淺談圍護結構墻面檁條的發展趨勢

張乃文

【摘 要】隨著社會發展與時代進步，傳統工業建筑的外立面已經從簡單、單一 ，發展到如今多元、現代、大方、美觀的幕墻效果，與其配套的墻面檁條的節點處理也越來越復雜。論文結合實際項目介紹了電子廠房墻面檁條的相關問題，如武漢華星光電項目主要介紹懸挑構件的處理方法，合肥京東方項目主要介紹泄爆墻節點做法，詳細剖析了泄爆過程。

【Abstract】With the development of society and the progress of the times， the facade of traditional industrial buildings has changed from simple， single developed to modern， generous and beautiful curtain wall effect. Its matching wall purlin nodes processing is more and more complex. Text mainly with the actual project introduced the electronic plant wall purlins related issues， the cantilever component processing methods is introduced in Wuhan Huaxing photoelectric project. Hefei BOE project mainly introduces the node method of breaking the wall， and detailedly analyzes the breaking process.

【關鍵詞】金屬幕墻；新型截面；設計方法；節點處理

【Keywords】metal curtain wall； new-type section； design method； node processing

【中圖分類號】TU312+.1 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2017）08-0152-03

1 項目介紹及分析

1.1 武漢華星光電項目

項目地址：湖北省武漢東湖新技術開發區光谷左嶺產業園顯示產業基地。外墻圍護面積39000㎡，包括FAB1生產廠房、動火食堂、4A連廊、2A管廊。

1.1.1 檁條設計說明

武漢華星光電項目主結構為鋼筋混凝土框架結構，外墻板為 厚100mm的新型巖棉夾芯板聚氨酯側封。檁條截面形式為C型鋼、雙抱C型鋼，動火食堂弧形部分采用矩形管。本工程采用喜利得5.8級M12化學錨栓。武漢基本風壓為0.35kN/m2，風荷載較小，故本次檁條設計部分的難度主要集中在檁條懸挑部分。

FAB1墻面以單C型鋼為主，洞口位置由于跨度較大，撓度要求較高，故采用雙抱C型鋼，材質Q345，如圖1所示。動火食堂弧形部分檁條采用矩形鋼管，材質為Q235B，弧形檁條用矩形管可以實現，因為其他檁條不方便彎弧，如圖2所示。東立面高低跨，豎向檁條下部沒有固定點，懸挑長度4m，原方案采用口對口抱焊C型鋼，經多方討論檁條不宜懸挑過長，采用在懸挑部分檁條增加斜撐的方式為其提供可靠支撐，如圖3所示。由于屋頂要鋪防水，出屋面檁條無法增加斜撐，檁條懸挑2.5m，檁條采用加密的方式，保證其安全性，如圖4所示。

1.1.2 埋件詳圖及化學錨栓

簡單介紹本項目的埋件詳圖，豎向檁條和埋件相連接，由于混凝土結構的誤差較大，因此檁條開豎向長圓孔，檁托板開前后長圓孔，埋板開橫向長圓孔，三個方向都可以調節以確保檁條外側的平直度，如圖5、6所示。橫向檁條和埋件連接，如圖7、8所示。

本項目應用喜利得的化學錨拴M12，目前該化學錨栓應用廣泛，已占領大部分外掛結構項目和加固項目，其受力性能比較好，價格相對合理。在外維護系統中化學錨栓漸漸替代了膨脹螺栓，原因是風的風壓力和風吸力會反復作用于錨栓，膨脹螺栓不宜受反復拉壓應力。

1.2 合肥京東方項目

項目地址：合肥市合肥新站綜合開發試驗區魏武路與銅陵北路交口。外墻圍護面積165065㎡，包括A、B、D三個標段。

1.2.1 檁條和泄爆系統的設計說明

合肥京東方項目結構類型為鋼筋混凝土框架結構，外墻板為厚50mm的新型純巖棉四面企口夾芯板和50mm厚純巖棉兩面企口夾芯板+750波紋單板。檁條截面形式為矩形管。本工程采用喜利得5.8級M12化學錨栓。合肥基本風壓為0.35kN/m2，本次檁條設計部分難度不大，主要介紹泄爆系統。

泄爆定義：在設備和建筑物壁面設局部弱面，以泄放內部爆炸壓力，降低爆炸作用，使其主體得到保護的防爆技術。其作用是發生爆炸時保護建筑物不會發生變形，防止泄爆飛出物體造成人員傷亡。規范要求：有爆炸危險的甲、乙類廠房輕質墻體和輕質屋蓋的自重不超過60kg/m2，泄壓面積與廠房體積的比值宜采用0.05～0.22m2/m3，不宜小于0.03m2/m3。泄爆系統的關鍵在于泄爆墊圈，它根據泄爆壓力來匹配使用，當達到泄爆壓力時墊圈破壞，自攻螺釘失效，墻板就會和檁條分開，從而達到泄爆的目的，牽引是為了避免墻板開啟過大對外界造成傷害。

2 檁條的截面選擇及設計優化

由于現在建筑市場蕭條，各大鋼結構企業為了競標，力求在用鋼量上做到最優，用鋼量雖然能夠直接反應成本，但采購和加工的費用也不容忽視。

2.1 檁條截面的選擇

常用的為C型鋼、Z型鋼和方管。Z型鋼在墻面應用較少，多用于屋面作為連續檁條使用。C型鋼直接采用鋼帶通過多道軋輥直接冷軋成型，鋼帶為鍍鋅鋼帶。而鍍鋅方管需要從黑管開始鍍鋅，鍍鋅的價格和截面尺寸、方管的厚度、方管的長度都有關系。C型鋼有國標規格，方管只有常規規格，如果使用非常規規格價格會高出很多，而且需要提前訂貨。C型鋼的鋼材材質一般為Q235和Q345，如果檁條計算非撓度起控制作用，建議使用薄壁高強的截面，用鋼量會省很多。endprint

