试析支撑钢结构在建筑幕墙中的应用

艾军

【摘要】随着社会经济的快速发展和城市化进程的不断推进，城市建筑数量不断增加，人们对建筑设计也提出了更高的要求。幕墙设计是现代建筑设计的重要内容。只有幕墙体系施工良好，才能保证建筑工程的整体施工效果。支承钢结构不是完全独立的结构，往往与建筑主体的混凝土结构联系在一起，设计难度较大。本文主要讨论支撑钢结构在建筑幕墙中的应用。

【关键词】支撑钢结构;建筑幕墙;应用

【中图分类号】TU228

【文献标识码】A

1、概述

1.1幕墙的特点

幕墙是高层建筑的外围护结构。它是由面板与支撑结构组合而成的结构体统。幕墙与主体构造之间一定的相对位移，同时不承担主体结构的荷载和作用。

1.2目标的材料

（1）面板，目前所用的面板主要采用的是玻璃、鋁板和石板。

（2）支撑结构，由于幕墙部应用于高层结构，因此对它的支撑结构的抗拉、抗弯、以及对弹性强度的要求也比较高。一般情况下，都是选取铝合金横梁和立柱，为了使房屋更加透亮就需要比较好的采光条件，所以通常在首层使用竖向布置的玻璃作为支撑结构的协助体。

（3）幕墙中的钢结构，在大跨度和大荷载的情况下，想要满足对建筑设计的承载力就需要足够大的抗拉强度和弹性模量，钢材就是首要选择。而且钢材构件的建面面积小，不会影响建筑物的美感。所以在高层建筑的幕墙中，都会选择钢结构作为幕墙设计的支撑[1]。

因为幕墙的承载力和主体结构以及支撑连接的形式等要求不同，所以在选在钢材时要选取合适的钢材型号。采用的钢材要符合幕墙设计的抗拉强度、伸长率以及屈服强度。一帮情况下，幕墙的钢结构支撑都是采用碳素结构钢、低合金钢以及不锈钢作为幕墙支撑结构的钢材。当幕墙支撑结构高度超过40m时，就要选取高耐候钢作为幕墙支撑结构，并且要在其表面涂刷防腐涂料。当钢结构采用冷弯薄壁钢时，要求钢壁厚度不能小于3.5mm，强度要根据工程的实际情况进行验算。

2、支撑钢结构在建筑幕墙中应用的常见形式

2.1刚架结构形式

刚架结构形式的支撑钢结构在现代建筑幕墙中有着非常广泛的应用。刚架结构形式的主要特点是杆件之间采用刚性连接，因此其具有刚度较大、抗变形能力较强的优势。不过，为了使杆件之间具有良好的传递弯矩，其节点构造通常会比较复杂，对质量的要求也较高[2]。

2.2桁架结构形式

桁架结构形式的支撑钢结构的特点是杆件之间采用铰进行连接，所以也可以将其杆件看作是二力杆，杆件内力只有轴力而无弯矩。桁架结构形式的主要优点在于结构比较简单、参数计算方便、节点构造易实现，缺点则在于整体性较差、抗变形能力较弱。

2.3索杆结构形式

索杆结构形式的支撑钢结构指的是通过张拉在索杆构件中施加预应力，以使结构产生刚度和抗变形能力[3]。由于其中所采用的索杆造型多样化、构件轻盈、通透性好，具有较强的艺术表现力，因此被广泛应用到了现代建筑幕墙设计当中。不过，索杆结构形式属于一种几何非线性结构，其自身张拉力对刚度的影响较大，因此设计和施工难度均较大。

3、支撑钢结构在建筑幕墙中应用的钢材要求

为保证支撑钢结构在建筑幕墙中具有足够的承载能力，在其设计中应当要充分考虑到建筑主体的结构形式、荷载情况以及连接方式等各种因素，并据此选择合适的钢材。钢材必须要具备足够的抗拉强度、伸长率以及屈服强度，并且S、P的含量要达标。部分钢材还需经冷弯试验合格。

