鋼鋁組合結(jié)構(gòu)幕墻設(shè)計(jì)的應(yīng)用

1、鋼鋁組合結(jié)構(gòu)幕墻設(shè)計(jì)的應(yīng)用 摘要：采用鋼鋁組合的幕墻結(jié)構(gòu)，對保證建筑的穩(wěn)定性具有很重要的作用，并且鋼鋁結(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量很輕、強(qiáng)度大，造價(jià)也較低適用于各種工程中。本文即詳細(xì)闡述了鋼鋁組合結(jié)構(gòu)幕墻設(shè)計(jì)的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：鋼鋁組合；幕墻；質(zhì)量；材料；計(jì)算機(jī) 一、幕墻設(shè)計(jì)中選用鋼鋁組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢 （一）重量輕 由于鋁的密度與其他金屬材料相比相對較小，鋼結(jié)構(gòu)也是密度小的金屬混合物，所以同樣大小面積的橫梁（立柱）型材應(yīng)用于幕墻之中，鋼鋁組合的重量最輕，而混凝土板幕墻、瓷板幕墻、千思板幕墻、微晶玻璃幕墻、陶板幕墻顯得更重一些。鋼鋁組合使得建筑物重量減小。 （二）強(qiáng)度較高 鋁合金強(qiáng)度設(shè)計(jì)值是 85.5m pa，彈

2、性模量是 70000m pa，因而其性質(zhì)不能滿足樓層數(shù)多等風(fēng)載荷較大的建筑物的設(shè)計(jì)要求，時(shí)常達(dá)不到幕墻的使用要求。然而鋼材的彈性模量是210000m pa，強(qiáng)度設(shè)計(jì)是 215m pa。從數(shù)據(jù)可以得知，鋼的強(qiáng)度大，這是鋼鋁組合中最需要的地方，它的彈性能模量約為鋁合金的 3 倍，強(qiáng)度約為 2.5 倍，因此，鋼鋁巧妙的結(jié)合運(yùn)用到幕墻設(shè)計(jì)中，荷載承重會大幅度的加強(qiáng)，強(qiáng)度將會得到很大的提高。 （三）設(shè)計(jì)多變而又靈活 鋼鋁組合結(jié)構(gòu)在幕墻設(shè)計(jì)中，將鋼的強(qiáng)度大、彈性好以及價(jià)格低的優(yōu)勢和鋁的耐腐蝕、裝飾效果好等優(yōu)勢有機(jī)而又巧妙的結(jié)合起來，結(jié)合的形式各種各樣。這樣充分發(fā)揮出他們的各自優(yōu)勢，將材料運(yùn)用到極限，從而使

3、幕墻結(jié)構(gòu)有較高的安全性和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。鋼鋁組合結(jié)構(gòu)其具有獨(dú)特的光影和色彩以及良好的建筑藝術(shù)效果和建筑風(fēng)格的造型，因而它具有良好的發(fā)展前景。 （四）防火性能較強(qiáng) 鋁材料在 250下，其強(qiáng)度會降低到原來的一半，而當(dāng)溫度達(dá)到 370時(shí)其強(qiáng)度將會喪失，這也正是鋁材料不能應(yīng)用于承重材料的主要原因之一。而鋼材料卻具有很強(qiáng)的耐熱性能，雖然鋼材料在 100時(shí)材料的強(qiáng)度會有所降低，但是其強(qiáng)度在100之后不但不會隨著溫度的上升而降低，而且還會有所升高，這正是鋼材料可以作為高溫下承重材料的一個(gè)重要條件。將兩種材料組合在一起，恰恰中和了兩種材料的優(yōu)點(diǎn)，使幕墻結(jié)構(gòu)更堅(jiān)固和穩(wěn)定。在實(shí)際應(yīng)用中將會更具有材料優(yōu)勢和技術(shù)優(yōu)勢。 二

4、、鋼鋁組合材料在幕墻設(shè)計(jì)中存在的問題 目前在建筑物的幕墻設(shè)計(jì)中廣泛使用的是玻璃幕墻，其表現(xiàn)的光感以及色彩等都具有很廣的市場前景。但是從目前的形式出發(fā)，實(shí)際工程存在很多的不足。鋁合金材質(zhì)以及柱形材料，在幕墻的結(jié)構(gòu)中應(yīng)用的很廣，選擇材料這方面存在問題。但是從施工角度出發(fā)，這種材料的彈性較小，經(jīng)受不了大風(fēng)的影響。其次，在實(shí)際的應(yīng)用中，鋁以及鋼在其中的應(yīng)用有可能會形成一些所謂的原電池，影響了整個(gè)幕墻的安全性，因此要避免產(chǎn)生原電池的現(xiàn)象。應(yīng)選用一些其他的原材料，盡量的避免電解質(zhì)的出現(xiàn)。 三、鋼鋁組合結(jié)構(gòu)幕墻設(shè)計(jì)的應(yīng)用要點(diǎn) （一）要增強(qiáng)質(zhì)量意識、提高質(zhì)量管理水平 重視設(shè)計(jì)審核、選好設(shè)計(jì)人員。幕墻工程是一項(xiàng)

