立柱與橫梁的連接設計

1、2.立柱與橫梁的連接設計立柱與橫梁的連接設計是幕墻設計中的一個難點。這是因為抵抗風荷載要求的是個“牢”字，而吸收地震作用和溫差產生的熱應力則要求個“活”字。設計時只有把這兩個看似矛盾要求統(tǒng)一起來，才有可能是好的結構。而玻璃對橫梁又是偏心壓力，容易造成橫梁偏轉，這又是一個立柱與橫梁設計中很棘手的問題。所以盡管立柱與橫梁的連接的方法種類繁多，但好的設計很少。比較典型的結構有以下幾種：橫豎插接式、角碼脹浮式、角碼插接式、通槽螺栓式、雙向鎖緊式等。(1).橫豎插接式橫豎插接式式以某公公司的140系列幕幕墻為代代表。這這套140系列幕幕墻結構構設計很很合理，性性能優(yōu)越越，能夠夠獨步幕幕墻界十十余年決決不

2、是偶偶然的。即即便是一一些知名名大企業(yè)業(yè)現(xiàn)有的的構件式式幕墻結結構，也也很少在在理念上上能夠超超越他。橫橫豎插接接，顧名名思義，是是將橫梁梁插入立立柱的預預留槽內內(如圖11中1所示)，其特特點和安安裝方法法如下：圖11橫梁所受受的正負負風荷載載均直接接傳遞給給了夾持持橫梁的的立柱,而橫梁梁角碼和和與立柱柱連接的的螺釘連連接組合合只承受受玻璃板板塊和橫橫梁的重重力(如圖11中A-A和2所示)。對螺螺紋連接接威脅最最大的就就是像風風荷載這這樣一直直存在、時時時變化化的交變變荷載。在在長期的的交變荷荷載作用用下，如如無防脫脫措施，螺螺紋連接接早晚是是要失效效的。而而這種立立柱夾持持橫梁的的結構因因

3、螺紋連連接不承承受風荷荷載，所所以其安安全性、可可靠性和和抵御風風荷載的的能力非非常好。橫梁承受受玻璃的的偏心壓壓力后定定會產生生扭矩，為為使橫梁梁能夠有有效的抵抵抗該扭扭矩，不不產生偏偏轉，必必須注意意以下兩兩個方面面：一，橫橫梁與立立柱的連連接處有有足夠的的強度來來對橫梁梁限位；二，橫橫梁本身身有足夠夠的抗扭扭截面模模量。這這種立柱柱夾持橫橫梁的結結構，橫橫梁與立立柱的接接觸比較較充分，立立柱和橫橫梁的強強度很好好，在橫橫梁與立立柱接觸觸的局部部產生的的變形微微乎其微微，橫梁梁角碼也也不承擔擔扭矩，這這樣可有有效避免免橫梁整整體偏轉轉。而且且其橫梁梁的閉腔腔結構的的抗扭截截面模量量遠遠大大

4、于開腔腔橫梁，抵抵抗扭轉轉的能力力也很好好。橫梁與立立柱之間間有較大大的間隙隙，可以以吸收溫溫差產生生的熱脹脹冷縮。因因橫梁與與橫梁角角碼之間間的摩擦擦力很小小，故其其很難產產生摩擦擦噪音。橫梁浮擱擱在橫梁梁角碼上上，在地地震平面面變形時時可自由由擺動，吸吸收地震震作用，如如圖12所示。黎明的1140系列幕幕墻唯一一的缺點點，就是是每平方方米要多多用一公公斤左右右的鋁料料。在目目前的市市場環(huán)境境看來，這這可能也也是致命命的缺點點。圖12 圖13橫梁安裝時時如圖13虛線所所示，斜斜著把橫橫梁推到到立柱間間合適位位置，轉轉成水平平位置后后，將其其浮擱在在橫梁角角碼上。立立柱和橫橫梁的間間隙里放放置

5、海綿綿橡膠，在在其上打打密封膠膠對橫梁梁與立柱柱進行密密封，并并可限制制橫梁，使使其不左左右竄動動。(2).角角碼脹浮浮式這種角碼脹脹浮式連連接方法法結構設設計合理理，性能能出色，造造價也很很有優(yōu)勢勢，非常常值得推推廣應用用，其主主要特點點如下：圖14在相同的的用料情情況下，橫梁和立柱的這種方盒式結構強度最好，慣性矩、抵抗矩和抗扭截面模量是所有橫梁和立柱結構形式里最大的，橫梁本身抵御彎矩和扭矩的能力是非常出色的。這種方盒盒結構，橫橫梁通過過角碼把把力傳遞遞給了立立柱，所所以角碼碼本身的的強度和和與立柱柱連接強強度，對對幕墻的的性能至至關重要要。角碼碼與立柱柱不宜用用螺釘或或穿堂螺螺栓來連連接，

