鋼結構在建筑幕墻工程中的應用

陳雯

摘 要：建筑幕墻是建筑物的外圍護結構，是當今實現建筑外觀不可或缺的裝飾手段。目前建筑外觀正逐漸向追求新穎、奇特、大氣的方向發展，為了保證建筑外觀的實現，建筑幕墻的支承鋼結構形式及連接也正變得更加復雜。

關鍵詞：鋼結構；幕墻；支承體系；

中圖分類號： TU391 文獻標識碼： A

改革開放以后，我國建筑行業獲得了極大的發展，幕墻作為現代裝飾的一部分在高層建筑中得到了廣泛的運用。隨著新材料、新工藝、新技術的發展和應用，出現了玻璃幕墻、石材幕墻、復合鋁塑板幕墻、不銹鋼幕墻。這些特殊材質的出現為幕墻的支承結構提出了高的要求。在幕墻系統中，支承結構是否可行，結構設計是否合理，對幕墻的安全起到決定性的影響。鋼結構幕墻因為與建筑主體相聯系，其對幕墻的的支持作用更為穩固。隨著時代的發展，鋼結構在幕墻的設計和運用中顯得越來越重要。

一 概述

（一）幕墻的特點。幕墻是高層建筑的外圍護結構。它是由面板與支承結構組合而成的結構體統。幕墻與主體構造之間有一定的相對位移，同時不承擔主體結構的荷載和作用。

（二）幕墻的材料。

1.面板。目前所用的面板主要采用的是，玻璃、鋁板和石板。

2.支承結構。由于幕墻大部應用于高層結構，因此對它的支承結構的抗拉、抗彎、彈性強度要求較高。通常采用的是鋁合金橫梁和立柱，為了提供較好的采光，一般在首層采用豎向布置的玻璃肋作為支承結構。

3.幕墻中的鋼結構。

在大跨度和大荷載的情況下，鋼材可以提供足夠的抗拉強度和彈性模量，滿足設計對承載力的要求。同時由于鋼材構件截面尺寸較小，可以滿足建筑物的審美要求。因此在高層建筑的幕墻設計中一般采用鋼結構做支承。

為了滿足幕墻的承載力、主體結構、支承連接的形式等要求，需要選用適合鋼材型號。選用的鋼材要達到設計的抗拉強度、伸長率、屈服強度。幕墻的鋼結構支承常用的鋼材為碳素結構鋼、低合金鋼以及不銹鋼當幕墻支承鋼結構高度超過40m時，鋼構件宜采用高耐候鋼，并應在其表面涂刷防腐涂料。鋼構件采用冷彎薄壁型鋼時，其壁厚不得小于3.5mm，強度應按實際工程驗算。

（三）幕墻支承鋼結構的形式

幕墻支承鋼結構及其連接的形式千變萬化，從力學角度考慮，大致可以分為以下幾種——剛架、桁架、索桿結構或者由這三種形式組合而成的復合形式，簡介如下：

（1）剛架結構。剛架結構中桿件之間采用剛接，因此結構整體剛度大，抵抗變形能力強，在幕墻中得到很廣泛的應用。但是為了保證桿件之間能夠很好的傳遞彎矩，通常節點構造比較復雜，且質量要求較高。

（2）桁架結構?。桁架結構中桿件之間采用鉸接，因此桿件為二力桿，桿件內力僅為軸力，不產生彎矩，其節點構造容易實現。優點是在結構形式比較簡單時，結構采用手算即可，比較方便。缺點是整體性不如剛架結構，抵抗變形性能不是太好。?（3）張拉索桿。張拉索桿體系在運用中必須要施加預應力。張拉桿索體系為支承體系的點支承幕墻，張拉桿索體系應在兩個正交方向都形成穩定結構，因為拉桿和拉索是只承受拉力、不能承受壓力的。只有在施加預應力后，才能形成形狀不變的受力體系。幕墻支承結構中索桿體系的剛度來自截面剛度和拉索預拉力影響兩部分，拉索的預 拉力會導致結構的變形，結構變形反過來會導致拉索中預拉力的損失。

