淺談新型金屬護(hù)欄的生產(chǎn)加工安裝工藝與應(yīng)用發(fā)展

鐘飛翔

江西省地質(zhì)局普查綜合大隊 江西 南昌 330000

引言

欄桿是建筑中一種傳統(tǒng)的建筑構(gòu)件，傳統(tǒng)建筑中的欄桿并不涉及整個建筑的受力體系，但是它在建筑藝術(shù)中有著非常成功的形式。伴隨著建筑本身的發(fā)展，以及科學(xué)技術(shù)、材料和人們審美觀念的提高，護(hù)欄也得到了極大的發(fā)展，從傳統(tǒng)的木制、石制、磚制、陶制護(hù)欄發(fā)展到鐵制、不銹鋼制、鋁制、玻璃制、尼龍鋼制、聚氯乙烯制等多種材質(zhì)，形態(tài)各異，造型優(yōu)美。在現(xiàn)代建筑工程中，更是沒有護(hù)欄的設(shè)計應(yīng)用，護(hù)欄不僅具有安全防護(hù)的功能，同時也是一種美化建筑的構(gòu)件，為設(shè)計創(chuàng)造出優(yōu)美的建筑提供了條件。但再華麗的建筑也要保證建筑構(gòu)件的安全，所以國家頒布了相應(yīng)的建筑規(guī)范和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了護(hù)欄的設(shè)計和應(yīng)用，對產(chǎn)品的生產(chǎn)提出了一定的安全要求。施工更是關(guān)系到廣大人民群眾的切身利益，只有對護(hù)欄安全防護(hù)的概念了解清楚，才能更好地把握好設(shè)計應(yīng)用的方向。

今天，軸承和裝飾性的金屬制品在建筑群中得到了成功的應(yīng)用，它們既有支撐的作用，又有裝飾的作用。20世紀(jì)70～80年代，城市公共建筑中的裝飾構(gòu)件有著重要的功能性和組成性。藝術(shù)鑄件的各種模塊的組合允許設(shè)計師創(chuàng)建建筑和公共元素的原始裝飾組合，這些元素被用作地標(biāo)或已知的區(qū)域標(biāo)記。與此同時，裝飾和軸承金屬元素的重復(fù)出現(xiàn)，完成了建筑的整體形象，也在城市景觀中形成了線性節(jié)奏(作為一種更大的圖案)的結(jié)構(gòu)。對歷史事物重建的迫切需求也促使建筑師重新創(chuàng)造開放空間環(huán)境的和諧意象，其特有的主旋律就是金屬裝飾藝術(shù)。昔日商人的府邸以檐篷和遮陽篷的形式，重新獲得了傳統(tǒng)建筑的元素。有時候，這些元素就像是城市空間的一個強大的組合口音，例如修復(fù)的歷史物體的入口的組織和餐館、咖啡館、酒店、銀行的新功能的增加。另一方面，金屬檐篷的使用再次擴大到新的對象－現(xiàn)在有框架車庫的汽車，所謂的汽車檐篷與富有表現(xiàn)力的裝飾圖案。傳統(tǒng)的金屬裝飾的造型，往往充實了新的線性節(jié)奏，反映了后現(xiàn)代時代不斷塑造的精神和可塑性。今天，人們提出的問題不僅是如何將一個單一的建筑物作為一個有價值的、獨立的有機體來形成，而且還要如何創(chuàng)造一個不可分割的、整體的城市環(huán)境形象。

當(dāng)代城市演進(jìn)的建筑與設(shè)計模式是雙向的。一方面，隨著建筑過程中“個性化”的發(fā)展，高度個性化的項目和手工鍛造的使用再次出現(xiàn)。另一方面，成型技術(shù)不斷發(fā)展，材料的化學(xué)、電學(xué)和激光加工方法不斷改進(jìn)，計算機建模和設(shè)計技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，使金屬制品成本低、質(zhì)量大。