5、要求十分嚴(yán)格而又細(xì)致的工作，幕墻工程涉及安全性，百年大計(jì)質(zhì)量第一。要建立一套完整的企業(yè)幕墻工程質(zhì)保體系，包括組織機(jī)構(gòu)人員或部門職責(zé)、工程全過程的實(shí)施和檢查細(xì)則、質(zhì)量工作獎罰條例等，讓創(chuàng)建優(yōu)質(zhì)工程活動變成企業(yè)全體員工的自覺行動，全面提升企業(yè)的質(zhì)量管理水平。 （二）加強(qiáng)幕墻結(jié)鉤的質(zhì)量管理，選用適當(dāng)?shù)牟牧?原材料的好壞直接影響幕墻的質(zhì)量，材料是整個(gè)工程建設(shè)的關(guān)鍵，把好質(zhì)量是工程建設(shè)的關(guān)鍵，相關(guān)部門一定要加強(qiáng)新技術(shù)的應(yīng)用，避免由于材料的關(guān)系產(chǎn)生一些質(zhì)量問題。 例如：可以在一些鋼鋁結(jié)構(gòu)中增加一些惰性材料，如防腐蝕墊片等，不讓兩者的原材料產(chǎn)生接觸，避免原電池反應(yīng)的發(fā)生。鋼鋁結(jié)構(gòu)要不斷的加固，加強(qiáng)幕墻結(jié)構(gòu)的

6、穩(wěn)定性，在應(yīng)用的過程中，要不斷加強(qiáng)新材料、新技術(shù)的應(yīng)用，使材料的強(qiáng)度及使用范圍得以加強(qiáng)。 （三）鋼鋁組合結(jié)構(gòu)在幕墻設(shè)計(jì)中應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算 在幕墻設(shè)計(jì)中應(yīng)用鋼鋁組合結(jié)構(gòu)，就要對鋼鋁組合結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行分析與計(jì)算，讓其承載力能夠滿足幕墻設(shè)計(jì)要求。組合中的鋼材和鋁型材共同組成一個(gè)截面，這個(gè)截面共同承受外荷載，那么，就要對這個(gè)組合截面的承載力進(jìn)行計(jì)算，這種計(jì)算必須依靠專業(yè)的計(jì)算機(jī)程序?qū)ζ浣M合截面進(jìn)行模擬，這點(diǎn)是較難實(shí)現(xiàn)的。下面探討一種簡便的計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算方法。 1、計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算方法的假設(shè)條件的設(shè)定 （1）由于在鋼鋁組合結(jié)構(gòu)中，鋼材和鋁型材緊密地結(jié)合成一體，其在垂直于結(jié)構(gòu)的承載作用可以認(rèn)為二者是相同的

7、，所以，假設(shè)在水平荷載作用下，鋼材和鋁型材的撓度相等，即等撓度原理； （2）除此之外，軸向力所引起的應(yīng)力極小，所以可以不予考慮，假設(shè)軸向力所引起的應(yīng)力為0。 2、等效形心軸的求解 由上述基本假定（2），應(yīng)力公式可簡化為： （1） 式中： 應(yīng)力，mpa； m立柱彎矩設(shè)計(jì)值，nmm； 截面塑性發(fā)展系數(shù)； w在彎矩作用方向的凈截面抵抗矩，mm3。 由上述基本假定（1）可知 u=u1=u2 （2） 式中： u1鋼鋁組合結(jié)構(gòu)中鋼材，mm。 u2鋁型材在荷載作用下的撓度，mm。 聯(lián)立撓度公式和式（2）可知： q/ei=q1/e1i1=q2/e2i2 （3） 式中q1、q2鋼鋁組合結(jié)構(gòu)中，鋼材、鋼鋁型材分別

8、承受的線荷載，n/mm： e1、e2鋼鋁組合結(jié)構(gòu)中，鋼材、鋼鋁型材的彈性模量，mpa； i1、i2鋼鋁組合結(jié)構(gòu)中，鋼材、鋼鋁型材的截面慣性矩，mm4。 由于水平均布線荷載為矢量，可知： q=q1+ q2 （4） 聯(lián)立式（3）和式（4）可知： ei=e1 i1+e2i2 （5） 式（5）表明鋼材和鋁型材分別承受的荷載是按剛度分配的。由于剛度為彈性模量e和慣性矩j的乘積，因此求解計(jì)算組合截面慣性矩必需的等效形心軸時(shí)，必須先將不同截面組成材料的彈性模量進(jìn)行等效轉(zhuǎn)換，才能求出真正共同工作的等效形心軸。由e1=2.1105 mpa和e2=0.7l05mpa可將式（5）轉(zhuǎn)化為： ei=3e1i2+e1i1=e1（3i2+i1） （6） 式（6）表明，等效形心軸是基于組合慣性矩3i2 +i1的形心軸。 由于對于大跨度幕墻結(jié)構(gòu)中鋼鋁組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用最重要的數(shù)據(jù)就是撓數(shù)，所以其計(jì)算結(jié)構(gòu)最終得到鋼鋁結(jié)構(gòu)的撓度，這種借助于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)進(jìn)行的計(jì)算，雖然和實(shí)際值有些偏離，但基本上不影響其應(yīng)用于實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，因?yàn)槠溆?jì)算結(jié)果的實(shí)施偏差小于3g。 結(jié)語 綜上，鋼鋁組合結(jié)構(gòu)以其質(zhì)量輕、強(qiáng)度大、抗火性能好、造價(jià)低等優(yōu)勢已成功應(yīng)用于諸多建筑工程上，通過計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算對結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的