二 幕墻支承鋼結構的應用

（一）鋼管梁、柱和拱。鋼管梁、柱多用于低層建筑。層高較大時也可設置水平鋼管梁拉結。在頂層可以采用拱的形式滿足光照要求。

（二）桁架、網架。在很多高層建筑的中庭往往采用水平布置的桁架。也有采用帶斜桿或取消斜桿的桁架。有時，為了達到審美要求，在節點處采用直接焊接的管接頭，不設置節點板。網架一般采用無縫鋼管桿件和螺栓球節點。桁架兩端采用鉸支承。深圳機場的航站樓即采用鋼管直接匯交節點空間的桁架結構。站樓總高25m, 下層7m, 上層18m。主要立面采用點支幕墻, 下層用單桿支承, 上層用魚腹式鋼

管桁架支承, 幕墻面積18000㎡。航站樓二層采用18m魚腹式鋼管桁架, 弓形下弦朝向室內, 腹桿呈三角形分布。桁架間距為614m, 設置縱向鋼管梁作為平面外支承和安裝玻璃。

（三）張拉索桿體系。張拉索桿體系由帶有預應力的拉索和拉桿組成。張拉索桿體系的拉力主要有主體結構進行承受。由側邊張拉桿索和中央受拉桿組成的自平衡體系，其拉索和拉桿的預應力是由壓桿承受，不施加到主體結構上。目前，這種方式應用的范圍較廣。2010年世博主題館入口采用的是點支式玻璃幕墻鋼結構，所用的支持結構就是張拉索桿體系。

（四）單層索網。在剛性的邊框構件中間張拉雙向布置的高絞線形成單層索網，一般用于玻璃幕墻的支承模式。它的優點在于遮擋少，光照充足，視覺效果好。單層索網施工難度大，對設計要求很高，必須在高拉力、大撓度的狀態下工作。例如，天津泰達市民文化中心采用的就是這種方式。建筑的幕墻部分由玻璃幕墻和鋼結構構成，形成一個巨大的金字塔，高度為135m。金字塔的玻璃幕墻支承結構由雙管平面桁架構成，分割成錐面圖形，形成9.6m9.6m的錨定體系。北京新保利大廈也采用的是單層索網支承結構。工程東北面采用90 m68m的單層雙向柔索玻璃幕墻。這樣的設計理念在國內還屬首次。

隨著社會經濟的發展和人口的不斷增長，城市用地日趨緊張，迫使房屋建筑向高空及地下發展，高層建筑成為現代化城市的時代特征，幕墻裝飾也隨之迅猛發展。中國建筑造型藝術的革命促使中國幕墻技術迅猛發展起來，越來越多的建筑物采用鋼結構作為支承體系。一般來說，建筑外立面要求越復雜的建筑物采用鋼結構幕墻施工的難度越大。但是隨著經濟的發展，以及新工藝、新器械的使用，使大面積幕墻施工速度大幅度提高，施工效果越來越好。

參考文獻

[1]李鳳肖,剛性、柔性鋼結構組合體系在建筑幕墻中的應用[J].施工技術,2009年S1期.

[2]余紅軍;沈筠,鹽城第三人民醫院建筑幕墻鋼結構設計[J].鋼結構,2009年10期.

[3]田吉強,建筑幕墻施工技術探討[J].科技向導,2013年33期.

[4]趙西安,我國內地大型公共建筑幕墻鋼結構(1)[J].鋼結構,2002年06期.

[5]李峰,世博主題館點支式玻璃幕墻鋼結構分析[J].鋼結構,2011年05期.

[6] 郭彥林,王昆,蘭濤,田晉華,金字塔鋼結構及單層索網幕墻支承體系施工方案研究[J].施工技術,2009年07期.