許多歐洲城市的歷史街區(qū)通常被認(rèn)為是低層建筑的城市核心。當(dāng)代包含的金屬元素在老建筑的結(jié)構(gòu)提供了一個新的創(chuàng)作開放的環(huán)境，他們參與其中。反過來，裝飾性的金屬元素映射在購物櫥窗的玻璃表面和高層建筑的玻璃表面，這些也不可避免地出現(xiàn)在城市的文化和歷史核心。因此，環(huán)境被豐富在多維，對話的方式。一個有吸引力的鑄鐵花邊圖案線條，通常呈現(xiàn)在門戶，路邊和陽臺格柵，圍欄，燈具和其他形式的街道和城市設(shè)計，也成為一個特殊的主旋律空間。所有這些間接形成了豐富、連續(xù)的視覺節(jié)奏，并形成了一個完整、和諧和詳細(xì)的城市環(huán)境組織[1]。

1 金屬護(hù)欄加工生產(chǎn)安裝分析

住宅建筑護(hù)欄選用材料時，一定要注重耐腐蝕性，根據(jù)《建筑用玻璃與金屬護(hù)欄》對常用的材料進(jìn)行要求。不銹鋼材料宜采用奧氏體型不銹鋼，化學(xué)成分應(yīng)符合 GB/T 20878 的相關(guān)要求，且Ni含量不宜小于8.00%，Cr含量不宜小于16.00%。 在建筑領(lǐng)域應(yīng)用范圍廣，耐腐蝕性好，具有良好的維護(hù)、加工性能和機械性能，表面美觀。護(hù)欄只可選用奧氏體型不銹鋼材料，其他的不銹鋼材料就不適合使用了，例如鐵素體型不銹鋼，在耐腐蝕方面不如奧氏體型不銹鋼，但用于室內(nèi)護(hù)欄，表面進(jìn)行電鍍處理，提高表面的裝飾性和耐腐蝕性，也具有較好使用效果。

結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)符合 GB/T 699、GB/T 700或 GB/T 1591 的相關(guān)規(guī)定。表面應(yīng)采取有效防腐、防銹的處理措施；銅加速乙酸（CASS）試驗應(yīng)大于16h，且表面不應(yīng)有針孔、鼓泡等缺陷。表面的防腐防銹措施，應(yīng)包括鋼管內(nèi)壁表面的處理，不應(yīng)只是外表面的要求。研究表明，因內(nèi)壁難以進(jìn)行表面處理，處理成本高，在應(yīng)用的護(hù)欄中，采用碳素鋼管的護(hù)欄產(chǎn)品，都未經(jīng)過內(nèi)壁表面處理，在一些室外護(hù)欄中，因環(huán)境潮濕，管內(nèi)壁積水受潮，不易干燥，產(chǎn)生由里往外腐蝕現(xiàn)象，外表面的保護(hù)層看上去還是完好，實際已被嚴(yán)重腐蝕。根據(jù)研究，無保護(hù)層的低碳鋼在含氯化物的海洋環(huán)境中的腐蝕率為單位面積每年0.15mm，如果不加防護(hù)，腐蝕繼續(xù)進(jìn)展，材料很快就會出現(xiàn)嚴(yán)重的減薄。為了避免安全隱患，選擇碳鋼管時，一定要求管的內(nèi)外壁的表面防腐措施，并充分考慮因腐蝕減薄的使用年限。

