淺談圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻面檁條的發(fā)展趨勢(shì)

張乃文

【摘 要】隨著社會(huì)發(fā)展與時(shí)代進(jìn)步，傳統(tǒng)工業(yè)建筑的外立面已經(jīng)從簡(jiǎn)單、單一 ，發(fā)展到如今多元、現(xiàn)代、大方、美觀的幕墻效果，與其配套的墻面檁條的節(jié)點(diǎn)處理也越來(lái)越復(fù)雜。論文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目介紹了電子廠房墻面檁條的相關(guān)問(wèn)題，如武漢華星光電項(xiàng)目主要介紹懸挑構(gòu)件的處理方法，合肥京東方項(xiàng)目主要介紹泄爆墻節(jié)點(diǎn)做法，詳細(xì)剖析了泄爆過(guò)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(guān)鍵詞】金屬幕墻；新型截面；設(shè)計(jì)方法；節(jié)點(diǎn)處理

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

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU312+.1 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2017）08-0152-03

1 項(xiàng)目介紹及分析

1.1 武漢華星光電項(xiàng)目

項(xiàng)目地址：湖北省武漢東湖新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)光谷左嶺產(chǎn)業(yè)園顯示產(chǎn)業(yè)基地。外墻圍護(hù)面積39000㎡，包括FAB1生產(chǎn)廠房、動(dòng)火食堂、4A連廊、2A管廊。

1.1.1 檁條設(shè)計(jì)說(shuō)明

武漢華星光電項(xiàng)目主結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，外墻板為 厚100mm的新型巖棉夾芯板聚氨酯側(cè)封。檁條截面形式為C型鋼、雙抱C型鋼，動(dòng)火食堂弧形部分采用矩形管。本工程采用喜利得5.8級(jí)M12化學(xué)錨栓。武漢基本風(fēng)壓為0.35kN/m2，風(fēng)荷載較小，故本次檁條設(shè)計(jì)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(zhì)Q345，如圖1所示。動(dòng)火食堂弧形部分檁條采用矩形鋼管，材質(zhì)為Q235B，弧形檁條用矩形管可以實(shí)現(xiàn)，因?yàn)槠渌麢_條不方便彎弧，如圖2所示。東立面高低跨，豎向檁條下部沒(méi)有固定點(diǎn)，懸挑長(zhǎng)度4m，原方案采用口對(duì)口抱焊C型鋼，經(jīng)多方討論檁條不宜懸挑過(guò)長(zhǎng)，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(wú)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(xué)錨栓

簡(jiǎn)單介紹本項(xiàng)目的埋件詳圖，豎向檁條和埋件相連接，由于混凝土結(jié)構(gòu)的誤差較大，因此檁條開(kāi)豎向長(zhǎng)圓孔，檁托板開(kāi)前后長(zhǎng)圓孔，埋板開(kāi)橫向長(zhǎng)圓孔，三個(gè)方向都可以調(diào)節(jié)以確保檁條外側(cè)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(xiàng)目應(yīng)用喜利得的化學(xué)錨拴M12，目前該化學(xué)錨栓應(yīng)用廣泛，已占領(lǐng)大部分外掛結(jié)構(gòu)項(xiàng)目和加固項(xiàng)目，其受力性能比較好，價(jià)格相對(duì)合理。在外維護(hù)系統(tǒng)中化學(xué)錨栓漸漸替代了膨脹螺栓，原因是風(fēng)的風(fēng)壓力和風(fēng)吸力會(huì)反復(fù)作用于錨栓，膨脹螺栓不宜受反復(fù)拉壓應(yīng)力。

1.2 合肥京東方項(xiàng)目

項(xiàng)目地址：合肥市合肥新站綜合開(kāi)發(fā)試驗(yàn)區(qū)魏武路與銅陵北路交口。外墻圍護(hù)面積165065㎡，包括A、B、D三個(gè)標(biāo)段。

1.2.1 檁條和泄爆系統(tǒng)的設(shè)計(jì)說(shuō)明

合肥京東方項(xiàng)目結(jié)構(gòu)類(lèi)型為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，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(jí)M12化學(xué)錨栓。合肥基本風(fēng)壓為0.35kN/m2，本次檁條設(shè)計(jì)部分難度不大，主要介紹泄爆系統(tǒng)。