6、應應該用沉沉頭自攻攻釘，原原因如下下：a這種方盒盒式的立立柱，如如想安裝裝螺栓必必須在立立柱上鉆鉆孔，用用螺栓和和螺母把把橫梁角角碼固定定在立柱柱兩側。在在安裝角角碼過程程中為了了施加足足夠的夾夾緊力，很很容易將將立柱校校變形。如如為了美美觀，需需要在立立柱上開開大孔，穿穿入一個個不銹鋼鋼套管。這這樣不僅僅增加了了加工和和材料成成本，安安裝時也也很困難難。而且且因螺桿桿與穿孔孔之間是是間隙配配合，在在抵抗風風荷載產產生的彎彎矩和自自重產生生的扭矩矩時，對對角碼限限不住位位，橫梁梁易產生生扭轉。b強烈呼吁吁不要使使用螺釘釘。螺釘釘安裝時時先攻絲絲，再把把釘擰進進去。實實際上它它是個間間隙配合合，

7、容易易進入水水分，產產生電化化學腐蝕蝕，影響響立柱上上螺紋的的強度。和和螺栓一一樣，它它也存在在螺釘和和穿孔之之間是間間隙配合合的問題題。c自攻釘是是強行擰擰入的，在在螺紋連連接中它它的配合合最緊密密。它的的牙高和和螺距均均比普通通螺釘要要大。自自攻釘在在立柱上上形成的的螺紋是是梯形，普普通螺釘釘形成的的是三角角形的。這這樣自攻攻釘在立立柱上形形成的螺螺紋比機機制釘更更粗大，受受力更好好(鋁的強強度遠遠遠低于鋼鋼材，立立柱上的的螺紋是是最薄弱弱的)。自攻釘釘應用沉沉頭的，沉沉頭釘和和沉孔的的配合能能夠有效效的定位位。這樣樣可以牢牢牢的鎖鎖住角碼碼，讓它它與立柱柱之間不不產生偏偏轉和滑滑移。如如

8、果用非非沉頭類類的自攻攻釘，也也存在和和螺栓、螺螺釘同樣樣的間隙隙配合問問題。立柱安裝自自攻釘?shù)牡木植亢窈穸炔粦獞∮?mm，角碼碼加工沉沉孔部位位的厚度度78mm較為合合適。自自攻釘規(guī)規(guī)格應選選擇ST44.8，數(shù)量4個，安安裝時釘釘頭掛一一點密封封膠。橫梁角碼碼與橫梁梁之間的的前后總總間隙(如圖14放大圖圖所示)應不大大于0.22mm。這樣樣橫梁兩兩端被整整個橫梁梁角碼脹脹住(如圖14中2所示)，限制制了橫梁梁扭轉。橫橫梁則浮浮擱在橫橫梁角碼碼上(如圖14中A-A所示)可以自自由伸縮縮，所以以本結構構取名為為角碼脹脹浮式。這這種結構構各連接接部位和和橫梁本本身都可可以有效效限制扭扭轉，所所以

9、它在在這些幕幕墻結構構中抗扭扭能力最最強。它的防震震、減噪噪和吸收收熱應力力的原理理和橫豎豎插接式式是一樣樣的。橫橫梁與立立柱之間間的最小小間隙應應通過計計算而定定，但取取2mm一般也也就足夠夠了。間間隙需打打膠進行行密封，至至于規(guī)范范要求在在立柱和和橫梁角角碼放置置柔性墊墊片的辦辦法減噪噪，有些些想當然然了。這種連接方方法在加加工和安安裝時均均有一些些要求，對對最后整整個幕墻墻的質量量非常重重要，具具體如下下：角碼下料料尺寸應應根據橫橫梁內腔腔進行配配切后確確定。橫梁下部部兩側需需沖或銑銑一個比比角碼厚厚度大1mm的豁口口。橫梁角角碼與橫橫梁接觸觸的上部部兩個角角部最好好倒園，安安裝橫梁梁方

