钢铝组合结构在建筑幕墙工程中的应用.pdf

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1、施工技术广东建材2014年第5期钢铝组合结构在建筑幕墙工程中的应用高树鹏局树鹏(汕头大学医学院附属肿瘤医院)【摘要】钢铝组合结构充分利用钢、铝两种不同材料的特性，发挥各自的优势。钢铝组合结构必将在建筑物层高高、跨度大以及结构变化大、具有防火要求的建筑幕墙得到广泛应用。通过对建筑幕墙中常见钢铝组合结构两种做法受力特征及工程中的应用进行分析，指出施工中应注意事项。【关键词】建筑幕墙；钢铝组合结构；铝穿钢；铝包钢；建筑防火1前言铝型材具有抗震性能好、耐腐蚀性好、装饰效果佳的特点，在常温及高温下具有良好的塑性。铝型材弹性模量是0．7×lOs

2、MPa，强度设计值85．5MPa，在风荷载较大或楼层数较多的建筑物上，往往不能达到建筑幕墙的使用要求；对于一些跨度较大的构件，如果单纯采用铝型材要得把截面做得很大才能满足要求，失去其经济性；对于一些变化大的结构单纯采用铝合金结构难以满足复杂多变的造型要求。钢材的弹性模量是2．1×10咖a，强度设计值为215MPa，其弹性模量是铝合金的3倍，而强度是铝材的2．5倍。在建筑幕墙设计中通常会应用钢铝组合结构，充分利用钢、铝两种不同材料的特性，发挥各自的优势，适应建筑物层高高、跨度大以及结构变化大的要求。钢铝组合结构做法主要背‘铝穿钢”和“

3、铝包钢”两种做法，受力特征及工程中的应用具有较大的不同，下面就“铝穿钢”和“铝包钢”两种做法的设计、应用进行阐述。2“铝穿钢”钢铝组合结构的构造设计“铝穿钢”钢铝组合结构设计的标准做法如图1所示，将钢芯穿在铝型材腔体中，钢与铝型材通过紧固件连接，同时承受荷载，满足安全和挠度的要求。一48一椭4鬻跹＼《E掣铝能搬．Ⅶ娜～骷§髓雠儿蠢涩丞竺望J《垤”釉Hl图I“铝穿钢”立柱横吾4节点图“铝穿钢”钢铝组合结构通常在建筑层高或跨度较大时，铝合金型材强度、刚度难以满足需要时采用。通过加入型钢内芯增强铝合金立柱在抗风压、地震、自重等荷载效应下的

4、强度和刚度值。“铝穿钢，，在结构计算上通常采用刚度分配法，假定钢材与铝型材在承受荷载后，挠度相等，钢、铝型材沿轴向不产生相对位移；在立柱与横梁连接、立柱与主体连接的部位要做到钢、铝同时受力，钢、铝承担的荷载是与各自的刚度成正比。对于大跨度的钢铝组合结构，其结构设计控制因数一般是挠度，挠度控制以jGjl02-2003《玻璃幕墙工程技术规范》和JGJl33-2001《金属与石材幕墙工程技术规范》中关于钢材和铝型材挠度允许值的较严格者为依据[1]。在构造设计上如要能满足这个假定，应做到以下几点：钢材与铝型材在主受力方向要紧密结合；在钢材与

5、铝型材接触的表面要采取绝缘方式，防止电化学腐蚀；安装完成后能满足不同材料的伸缩要求；连接处两种材料都进行连接。根据JGJl02《玻璃幕墙工程技术规范》第4．3．8条的规定，除不锈钢外，玻璃幕墙中不同金属材料接触处，应合理设置绝缘垫片或采取其它防腐蚀措施。由于内嵌的钢套和铝合金型材间设置绝缘垫片施工有困难，且二者间做不到紧密结合，即使设置了绝缘垫片也容易脱落，因此也可以采用在钢套管表面涂刷兼有绝缘性能的防腐漆的做法。防腐漆一般涂刷3～5遍，并按有关规范要求保证防腐漆的干膜总厚度不小于125u111，确保钢铝配合间隙比较严密，达到共同受

6、力，同时防止出现双金属电化学腐蚀，钢套两端加焊钢板封口。兼有绝缘性能的防腐漆应经检测为合格产品，并按规定进行与接触材料的相容性试验。“铝穿钢’，钢铝结合结构利用螺栓使钢、铝二者共同受力。立柱与主体结构连接采用对穿螺栓，在立柱跨度广东建材2014年第5期施工技术范围的多道横梁也采用对穿螺栓与立柱连接。合理地确定对穿的连接螺栓的规格和数量是铝合金型材内嵌钢套共同受力的可能和构造保证[2

7、。“铝穿钢”钢铝结合结构为满足钢、铝同时承受荷载，设计中应把握三个技术要点：横梁、立柱龙骨的钢、铝部分应紧密结合；横梁应与立柱的钢材部分有效连接；立柱与

8、主体结构连接的挂件、转接件、钢角码等，应与立柱的钢材部分有效连接。3“铝包钢”钢铝组合立柱的构造设计“铝包钢”钢铝组合结构在设计力学计算模型中仅钢材承受荷载，铝型材只起到装饰作用，相对“铝穿钢”钢铝组合结构在构造上相对简单，如图2节点所示，只需要利用螺钉或螺栓等紧固件把钢铝结合的部分处理好，使得玻璃板块所受的面荷载能有效传递到横梁或立柱上，横梁所受荷载可直接传递给钢立柱，再由立柱转接件传递到预埋件及主体结构中。“铝包钢”钢铝组合结构通常是在结构变化大、具有特殊造型而普通的铝合金结构难以满足要求的情况下采用。扣板蕊头蠓柱图2“铝包钢”

9、立柱横剖节点图“铝包钢”将立柱视为单纯靠钢型材受力的体系，施工时只需要保证钢结构杆件的可靠连接，即可保证立柱受力的合理有效。铝型材在设计上自由度大、灵活性强，铝型材仅起到面板连接、装饰作用。“铝包钢’钥铝组合结构有效解决建筑物结构复杂