钢铝组合结构幕墙设计的应用

2015-10-21孙思伟

建筑工程技术与设计 2015年12期

关键词：幕墙计算机材料

孙思伟

摘要：采用钢铝组合的幕墙结构，对保证建筑的稳定性具有很重要的作用，并且钢铝结构本身的质量很轻、强度大，造价也较低适用于各种工程中。本文即详细阐述了钢铝组合结构幕墙设计的应用。

关键词：钢铝组合；幕墙；质量；材料；计算机

一、幕墙设计中选用钢铝组合结构的优势

（一）重量轻

由于铝的密度与其他金属材料相比相对较小，钢结构也是密度小的金属混合物，所以同样大小面积的横梁（立柱）型材应用于幕墙之中，钢铝组合的重量最轻，而混凝土板幕墙、瓷板幕墙、千思板幕墙、微晶玻璃幕墙、陶板幕墙显得更重一些。钢铝组合使得建筑物重量减小。

（二）强度较高

铝合金强度设计值是 85.5M Pa，弹性模量是 70000M Pa，因而其性质不能满足楼层数多等风载荷较大的建筑物的设计要求，时常达不到幕墙的使用要求。然而钢材的弹性模量是210000M Pa，强度设计是 215M Pa。从数据可以得知，钢的强度大，这是钢铝组合中最需要的地方，它的弹性能模量约为铝合金的 3 倍，强度约为 2.5 倍，因此，钢铝巧妙的结合运用到幕墙设计中，荷载承重会大幅度的加强，强度将会得到很大的提高。

（三）设计多变而又灵活

钢铝组合结构在幕墙设计中，将钢的强度大、弹性好以及价格低的优势和铝的耐腐蚀、装饰效果好等优势有机而又巧妙的结合起来，结合的形式各种各样。这样充分发挥出他们的各自优势，将材料运用到极限，从而使幕墙结构有较高的安全性和经济优势。钢铝组合结构其具有独特的光影和色彩以及良好的建筑艺术效果和建筑风格的造型，因而它具有良好的发展前景。

二、钢铝组合材料在幕墙设计中存在的问题

目前在建筑物的幕墙设计中广泛使用的是玻璃幕墙，其表现的光感以及色彩等都具有很广的市场前景。但是从目前的形式出发，实际工程存在很多的不足。铝合金材质以及柱形材料，在幕墙的结构中应用的很广，选择材料这方面存在问题。但是从施工角度出发，这种材料的弹性较小，经受不了大风的影响。其次，在实际的应用中，铝以及钢在其中的应用有可能会形成一些所谓的原电池，影响了整个幕墙的安全性，因此要避免产生原电池的现象。应选用一些其他的原材料，尽量的避免电解质的出现。

从设计规范等方面出发，钢铝组合的结构形式缺乏一些市场行业规范，但鋼铝组合结构又具有广阔的发展前景。在这种情况下，相关部门要尽量的做好钢铝组合应用的相关规定；同时，还要加强制定各种技术标准，使标准规范和技术标准结合在一起，减少钢铝材料在其中存在的问题。

三、钢铝组合结构幕墙设计的应用要点

（一）要增强质量意识、提高质量管理水平

重视设计审核、选好设计人员。幕墙工程是一项要求十分严格而又细致的工作，幕墙工程涉及安全性，百年大计质量第一。要建立一套完整的企业幕墙工程质保体系，包括组织机构人员或部门职责、工程全过程的实施和检查细则、质量工作奖罚条例等，让创建优质工程活动变成企业全体员工的自觉行动，全面提升企业的质量管理水平。

（二）钢铝组合结构在幕墙设计中应用计算机辅助计算

在幕墙设计中应用钢铝组合结构，就要对钢铝组合结构的性能进行分析与计算，让其承载力能够满足幕墙设计要求。组合中的钢材和铝型材共同组成一个截面，这个截面共同承受外荷载，那么，就要对这个组合截面的承载力进行计算，这种计算必须依靠专业的计算机程序对其组合截面进行模拟，这点是较难实现的。下面探讨一种简便的计算机辅助计算方法。

1、计算机辅助计算方法的假设条件的设定

（1）由于在钢铝组合结构中，钢材和铝型材紧密地结合成一体，其在垂直于结构的承载作用可以认为二者是相同的，所以，假设在水平荷载作用下，钢材和铝型材的挠度相等，即等挠度原理；

（2）除此之外，轴向力所引起的应力极小，所以可以不予考虑，假设轴向力所引起的应力为0。

2、等效形心轴的求解

3、钢铝组合结构的计算机辅助计算方法

求出等效形心轴，就可以对已经形成整体面域的钢铝组合结构的截面图形使用“炸开”命令，而后，再执行“面域”步骤和“布尔运算差集”步骤，之后再对钢材和铝型材截面图形执行“质量特性”命令，就可以求出基于等效形心轴的和值。

依据式（3）和式（4），可求出q1和q2，进而可求出钢材和铝材的弯矩设计值M1和M2；再由基于等效形心轴的I1、I2和y1、y2可求出净截面抵抗矩W1和W2，代入式（1）即可求出钢材和铝型材最大正应力σ1和σ2。

由于对于大跨度幕墙结构中钢铝组合结构的应用最重要的数据就是挠数，所以其计算结构最终得到钢铝结构的挠度，这种借助于计算机辅助技术进行的计算，虽然和实际值有些偏离，但基本上不影响其应用于实际工程设计中，因为其计算结果的实施偏差小于3℅。

结语

综上，钢铝组合结构以其质量轻、强度大、抗火性能好、造价低等优势已成功应用于诸多建筑工程上，通过计算机辅助计算对结构进行合理的设计，让钢铝组合充分发挥钢材与铝材的性能特点，这项技术经过实践的检验是切实可行的。该技术的推广将能提高我国幕墙结构设计技术水平，能够推动建筑物外表装饰技术水平的不断前进。

参考文献

[1]孙晓亚. 新型玻璃幕墙在建筑节能中的应用[J].中国新技术新产品，2010（02）.