10、便。鉆立柱柱上橫梁梁角碼連連接孔時時最好用用鉆模定定位(孔別鉆鉆的比自自攻釘直直徑還大大)。安裝時先先將角碼碼掛在橫橫梁兩側側，然后后將橫梁梁放入立立柱之間間。用自自攻釘擰擰入立柱柱上預鉆鉆好的孔孔，將角角碼安裝裝到立柱柱上，最最后將橫橫梁放下下(如圖14中3所示)。(3).角角碼插接接式角碼脹浮式式如嚴格格定義的的話，也也應屬于于角碼插插接式。區(qū)區(qū)別在于于角碼脹脹浮式是是整個角角碼與橫橫梁內腔腔配合，而而角碼插插接式是是角碼的的一邊插插入橫梁梁內的槽槽口，并并與之配配合。根根據其插插接的位位置不同同可分為為橫向插插接和豎豎向插接接(如圖15所示)。不論論橫向與與豎向插插接，橫橫梁均可可以是半

11、半閉腔或或開腔結結構。圖15由于角碼碼插接式式與橫梁梁也是浮浮動連接接，所以以它的減減噪和吸吸收熱應應力性能能也同樣樣很好。角碼脹浮浮式是整整個角碼碼與整個個橫梁內內腔配合合，角碼碼插接式式是角碼碼的一部部分和橫橫梁的一一部分配配合，所所以角碼碼插接式式的角碼碼連接處處強度不不如角碼碼脹浮式式。半閉腔橫橫梁的抗抗扭截面面模量一一般只有有角碼脹脹浮式的的一半左左右。而而開腔橫橫梁的抗抗扭截面面模量則則低得可可憐，一一般是角角碼脹浮浮式的1/2201/440，所以以不宜把把橫梁設設計成開開腔結構構。尤其其重要的的一點是是即便是是開腔橫橫梁加了了扣板，它它也只能能按開腔腔型材進進行計算算，不能能想當

12、然然地認為為它是閉閉腔的?？古そ孛婺Ａ康木唧w計算方法可以查閱有關材料力學書籍。角碼橫向向插接式式角碼與與橫梁配配合間隙隙(如圖15放大圖)如按防防扭設計計，應該該取00.55mm為宜，如如因型材材誤差及及防震設設計的要要求間隙隙不應小小于1mm，這個個間隙的的取值在在此陷入入兩難境境地。角角碼豎向向插接式式的防震震間隙留留在了下下部，與與防扭并并不沖突突。半閉腔橫橫梁因安安裝空間間狹小，一一般安裝裝兩個螺螺栓或兩兩個自攻攻釘，并并且角碼碼較小，所所以角碼碼與立柱柱的連接接強度不不好，容容易產生生扭轉。角碼插接式式如采用用半閉腔腔橫梁，且且設計合合理的情情況下，是是可以考考慮使用用的。(4).通

13、通槽螺栓栓式通槽螺栓式式的橫梁梁上有通通長槽口口可以讓讓螺栓帽帽在里面面滑動但但不能轉轉動。安安裝角碼碼時。將將其用螺螺母與預預置在槽槽口內的的螺栓連連接牢固固(如圖16所示)。這個結結構的本本意可能能是通過過橫梁與與角碼之之間可滑滑動，來來吸收溫溫差帶來來的變形形，應該該說這樣樣處理，達達到了這這個目的的。但是是它解決決了一個個問題的的同時卻卻帶來了了一些更更大的問問題。圖16螺紋連接接失效問問題這種結構螺螺栓在熱熱應力產產生的蠕蠕動作用用下，如如無可靠靠的的防防脫落措措施情況況下，很很容易失失效。前前文提到到過在風風荷載的的作用下下螺紋連連接易失失效的問問題，而而熱應力力比風荷荷載更難難防

14、范，并并且它時時時刻刻刻在起作作用。噪音擾人人的問題題不要以為橫橫梁與角角碼之間間可滑動動就可以以不產生生噪音，那那是自己己一相情情愿的想想法。產產生噪音音首先要要有足夠夠大的動動能。橫橫梁和角角碼之間間因有壓壓力而存存在靜摩摩擦力。溫溫差產生生的熱應應力一開開始并不不足以克克服靜摩摩擦力，隨隨著溫差差加大，這這種力量量越來越越強。最最后就會會超過克克服靜摩摩擦力的的臨界值值，突然然產生相相對滑動動，在有有一定接接觸面積積和表面面粗糙度度的情況況下，發(fā)發(fā)出摩擦擦噪聲。 而噪聲的強度取決于以下幾個要素：壓力，剛性接觸面積，表面摩擦系數(shù)。相應的，我們降低噪聲強度的辦法是：減少橫梁與角碼之間的壓力、