鋁及其合金的焊接一直是設(shè)計人員和技術(shù)人員面臨的巨大挑戰(zhàn)。鋁合金，如2xxx系和5xxx系等，由于熔化區(qū)形成的氣孔和枝晶組織等焊接缺陷嚴(yán)重影響了接頭的力學(xué)性能，因此很難采用熔焊技術(shù)進(jìn)行連接。攪拌摩擦焊接技術(shù)是解決目前難以焊接的鋁合金連接問題的一種經(jīng)濟可行的方法。特別是，它吸引了航空航天和海洋工業(yè)的注意力，由于潛在的重量和成本節(jié)約，結(jié)合良好的保留性能。這個過程的細(xì)節(jié)已經(jīng)在其他地方描述過了，實質(zhì)上是由一個旋轉(zhuǎn)的銷釘(連接到一個肩膀)組成，這導(dǎo)致銷釘附近的塑性變形很高(ε>40)，由于工具件和材料之間的連接，摩擦產(chǎn)生了大量的熱量。根據(jù)晶粒和析出物的顯微結(jié)構(gòu)角色塑造，在FSW過程中確定了3個不同的區(qū)域，即攪拌區(qū)(熔核區(qū))、熱機械影響區(qū)(TMAZ)和熱影響區(qū)區(qū)(HAZ)。攪拌區(qū)(即 d < 10μm) 中，攪拌摩擦加熱過程中強烈的塑性變形和摩擦加熱導(dǎo)致再結(jié)晶細(xì)晶組織的形成。晶粒細(xì)化是發(fā)生在熔核區(qū)的動態(tài)重結(jié)晶的結(jié)果。熔核的顯微組織取決于刀具的轉(zhuǎn)速和橫向速度以及銷釘?shù)膸缀涡螤畹葏?shù)。許多作者研究了這些參數(shù)對不同鋁合金熔核組織和晶粒結(jié)構(gòu)的影響 。然而，對于母材初始組織對熔核晶粒尺寸的影響，已經(jīng)進(jìn)行了一些研究。研究了冷加工和熱處理工藝對5083鋁合金和2024鋁合金熔核區(qū)晶粒組織的影響[2]。

在欄桿施工的過程中，存在有如下三個方面的問題：

首先，材料的選擇依據(jù)圖集要求不銹鋼立柱及扶手管材采用奧氏體不銹鋼，常見不銹鋼管材直徑為60～80mm，壁厚為3.0～4.0mm，實際檢測中發(fā)現(xiàn)，壁厚常為1.2～1.8mm。嚴(yán)重不滿足設(shè)計及圖集要求。

其次，土建單位及護(hù)欄安裝單位前后不協(xié)調(diào)，依據(jù)《鋁合金護(hù)欄》（16J509）、《樓梯欄桿欄板》（15J403-1）（替代06J403-1）相關(guān)內(nèi)容欄桿立柱及扶手端部采用預(yù)埋鋼板進(jìn)行連接。實際工程中土建單位與欄桿安裝單位無法協(xié)調(diào)統(tǒng)一，預(yù)埋件在省內(nèi)較少按設(shè)計及圖集要求支座。后期施工中由欄桿安裝單位采用膨脹螺絲或鋼筋頭等方式連接固定。原本固結(jié)支座變?yōu)榻坪喼?，立柱與扶手抗彎性能急劇下降。

最后，現(xiàn)階段各地市建設(shè)工程管理與監(jiān)督單位對待建筑護(hù)欄驗收程序未見相關(guān)正式文件。驗收過程中重點集中于欄桿高度、立柱間距、縫隙寬度，對于欄桿承載能力、安裝質(zhì)量多數(shù)工程也僅僅靠推一推、拉一拉等方式進(jìn)行查看。相關(guān)材料送檢、安裝質(zhì)量檢驗等技術(shù)保障資料缺失。因此在施工過程中應(yīng)尤為注意相關(guān)問題的出現(xiàn)[3]。

2 結(jié)束語

在現(xiàn)代住宅建筑中，護(hù)欄不但起到裝飾美學(xué)的效果，重要的是護(hù)欄承擔(dān)著建筑結(jié)構(gòu)安全防護(hù)作用。在護(hù)欄的設(shè)計中，應(yīng)從護(hù)欄的力學(xué)性能、結(jié)構(gòu)安全、防護(hù)高度、材料安全和裝飾美學(xué)等多個方面進(jìn)行綜合性、系統(tǒng)性的設(shè)計。當(dāng)然，僅僅有一些規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的參量和要求是不夠，尚需要護(hù)欄設(shè)計師和材料研究單位的配合，不斷探索護(hù)欄在住宅建筑中應(yīng)用的問題，匯總與完善相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，才能夠不斷設(shè)計出即安全、適用、耐久、可靠、造型優(yōu)美，又有良好的社會經(jīng)濟效率的護(hù)欄。