泄爆定義：在設(shè)備和建筑物壁面設(shè)局部弱面，以泄放內(nèi)部爆炸壓力，降低爆炸作用，使其主體得到保護(hù)的防爆技術(shù)。其作用是發(fā)生爆炸時(shí)保護(hù)建筑物不會(huì)發(fā)生變形，防止泄爆飛出物體造成人員傷亡。規(guī)范要求：有爆炸危險(xiǎn)的甲、乙類(lèi)廠房輕質(zhì)墻體和輕質(zhì)屋蓋的自重不超過(guò)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(tǒng)的關(guān)鍵在于泄爆墊圈，它根據(jù)泄爆壓力來(lái)匹配使用，當(dāng)達(dá)到泄爆壓力時(shí)墊圈破壞，自攻螺釘失效，墻板就會(huì)和檁條分開(kāi)，從而達(dá)到泄爆的目的，牽引是為了避免墻板開(kāi)啟過(guò)大對(duì)外界造成傷害。

2 檁條的截面選擇及設(shè)計(jì)優(yōu)化

由于現(xiàn)在建筑市場(chǎng)蕭條，各大鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)為了競(jìng)標(biāo)，力求在用鋼量上做到最優(yōu)，用鋼量雖然能夠直接反應(yīng)成本，但采購(gòu)和加工的費(fèi)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(yīng)用較少，多用于屋面作為連續(xù)檁條使用。C型鋼直接采用鋼帶通過(guò)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(kāi)始鍍鋅，鍍鋅的價(jià)格和截面尺寸、方管的厚度、方管的長(zhǎng)度都有關(guān)系。C型鋼有國(guó)標(biāo)規(guī)格，方管只有常規(guī)規(guī)格，如果使用非常規(guī)規(guī)格價(jià)格會(huì)高出很多，而且需要提前訂貨。C型鋼的鋼材材質(zhì)一般為Q235和Q345，如果檁條計(jì)算非撓度起控制作用，建議使用薄壁高強(qiáng)的截面，用鋼量會(huì)省很多。endprint

2.2 檁條的設(shè)計(jì)思路

根據(jù)建筑立面的多數(shù)墻板的長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)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(shí)也要驗(yàn)算墻板能否滿足在風(fēng)荷載作用下的撓度要求。檁條計(jì)算可以參見(jiàn)《門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》、《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》和《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》。《門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》剛剛經(jīng)過(guò)修訂成為國(guó)標(biāo)規(guī)范，原來(lái)為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，我國(guó)修訂此規(guī)范曾參見(jiàn)美國(guó)金屬房屋制造協(xié)會(huì)MBMA《底層房屋體系手冊(cè)》，高度在18m以下的房屋計(jì)算墻面檁條時(shí)，按規(guī)程中的公式計(jì)算相比按荷載規(guī)范用鋼量會(huì)省很多，但是新門(mén)剛規(guī)范修改了很多系數(shù)，用鋼量和荷載規(guī)范差別不大了，因此檁條在規(guī)范的選擇上已經(jīng)沒(méi)有優(yōu)勢(shì)了。

目前計(jì)算檁條的軟件，如PKPM等，只停留在傳統(tǒng)的簡(jiǎn)支和多跨連續(xù)，由于一些電子廠房外立面造型獨(dú)特，常常會(huì)遇到檁條懸挑，這種計(jì)算在工具箱里是實(shí)現(xiàn)不了的，需要手動(dòng)建模計(jì)算。由于市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，各大鋼結(jié)構(gòu)公司都在尋求降低成本的設(shè)計(jì)方法，檁條系統(tǒng)提出了一個(gè)設(shè)計(jì)方法：多跨靜定梁模式。原因是檁條的運(yùn)輸長(zhǎng)度大概在12m左右，只有Z型鋼能作搭接連續(xù)設(shè)計(jì)，而C型鋼和方管現(xiàn)場(chǎng)拼接無(wú)法達(dá)到連續(xù)的效果，按照多跨靜定梁模式計(jì)算檁條的內(nèi)力和連續(xù)檁條相差不多。如圖9所示，此種模式檁條的變形和應(yīng)力都得到了很好的控制，是一個(gè)節(jié)省用鋼量的方法。

