一、 钢结构的分段问题

　　1 铝型材骨架应当分段

　　铝型材立柱层层分段，横梁与立柱通过螺栓铰接，这是常规的做法。铝型材骨架这种做法，是为了减少温度变化时在骨架中产生的温度应力，这对铝合金型材是必要的，因为：

　　1)铝的温度线胀系数为2.35X10-5/oC，远远大于钢材的线账系数1.2X10-5/oC ， 更远大于混凝土的线胀系数1.0X10-5./oC。无论铝型材骨架固定在钢结构上还是固定在混凝土结构上，温度变化时都要产生很大的变形差，从而出现很大的温度应力。

　　2)铝合金的弹性模量为0.7X105MPa，在端部不可位移时，温度变化1oC将在铝型材中产生1.6MPa的应力;温度变化50OC，温度应力将达到80MPa。而铝合金的强度较低，难以承受如此大的温度应力。

　　因此，铝合金骨架采用层层分段的方式来减少温度变化的影响是合理的。

　　2 分段不是解决温度问题的xx`方法

　　2.1 解决温度问题的两种方法

　　钢骨架是不是也要按照铝合金骨架的方式来做呢，是不是一定要竖向层层分段，水平三米一段?我们的回答是：不一定要切得这么碎。

　　切碎是设计最省事的办法，尺寸越小，温度的影响就小，这是尽人皆知的常识。把构件切碎，弄成短短的，当然就不用费心去做温度应力计算，不用专门考虑抗温度变化措施。由于最初做幕墙的不是建筑结构行业，而是飞机制造行业，所以历史地形成了通通切断的行业习惯。

　　对付温度影响不一定要断开，断开是一种方法，但不是xx方法。解决温度的影响可以有两条途径：

　　1) 构件断开，支点自由，结构随温度变形，减少或xx温度应力这。称为“有变形，无应力”;

　　2) 构件连续，支点约束，结构温度变形受到限制，甚至不准变形，温度应力由钢结构自己的强度承受。称为“有应力，无变形”。

　　解决温度变化问题的两种办法在实际中都有应用：

　　1) 有温度变形，无温度应力：

　　常规幕墙的骨架;老式低速铁路的铁轨(长度13.2m);用许多温度缝分 开的厂房;带活动接头的管道;

　　2) 约束温度变形，承受温度应力：

　　巨型航空母舰;巨型油轮;大型油罐;超大跨公共建筑;超高层建筑;核反应堆;大容量炼铁高炉;高速铁路的超长钢轨(长度一般超过1000m，甚至几百公里无缝隙);大量焊接钢结构。

　　2.2 钢结构有能力承受温度应力

　　结构钢Q235强度设计值为215N/mm2;Q345强度设计值315 N/mm2。 在xx固定，不能变形的情况下，温度每变化1oC，钢构件中产生的温度应力为2.4 N/mm2。即使温度变化50oC，也就产生120N/mm2的温度应力，远小于钢的强度设计值。况且，通常幕墙骨架连接在主体结构上，温度变化时，支座随主体结构位移，钢骨架受到变形约束很小，温度应力远小于这个按支座固定考虑的数值。

　　实际上， 钢材和混凝土的膨胀系数相近：

　　钢材：1.2X10-5/oC

　　混凝土：1.0X 10-5/oC

　　所以，钢筋混凝土结构才有可能应用。钢幕墙结构和钢主体结构、钢幕墙结构和主体钢结构或主体混凝土结构膨胀系数相同或相近，温度变化时幕墙钢结构的温度应力接近于零。实际工程钢结构往往不分段，或者不会分段太密。

　　如国家大剧院，215mX145m，全部焊成一个刚性的“大碗”，无分缝;鸟巢，296mX310m，钢构件全部刚性连接成为整体，没有缝;深圳湾体育馆，两馆一场由连续曲面覆盖，屋面支承结构为双向单层网壳，长530m，连续不分缝。

　　高层建筑同样如此，世界xx的哈里法塔，高度度828米;上海三座高楼：金茂大厦420米，环球金融495米，上海中心635m 。总不能把它们统统切成三米一段吧?

