不仅大型公共建筑,而且许多高层建筑的幕墙也采用焊接钢结构。天津地铁大厦洞石幕墙高达175m,采用了焊接钢骨架(图6)。中国建筑科学研究院办公楼的观光电梯高90m,处于室外环境,方钢管一通到顶,不分段;梁柱全部焊接;与主体结构也是焊接,整个结构没有一个螺栓(图7、图8)。
广州银行大厦花岗岩幕墙高度260.9m,是目前国内第二高的石材幕墙,采用方钢管和角钢横梁 ,横梁与立柱焊接(图8、图9)。
2011年新建的广东图书馆采用花岗岩石板凹凸不平墙面,形成这非平面幕墙骨架的钢结构,采用焊接(图10、图11)。
2010年上海世博会的世博轴上有6个玻璃的阳光谷,为高度41.5m、直径 90m~97m的大喇叭花,玻璃幕墙和采光顶总面积达31500m2(图12)。采用全焊接方钢管单层网壳结构。三向布置的方钢管杆件30738根,长度1.0m~3.5m,截面高度180mm~550mm;大部分采用焊接箱形6牛腿节点,少量采用实心铸钢6牛腿节点;杆件与节点构件采用全熔透一级焊缝连接(图13、图14)。
2010年正在施工的北京凤凰传媒中心是一座面包圈形的钢结构(图15), 图8 广州银行大厦,2011,260m 图9 广州银行大厦钢横梁与钢立柱焊接
主要承重结构是梯形截面的钢箱梁,为长达200米的空间双曲线(图12),幕墙钢结构为圆钢管爬梯形双曲空间骨架(图13)。幕墙爬梯形钢骨架在工厂预先焊在主结构的梯形截面曲梁上,分段运到工地安装,焊接为整体(图14)。
在主体结构的曲梁上 整根200米长的双曲空间结构
图19 成都博物馆,世界面积最大20000m2金铜版幕墙,多晶体外形,方钢管全焊接骨架世界最大面积的铜板幕墙—成都博物馆,外形为不规则多晶体,支承结构为全焊接方钢管(图19)。
上述如此大型、如此复杂的幕墙钢结构都能采用全焊接,还有什么幕墙钢结构不能焊接呢?
应该说,幕墙的钢横梁和钢立柱可以采用螺栓或螺钉连接;也可以采用焊缝连接;还可以部分节点用螺栓连接,而另外部分节点用焊接。设计者可以根据工程特点和自己的习惯灵活选用。
六、 幕墙规范新版本相应条文已经修改
规范是成熟经验的总结,只有在工程中广泛采用、技术成熟的内容才能列入规范的条文。因此,总是先有实践,后有规范。实践已经向前推进了,规范就必须进行修订。
正因为老规范的规定不是为钢结构编制的,许多规定不适用于钢结构。所以修改老的幕墙规范是大势所趋。《玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ 102-2003 已经将原规定“横梁应通过角码、螺钉或螺栓与立柱连接”修改为“横梁可通过角码、螺钉或螺栓与立柱连接”,意味着钢横梁与钢立柱“可不”用螺栓连接,可以采用焊接。“应”改为“可”,一字之差为幕墙钢结构采用焊接打开了口子。
JGJ 133 规范和JGJ 102规范的新版本已经进行新的修订。修订后的条文将统一表达为:“钢结构可以采用焊缝连接、螺栓或螺钉连接,也可以部分节点采用焊缝连接、部分节点采用螺栓或螺钉连接。焊缝连接的设计应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017 和《冷弯薄壁型钢结构设计规范》GB 50018 的规定;焊接的施工应符合现行行业标准《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ 81 的规定。”
七、 小结
1. JGJ 133-2001 第5.6.6 条的规定是针对铝合金型材编制的,是16年前历史的产物,许多针对铝合金结构的规定不能直接套用到钢结构中。
2. 焊接是钢结构的基本连接方法,同样也是幕墙钢结构的基本连接方法。幕墙钢结构的设计应遵照《钢结构设计规范》 GB 50017 规定和幕墙规范新版本的规定执行。其连接可以采用螺栓、焊缝或者两者在同一工程中混合使用。
3. 已建工程的经验和多次振动台试验结果,以及2008年汶川大地震的考验,都表明了幕墙采用焊接钢结构是没有问题的。
4.目前,许多大型公共建筑和大量的高层建筑的幕墙工程都在采用焊接钢结构。
5.JGJ 102和JGJ133 的新版本对幕墙钢结构的焊接问题已经做出了明确的规定,设计和施工应按规定执行。【完】
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