試析支撐鋼結構在建筑幕墻中的應用

艾軍

【摘要】隨著社會經濟的快速發展和城市化進程的不斷推進，城市建筑數量不斷增加，人們對建筑設計也提出了更高的要求。幕墻設計是現代建筑設計的重要內容。只有幕墻體系施工良好，才能保證建筑工程的整體施工效果。支承鋼結構不是完全獨立的結構，往往與建筑主體的混凝土結構聯系在一起，設計難度較大。本文主要討論支撐鋼結構在建筑幕墻中的應用。

【關鍵詞】支撐鋼結構;建筑幕墻;應用

【中圖分類號】TU228

【文獻標識碼】A

1、概述

1.1幕墻的特點

幕墻是高層建筑的外圍護結構。它是由面板與支撐結構組合而成的結構體統。幕墻與主體構造之間一定的相對位移，同時不承擔主體結構的荷載和作用。

1.2目標的材料

（1）面板，目前所用的面板主要采用的是玻璃、鋁板和石板。

（2）支撐結構，由于幕墻部應用于高層結構，因此對它的支撐結構的抗拉、抗彎、以及對彈性強度的要求也比較高。一般情況下，都是選取鋁合金橫梁和立柱，為了使房屋更加透亮就需要比較好的采光條件，所以通常在首層使用豎向布置的玻璃作為支撐結構的協助體。

（3）幕墻中的鋼結構，在大跨度和大荷載的情況下，想要滿足對建筑設計的承載力就需要足夠大的抗拉強度和彈性模量，鋼材就是首要選擇。而且鋼材構件的建面面積小，不會影響建筑物的美感。所以在高層建筑的幕墻中，都會選擇鋼結構作為幕墻設計的支撐[1]。

因為幕墻的承載力和主體結構以及支撐連接的形式等要求不同，所以在選在鋼材時要選取合適的鋼材型號。采用的鋼材要符合幕墻設計的抗拉強度、伸長率以及屈服強度。一幫情況下，幕墻的鋼結構支撐都是采用碳素結構鋼、低合金鋼以及不銹鋼作為幕墻支撐結構的鋼材。當幕墻支撐結構高度超過40m時，就要選取高耐候鋼作為幕墻支撐結構，并且要在其表面涂刷防腐涂料。當鋼結構采用冷彎薄壁鋼時，要求鋼壁厚度不能小于3.5mm，強度要根據工程的實際情況進行驗算。

2、支撐鋼結構在建筑幕墻中應用的常見形式

2.1剛架結構形式

剛架結構形式的支撐鋼結構在現代建筑幕墻中有著非常廣泛的應用。剛架結構形式的主要特點是桿件之間采用剛性連接，因此其具有剛度較大、抗變形能力較強的優勢。不過，為了使桿件之間具有良好的傳遞彎矩，其節點構造通常會比較復雜，對質量的要求也較高[2]。

2.2桁架結構形式

桁架結構形式的支撐鋼結構的特點是桿件之間采用鉸進行連接，所以也可以將其桿件看作是二力桿，桿件內力只有軸力而無彎矩。桁架結構形式的主要優點在于結構比較簡單、參數計算方便、節點構造易實現，缺點則在于整體性較差、抗變形能力較弱。

2.3索桿結構形式

索桿結構形式的支撐鋼結構指的是通過張拉在索桿構件中施加預應力，以使結構產生剛度和抗變形能力[3]。由于其中所采用的索桿造型多樣化、構件輕盈、通透性好，具有較強的藝術表現力，因此被廣泛應用到了現代建筑幕墻設計當中。不過，索桿結構形式屬于一種幾何非線性結構，其自身張拉力對剛度的影響較大，因此設計和施工難度均較大。

3、支撐鋼結構在建筑幕墻中應用的鋼材要求

為保證支撐鋼結構在建筑幕墻中具有足夠的承載能力，在其設計中應當要充分考慮到建筑主體的結構形式、荷載情況以及連接方式等各種因素，并據此選擇合適的鋼材。鋼材必須要具備足夠的抗拉強度、伸長率以及屈服強度，并且S、P的含量要達標。部分鋼材還需經冷彎試驗合格。