3 檁條的新型截面

冷彎薄壁型鋼構(gòu)件的穩(wěn)定問(wèn)題一直是科研工作者和規(guī)范編制人員的工作重點(diǎn)。由于超薄、高強(qiáng)鋼材帶來(lái)了許多新的問(wèn)題，如不同截面形式受彎構(gòu)件的屈曲模態(tài)和極限承載力都有很大區(qū)別。目前，對(duì)某些新型截面形式，如Σ形復(fù)雜卷邊槽鋼、v形復(fù)雜卷邊槽鋼軸壓構(gòu)件穩(wěn)定性能的理論和試驗(yàn)研究成果還比較少，現(xiàn)有國(guó)內(nèi)外規(guī)范也不夠完善，致使這些構(gòu)件很難直接應(yīng)用到設(shè)計(jì)中。

目前工程中應(yīng)用的單軸對(duì)稱薄壁構(gòu)件大多都是C型鋼即卷邊槽鋼，本文要推薦復(fù)雜卷邊槽鋼、腹板加勁復(fù)雜卷邊槽鋼這兩類(lèi)截面。冷彎薄壁型鋼規(guī)范中還沒(méi)有涉及這兩類(lèi)截面的相關(guān)性能。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)冷彎薄壁型鋼受彎構(gòu)件的研究主要以簡(jiǎn)單卷邊槽鋼為主。近年來(lái)，王海明對(duì)不同卷邊形式的C形截面在純彎和非純彎狀態(tài)下的穩(wěn)定性進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)及理論研究，并得出采用復(fù)雜卷邊的形式可大大改善卷邊穩(wěn)定性能的結(jié)論[1]。這個(gè)結(jié)論將會(huì)是一個(gè)未來(lái)的發(fā)展方向。

復(fù)雜卷邊槽鋼如圖10、圖11、圖12所示。

薄壁構(gòu)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(lái)越多的出現(xiàn)，廣大學(xué)者對(duì)這一屈曲模式也越來(lái)越重視。對(duì)于腹板加勁復(fù)雜卷邊槽鋼構(gòu)件受彎時(shí)，由于腹板的寬厚比減小，使局部屈曲應(yīng)力有所提高，導(dǎo)致畸變屈曲起控制作用。冷彎薄壁型鋼規(guī)范中計(jì)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(gè)缺陷：一是需要對(duì)每塊板件進(jìn)行幾何特性的計(jì)算，對(duì)于復(fù)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(guó)內(nèi)學(xué)者參鑒國(guó)外規(guī)范的直接強(qiáng)度法提出了匹配我國(guó)規(guī)范的直接強(qiáng)度法，此種方法計(jì)算簡(jiǎn)便，可直接計(jì)算全截面幾何特性，同時(shí)也考慮了畸變屈曲的影響，公式詳見(jiàn)王海明的博士論文。此公式適用于復(fù)雜卷邊槽鋼和卷邊槽鋼。對(duì)于此類(lèi)受彎加勁截面構(gòu)件的受力狀態(tài)在不同約束條件下的穩(wěn)定性能還有待研究，目前只是有相應(yīng)的試驗(yàn)研究，確定腹板Σ形加勁復(fù)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(duì)構(gòu)件的屈曲模式有很大影響，現(xiàn)有的公式不能夠匹配，因此腹板加勁復(fù)雜卷邊槽鋼受彎構(gòu)件極限承載力的直接強(qiáng)度法的研究是以后的發(fā)展方向。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)兩個(gè)項(xiàng)目介紹了電子廠房檁條的相關(guān)問(wèn)題，詳細(xì)剖析了泄爆過(guò)程，并指出泄爆系統(tǒng)的關(guān)鍵在于泄爆墊圈，其精髓是板與檁條的連接破壞，而非構(gòu)件的破壞，因此無(wú)需考慮泄爆壓力對(duì)檁條的影響。除此之外，提出了檁條截面類(lèi)型的發(fā)展方向，并介紹了三種新型截面及國(guó)內(nèi)人員的研究成果，這也為科研人員提供了方向，同時(shí)也為加工制造設(shè)備的更新和工程軟件的開(kāi)發(fā)指明了道路。

【參考文獻(xiàn)】

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

【2】于欣永.新型截面冷彎薄壁型鋼受彎構(gòu)件穩(wěn)定性能研究[D].沈陽(yáng)：沈陽(yáng)建筑大學(xué)，2012.endprint