15、剛性接觸面積和表面摩擦系數(shù)。首先，在玻玻璃分格格劃分正正常情況況下采用用浮動式式連接，不不需額外外支出成成本，即即可取得得良好的的降噪效效果。其其次，當當玻璃板板塊超大大超重的的時候，可可以根據據幕墻結結構的不不同采用用合適的的方法，確確保幕墻墻“不鬼叫”。在玻璃板塊塊重量的的作用下下，摩擦擦噪音很很微弱，一一般人耳耳很難聽聽到。而而螺栓的的夾緊力力是玻璃璃板塊重重量的4420倍，其其作用下下產生的的摩擦噪噪音清晰晰可聞。所所以采用用螺栓或或螺釘人人為增加加橫梁與與橫梁角角碼摩擦擦力的做做法非常常不可取取。生活活中我們們對噪聲聲擾人都都是很反反感的，己己所不欲欲，勿施施于人，作作為一個個有職業(yè)

16、業(yè)道德的的從業(yè)人人員，應應慎重使使用通槽槽螺栓式式和雙向向鎖死式式結構。在橫梁角碼碼和橫梁梁之間采采用線接接觸、放放置摩擦擦系數(shù)很很低的墊墊片(如尼龍)或是放放置柔性性墊片均均是降低低摩擦噪噪音的有有效方法法。通槽螺栓栓式也存存在和角角碼插接接式第、一樣的的問題強烈地震震時結構構易被破破壞問題題在地震時，該該結構橫橫梁角碼碼與立柱柱和橫梁梁均連接接牢固沒沒有變形形余地，對對立柱的的變形起起了阻礙礙作用。而而當?shù)卣鹫饛姸容^較大時，立立柱隨主主體結構構產生的的平面變變形量也也是很大大的。當當推動立立柱變形形的地震震作用大大于橫梁梁和角碼碼的阻礙礙作用時時，會在在橫梁與與立柱較較弱的連連接部位位發(fā)生

17、破破壞，如如圖17，立柱柱與自攻攻釘處的的鋁材會會被拉豁豁。當然然地震的的作用方方式可以以是橫波波或縱波波，橫梁梁與立柱柱各個連連接部位位的強度度也是不不一樣，破破壞方式式不一定定非得是是圖17所示意意這樣的的。但強強烈地震震時，這這種雙向向鎖緊的的結構的的確容易易出現(xiàn)被被破壞問問題，這這也是不不爭的事事實。當當幕墻結結構的安安全性面面臨威脅脅的時候候，是不不是應該該從自身身設計上上反省一一下呢？圖17 地地震中橫橫梁和立立柱連接接破壞示示意(5).雙雙向鎖死死式通槽螺栓式式如嚴格格定義的的話，也也應屬于于雙向鎖鎖死式。區(qū)區(qū)別在于于通槽螺螺栓式比比雙向鎖鎖死式要要強那么么一點點點：在克克服重重

18、重阻力后后，通槽槽螺栓式式的橫梁梁與橫梁梁角碼之之間還是是可以伸伸縮的，而而雙向鎖鎖死式在在連接被被破壞之之前，連連機會都都沒有。雙雙向鎖死死式將橫橫梁與橫橫梁角碼碼，橫梁梁角碼與與立柱兩兩處用螺螺栓、螺螺釘、自自攻釘?shù)鹊嚷菁y連連接或抽抽釘全部部鎖死，其其典型節(jié)節(jié)點如圖圖18。圖18雙向鎖死式式除了擁擁有通槽槽螺栓式式全部的的缺點外外，因其其將橫梁梁與橫梁梁角碼完完全鎖死死，完全全限制了了橫梁的的熱脹冷冷縮，帶帶來了極極大的弊弊病。在在橫梁與與角碼的的連接被被破壞前前，限制制膨脹產產生的撓撓度變形形是很大大的，以以14000mmm的橫梁梁伸長2mm計算，其其撓度值值高達37，而橫橫梁的允允許變

19、形形只有7.88mm，可見見不考慮慮熱脹冷冷縮的因因素危害害有多大大。實際際上，產產生這么么大的撓撓度是根根本不可可能的，因因為如此此大的熱熱應力早早就把橫橫梁與角角碼連接接處的薄薄弱部位位給破壞壞了，常常見的是是將橫梁梁拉成長長孔。如如使用螺螺栓連接接可能還還好一點點，用了了其他幾幾種連接接，在熱熱應力的的反復作作用下，其其連接是是很容易易要失效效的。某某幕墻企企業(yè)用類類似的結結構做的的幕墻，曾曾發(fā)生過過橫梁和和玻璃板板塊掉落落的事故故。引發(fā)發(fā)事故的的原因可可能是多多方面的的，但安安全性要要求是100，哪哪怕99.99的安安全性都都可能意意味著有有財產和和生命面面臨威脅脅。不可可否認的的是這種種設計思思想和方方法