探析钢铝组合结构幕墙设计的应用

　　引言
　　钢铝组合结构以其质量轻、强度大、抗火性能好、造价低等优势已成功应用于诸多建筑工程上，不可否认，将钢铝组合结构应用于幕墙设计中可能还存在一些问题，但是，只要不断完善相应的技术与管理规范，并通过计算机辅助计算，对结构进行合理的设计，就能充分发挥钢材与铝材的性能特点，让这项技术在幕墙设计中得以推广与应用。
　　1、幕墙设计中选用钢铝组合结构的优势
　　1.1、重量轻
　　由于铝的密度与其他金属材料相比相对较小，钢结构也是密度小的金属混合物，所以同样大小面积的横梁（立柱）型材应用于幕墙之中，钢铝组合的重量最轻，而混凝土板幕墙、瓷板幕墙、千思板幕墙、微晶玻璃幕墙、陶板幕墙显得更重一些。钢铝组合使得建筑物重量减小。
　　1.2、强度较高
　　铝合金强度设计值是85.5MPa，弹性模量是70000MPa，因而其性质不能满足楼层数多等风载荷较大的建筑物的设计要求，时常达不到幕墙的使用要求。然而钢材的弹性模量是210000MPa，强度设计是215MPa。从数据可以得知，钢的强度大，这是钢铝组合中最需要的地方，它的弹性能模量约为铝合金的3倍，强度约为2.5倍，因此，钢铝巧妙的结合运用到幕墙设计中，荷载承重会大幅度的加强，强度将会得到很大的提高。
　　1.3、设计多变而又灵活
　　钢铝组合结构在幕墙设计中，将钢的强度大、弹性好以及价格低的优势和铝的耐腐蚀、装饰效果好等优势有机而又巧妙的结合起来，结合的形式各种各样。这样充分发挥出他们的各自优势，将材料运用到极限，从而使幕墙结构有较高的安全性和经济优势。钢铝组合结构其具有独特的光影和色彩以及良好的建筑艺术效果和建筑风格的造型，因而它具有良好的发展前景。
　　1.4、防火性能较强
　　铝材料在250℃下，其强度会降低到原来的一半，而当温度达到370℃时其强度将会丧失，这也正是铝材料不能应用于承重材料的主要原因之一。而钢材料却具有很强的耐热性能，虽然钢材料在100℃时材料的强度会有所降低，但是其强度在100℃之后不但不会随着温度的上升而降低，而且还会有所升高，这正是钢材料可以作为高温下承重材料的一个重要条件。将两种材料组合在一起，恰恰中和了两种材料的优点，使幕墙结构更坚固和稳定。在实际应用中将会更具有材料优势和技术优势。
　　2、存在的问题
　　玻璃幕墙在现代建筑中被广泛使用，因其具有独特的光影和色彩以及良好的建筑艺术效果和建筑风格的造型而具有良好的应用前景。但在实际工程使用中，我们仍然发现很多不足之处，比如：铝合金立柱型材，其在幕墙结构中本应用最多，但目前，其薄弱环节却越来越明显。其原因可能是铝合金的强度低，弹性模量小所致，若其应用在楼层数较多或风荷载较大的幕墙中恐难以为任。
　　再者，在实际运用中由于所运用的材质的原因，铝和钢在某些介质中还有可能形成化学上所谓的原电池，这对整个幕墙的安全性和可靠性有着极大的影响。如果能选用一些其他非原电池原料的材料将铝合金与钢隔开或避免其与原电池介质接触，可以避免这一缺点，这也是幕墙设计材料中需要改进的部分。
　　目前，在幕墙设计中应用钢铝组合结构还缺少与之相关的明确的标准和良好的行业规范。幕墙技术在建筑领域的大量应用和开阔的市场前景的背景下，即使国家出台了与之相关的政策法规，以及有关行业的监管部门制定了技术标准，但是钢铝组合结构在幕墙中的运用还处在探索的早期阶段，标准规范还没有形成最基本的体系与之配套，进而使得监管缺乏依据，工程质量也受到相应的影响。
　　3、钢铝组合结构在幕墙设计中应用计算机辅助计算
　　在幕墙设计中应用钢铝组合结构，就要对钢铝组合结构的性能进行分析与计算，让其承载力能够满足幕墙设计要求。组合中的钢材和铝型材共同组成一个截面，这个截面共同承受外荷载，那么，就要对这个组合截面的承载力进行计算，这种计算必须依靠专业的计算机程序对其组合截面进行模拟，这点是较难实现的。下面探讨一种简便的计算机辅助计算方法。
　　3.1、计算机辅助计算方法的假设条件的设定
　　1）由于在钢铝组合结构中，钢材和铝型材紧密地结合成一体，其在垂直于结构的承载作用可以认为二者是相同的，所以，假设在水平荷载作用下，钢材和铝型材的挠度相等，即等挠度原理；
　　2）除此之外，轴向力所引起的应力极小，所以可以不予考虑，假设轴向力所引起的应力为0。
　　3.2、钢铝组合结构的计算机辅助计算方法
　　求出等效形心轴，就可以对已经形成整体面域的钢铝组合结构的截面图形使用"炸开"命令，而后，再执行"面域"步骤和"布尔运算差集"步骤，之后再对钢材和铝型材截面图形执行"质量特性"命令，就可以求出基于等效形心轴的和值。
　　由于对于大跨度幕墙结构中钢铝组合结构的应用最重要的数据就是挠数，所以其计算结构最终得到钢铝结构的挠度，这种借助于计算机辅助技术进行的计算，虽然和实际值有些偏离，但基本上不影响其应用于实际工程设计中，因为其计算结果的实施偏差小于3℅。

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