形式在建筑幕墻設(shè)計中發(fā)揮重要作用，同時推動建筑幕墻設(shè)計技術(shù)的進一步完善和發(fā)展。

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