3.1碳素结构钢

建筑幕墙中的支撑钢结构所采用的碳素结构钢多为Q235，其需符合《碳素结构钢》《优质碳素结构钢》《高耐候结构钢》《焊接结构用耐候钢》等中的相关标准规定。在应用碳素结构钢之前，需对钢材进行有效的防腐处理，目前最常用的防腐处理方式是热浸镀锌处理，其需要确保锌膜符合《金属覆盖层钢铁制品热镀锌层技术要求》中的相关标准要求;还可采用氟碳喷涂方式或聚氨酯喷涂方式，其需要确保涂膜厚度≥35μm或45μm（海滨地区和空气污染严重地区）。在对钢材进行焊接施工时，需符合《碳钢焊条》《建筑钢结构焊接规程》等中的相关标准规定。另外需注意，当建筑幕墙中的支撑钢结构高度>40m时宜采用高耐候钢;当采用冷弯薄壁型钢时其壁厚应≥3.5mm。

3.2低合金钢

低合金钢是一种添加有最高5%含量的合金元素的钢材，由于添加了合金元素，所以其强度得以大大提高。建筑幕墙中的支撑钢结构所采用的低合金钢多为Q345，其需符合《合金结构钢》《低合金高强度结构钢》《高耐候结构钢》《焊接结构用耐候钢》等中的相关标准规定。在应用低合金钢之前，需对钢材进行有效的防腐处理，处理方法基本与碳素结构钢相同。在对钢材进行焊接施工时，需符合《低合金钢焊条》《建筑钢结构焊接规程》等中的相关标准规定。同样需注意，当建筑幕墙中的支撑钢结构高度>40m时宜采用高耐候钢;当采用冷弯薄壁型钢时其壁厚应≥3.5mm。

3.3不锈钢

建筑幕墙中的支撑钢结构所采用的不锈钢多为含镍量≥8%的奥氏体不锈钢，其需符合《不锈钢热轧钢板和钢带》《不锈钢冷轧钢板和钢带》《不锈钢棒》《冷顶锻用不锈钢丝》等中的相关标准规定。在进行钢材性能试验之时，需符合《金属材料弯曲试验方法》《金属材料室温拉伸试验万法》等中的相关标准规定。

4、支撑钢结构在建筑幕墙中应用的参数计算

4.1强度验算

强度验算指的是对极限承载能力状态下的构件强度进行计算，其在计算过程中应当要综合考虑各种工况和影响因素，设计值应取最不利值。

4.2变形验算

不同的结构形式具有不同的使用功能，进而也有着不同的变形控制值。一般情况下，如果建筑幕墙中的支撑钢结构所采用的是刚架结构形式或者桁架结构形式，则其在风荷载下的挠度限值为自身跨度的1/250;如果是悬挑结构，则其跨度应为2倍悬挑长度;如果是张拉结构，则应取其自身跨度的1/200。

4.3稳定计算

一般应根据《钢结构设计规范》来进行结构构件的稳定计算，其具体可分为两部分进行分析，一部分是整体稳定分析，一部分是局部稳定分析。如果结构比较复杂，则还可利用相关软件，通过几何非线性屈曲进行分析。

结语：

总之，随着现代建筑幕墙体系的不断更新，不仅提高了建筑质量，而且提高了整体设计效果，丰富了建筑设计的内涵。然而，支承钢结构在建筑幕墙中应用较为广泛，因此有必要把握支承钢结构的设计要点，充分发挥其优势。

参考文献：

[1]叶祥瑞，王柏生，叶灵鹏.混凝土搅拌站筒仓支撑钢结构安全检测评估研究[J].低温建筑技术，2020，42（01）：76-80.

[2]刘伏良.高层装配式钢结构住宅绿色建筑技术分析——兼论钢框架-钢支撑结构体系的运用[J].四川建材，2019，45（12）：74-75.

[3]胡岩.钢结构建筑楼板可调节嵌固式C型钢支撑体系施工工法的研究[J].中国建材科技，2019，28（04）：110-111+115.