2.2 檁條的設計思路

根據建筑立面的多數墻板的長度來進行等分，估算出檁條的間距，試算檁條的截面高度能否滿足建筑給出的空間要求，同時也要驗算墻板能否滿足在風荷載作用下的撓度要求。檁條計算可以參見《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范》、《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》和《建筑結構荷載規范》。《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規范》剛剛經過修訂成為國標規范，原來為行業標準《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》，我國修訂此規范曾參見美國金屬房屋制造協會MBMA《底層房屋體系手冊》，高度在18m以下的房屋計算墻面檁條時，按規程中的公式計算相比按荷載規范用鋼量會省很多，但是新門剛規范修改了很多系數，用鋼量和荷載規范差別不大了，因此檁條在規范的選擇上已經沒有優勢了。

目前計算檁條的軟件，如PKPM等，只停留在傳統的簡支和多跨連續，由于一些電子廠房外立面造型獨特，常常會遇到檁條懸挑，這種計算在工具箱里是實現不了的，需要手動建模計算。由于市場競爭激烈，各大鋼結構公司都在尋求降低成本的設計方法，檁條系統提出了一個設計方法：多跨靜定梁模式。原因是檁條的運輸長度大概在12m左右，只有Z型鋼能作搭接連續設計，而C型鋼和方管現場拼接無法達到連續的效果，按照多跨靜定梁模式計算檁條的內力和連續檁條相差不多。如圖9所示，此種模式檁條的變形和應力都得到了很好的控制，是一個節省用鋼量的方法。

3 檁條的新型截面

冷彎薄壁型鋼構件的穩定問題一直是科研工作者和規范編制人員的工作重點。由于超薄、高強鋼材帶來了許多新的問題，如不同截面形式受彎構件的屈曲模態和極限承載力都有很大區別。目前，對某些新型截面形式，如Σ形復雜卷邊槽鋼、v形復雜卷邊槽鋼軸壓構件穩定性能的理論和試驗研究成果還比較少，現有國內外規范也不夠完善，致使這些構件很難直接應用到設計中。

目前工程中應用的單軸對稱薄壁構件大多都是C型鋼即卷邊槽鋼，本文要推薦復雜卷邊槽鋼、腹板加勁復雜卷邊槽鋼這兩類截面。冷彎薄壁型鋼規范中還沒有涉及這兩類截面的相關性能。國內學者對冷彎薄壁型鋼受彎構件的研究主要以簡單卷邊槽鋼為主。近年來，王海明對不同卷邊形式的C形截面在純彎和非純彎狀態下的穩定性進行了系統的試驗及理論研究，并得出采用復雜卷邊的形式可大大改善卷邊穩定性能的結論[1]。這個結論將會是一個未來的發展方向。

復雜卷邊槽鋼如圖10、圖11、圖12所示。

薄壁構件存在著一種特殊的屈曲模式叫畸變屈曲，隨著畸變屈曲越來越多的出現，廣大學者對這一屈曲模式也越來越重視。對于腹板加勁復雜卷邊槽鋼構件受彎時，由于腹板的寬厚比減小，使局部屈曲應力有所提高，導致畸變屈曲起控制作用。冷彎薄壁型鋼規范中計算C型鋼的極限承載力的方法為有效寬度法，這種方法有兩個缺陷：一是需要對每塊板件進行幾何特性的計算，對于復雜截面這種方法較為麻煩；二是此種方法未考慮畸變屈曲的影響。因此國內學者參鑒國外規范的直接強度法提出了匹配我國規范的直接強度法，此種方法計算簡便，可直接計算全截面幾何特性，同時也考慮了畸變屈曲的影響，公式詳見王海明的博士論文。此公式適用于復雜卷邊槽鋼和卷邊槽鋼。對于此類受彎加勁截面構件的受力狀態在不同約束條件下的穩定性能還有待研究，目前只是有相應的試驗研究，確定腹板Σ形加勁復雜卷邊槽鋼受彎的性能較不加勁截面提高很多[2]，板件加勁后對構件的屈曲模式有很大影響，現有的公式不能夠匹配，因此腹板加勁復雜卷邊槽鋼受彎構件極限承載力的直接強度法的研究是以后的發展方向。

4 結語

本文通過兩個項目介紹了電子廠房檁條的相關問題，詳細剖析了泄爆過程，并指出泄爆系統的關鍵在于泄爆墊圈，其精髓是板與檁條的連接破壞，而非構件的破壞，因此無需考慮泄爆壓力對檁條的影響。除此之外，提出了檁條截面類型的發展方向，并介紹了三種新型截面及國內人員的研究成果，這也為科研人員提供了方向，同時也為加工制造設備的更新和工程軟件的開發指明了道路。

【參考文獻】

【1】王海明.冷彎薄壁型鋼受彎構件穩定性能研究（博士學位論文）[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2009.

【2】于欣永.新型截面冷彎薄壁型鋼受彎構件穩定性能研究[D].沈陽：沈陽建筑大學，2012.endprint