3.1碳素結構鋼

建筑幕墻中的支撐鋼結構所采用的碳素結構鋼多為Q235，其需符合《碳素結構鋼》《優質碳素結構鋼》《高耐候結構鋼》《焊接結構用耐候鋼》等中的相關標準規定。在應用碳素結構鋼之前，需對鋼材進行有效的防腐處理，目前最常用的防腐處理方式是熱浸鍍鋅處理，其需要確保鋅膜符合《金屬覆蓋層鋼鐵制品熱鍍鋅層技術要求》中的相關標準要求;還可采用氟碳噴涂方式或聚氨酯噴涂方式，其需要確保涂膜厚度≥35μm或45μm（海濱地區和空氣污染嚴重地區）。在對鋼材進行焊接施工時，需符合《碳鋼焊條》《建筑鋼結構焊接規程》等中的相關標準規定。另外需注意，當建筑幕墻中的支撐鋼結構高度>40m時宜采用高耐候鋼;當采用冷彎薄壁型鋼時其壁厚應≥3.5mm。

3.2低合金鋼

低合金鋼是一種添加有最高5%含量的合金元素的鋼材，由于添加了合金元素，所以其強度得以大大提高。建筑幕墻中的支撐鋼結構所采用的低合金鋼多為Q345，其需符合《合金結構鋼》《低合金高強度結構鋼》《高耐候結構鋼》《焊接結構用耐候鋼》等中的相關標準規定。在應用低合金鋼之前，需對鋼材進行有效的防腐處理，處理方法基本與碳素結構鋼相同。在對鋼材進行焊接施工時，需符合《低合金鋼焊條》《建筑鋼結構焊接規程》等中的相關標準規定。同樣需注意，當建筑幕墻中的支撐鋼結構高度>40m時宜采用高耐候鋼;當采用冷彎薄壁型鋼時其壁厚應≥3.5mm。

3.3不銹鋼

建筑幕墻中的支撐鋼結構所采用的不銹鋼多為含鎳量≥8%的奧氏體不銹鋼，其需符合《不銹鋼熱軋鋼板和鋼帶》《不銹鋼冷軋鋼板和鋼帶》《不銹鋼棒》《冷頂鍛用不銹鋼絲》等中的相關標準規定。在進行鋼材性能試驗之時，需符合《金屬材料彎曲試驗方法》《金屬材料室溫拉伸試驗萬法》等中的相關標準規定。

4、支撐鋼結構在建筑幕墻中應用的參數計算

4.1強度驗算

強度驗算指的是對極限承載能力狀態下的構件強度進行計算，其在計算過程中應當要綜合考慮各種工況和影響因素，設計值應取最不利值。

4.2變形驗算

不同的結構形式具有不同的使用功能，進而也有著不同的變形控制值。一般情況下，如果建筑幕墻中的支撐鋼結構所采用的是剛架結構形式或者桁架結構形式，則其在風荷載下的撓度限值為自身跨度的1/250;如果是懸挑結構，則其跨度應為2倍懸挑長度;如果是張拉結構，則應取其自身跨度的1/200。

4.3穩定計算

一般應根據《鋼結構設計規范》來進行結構構件的穩定計算，其具體可分為兩部分進行分析，一部分是整體穩定分析，一部分是局部穩定分析。如果結構比較復雜，則還可利用相關軟件，通過幾何非線性屈曲進行分析。

結語：

總之，隨著現代建筑幕墻體系的不斷更新，不僅提高了建筑質量，而且提高了整體設計效果，豐富了建筑設計的內涵。然而，支承鋼結構在建筑幕墻中應用較為廣泛，因此有必要把握支承鋼結構的設計要點，充分發揮其優勢。

參考文獻：

[1]葉祥瑞，王柏生，葉靈鵬.混凝土攪拌站筒倉支撐鋼結構安全檢測評估研究[J].低溫建筑技術，2020，42（01）：76-80.

[2]劉伏良.高層裝配式鋼結構住宅綠色建筑技術分析——兼論鋼框架-鋼支撐結構體系的運用[J].四川建材，2019，45（12）：74-75.

[3]胡巖.鋼結構建筑樓板可調節嵌固式C型鋼支撐體系施工工法的研究[J].中國建材科技，2019，28（04）：110-111+115.