　　主体钢结构不分段，幕墙钢结构同样可以不分段。

　　北京凤凰传媒中心玻璃幕墙的支承钢结构长度达200m，连续焊接不分段(图1)。中国建筑科学研究院办公楼的室外电梯，夹层玻璃方钢管框架支承，立柱90m高，连续焊接不分段，无接头，多年使用没有问题(图2)。

　　2.3幕墙钢结构是否分段由设计者自己决定

　　幕墙钢结构与主体钢结构或主体混凝土结构相连接，两者温度变形相同或相近，温度应力很小;钢材强度很高，xx可以承受温度应力。所以断与不断都不成问题，怎么做都可以，断与不断，由设计者自行决定：

　　全部砍断，传统做法，肯定可行，但是增加许多连接节点，费工费料。

　　加长杆件，减少断口，可以节省工料，但温度问题要从计算和构造上加以考虑。

　　全部不断，必须计算温度和位移产生的应力，分析结构的变形耐受能力，采取措施确保结构安全。

　　二、 钢立柱分段后上下柱的连接

　　1 上下柱是否连接取决于立柱计算图形

　　1.1按铰接多跨梁设计的立柱应加以连接

　　立柱如果上下连通不分段，那就不存在上下柱连接的问题。上下柱的连接是因为分段而产生。

　　设计计算时如果将立柱作为铰接多跨梁设计，接头部位就是一个铰节点，铰节点应满足两个条件：接头处上下柱的水平位移相等;接头应能传递水平剪力。这就要求：

　　1)连接部件应与上下柱紧密接触，连接可靠，没有空隙，不产生上下柱的相对水 平位移;

　　2)连接部件应有足够承载能力，可以承受立柱的水平剪力。

　　1.2按分层简支梁设计的立柱可以不连接

　　如果立柱按层分段，各自按分段简支梁设计，每段立柱在上下端各设一个连接点与主体结构连接，那么各段立柱就是独立工作，上下柱之间就可只留空隙，可以不加连接(图3)。

　　2用芯柱连接的条文是针对铝型材规定的

　　JGJ133-2001中关于上、下柱连接闭口截面应采取芯柱连接的规定是针对铝型材立柱而言的。因为该规范于1998~2000年期间编制，当时幕墙绝大部分都是采用闭口截面铝型材，基本上不用钢型材。铝型材容易开模，可以按照实际采用的立柱截面，随时开模生产对应的芯柱铝型材，而且铝型材采用高精级和超高精级，可以做到内外柱紧密滑动配合。

　　芯柱连接用于铝型材立柱的连接是合理的。

　　3.钢型材立柱不宜采用芯柱连接

　　2000年以后，钢型材大量使用，JGJ133-2001的规定就不适应钢型材了。钢型材大量是开口断面，无法插芯;钢型材不能随便定尺寸，轧辊不能随便改，无法紧密配合;精度做不到高精级，滑动不了，或者空隙很大，芯柱晃动。

　　按照我国型钢标准，方钢管外柱和内芯之间一定会有2mm间隙，插芯接头保证不了位移相同，能传递剪力的基本要求。从型钢表可以看出，在幕墙立柱方钢管的常用断面范围内，大一型号的方钢管外轮廓尺寸比小一型号的方钢管大10mm，而方钢管壁厚均为4mm，这就是产生2mm空隙的原因。例如用80X50X4方管立柱，套70X40X4方管芯柱，必然四周都有2mm空隙。

　　有些工程方钢管立柱套用铝型材芯柱连接的做法，大钢管套小钢管，但无法像铝立柱那样做到外柱与芯柱滑动紧密配合。内外方钢管怎么也有大大小小的空隙，接头晃来晃去，不得不在芯柱上补焊小钢板，再用铣床削平，非常麻烦，而且很难安装(图4)。

　　北京美联国际中心立柱方钢管用方钢管芯柱连接，芯柱长度250毫米。受钢管型号限制，外柱选用160mmX80mmX6mm，内腔为148mmX68mm;芯柱146mmX66mmX6mm，前后左右都有2mm空隙。由于芯柱留下较大空隙，要用焊钢板填充(图6)。

　　2000年以后，钢型材在幕墙中应用越来越多，钢型材尺寸偏差大，闭口方钢管内置方钢管芯柱难以做到滑动紧密配合，而实际工程中还大量采用槽钢、工字钢，这些开口型材无法采用芯柱连接。

　　新问题要有新办法，因此JGJ102规范和JGJ133规范对于钢立柱的连接作了相应的规定。对于立柱，芯柱不再是xx的连结方式，还可以采用型钢和钢板连接，只要达到铰节点处上下柱位移一致，能承受水平剪力就可以了。

　　4钢型材立柱可以用钢板或型钢连接

　　钢型材有钢型材的特点，要针对具体情况具体选用连接方式。只要达到两个要求就可以了：保证上下柱位移一致;能传递剪力。

　　通常，可采用型钢或钢板作为连接板，一端焊接或用圆孔螺栓;另一端用长圆孔螺栓。当然，如果能做到配合良好，管材也可以用芯管连接。

　　用钢板或钢型材连接，下端可以是焊接或圆孔螺栓连接，上端通常用竖向长圆孔螺栓连接(图7、图8)。

　　广州合银大厦石材幕墙高度190米。方钢管立柱用角钢夹住，下端焊接，上端螺栓滑动连接;或者钢立柱下端圆孔螺栓，上端长圆孔螺栓。钢板连接不仅用于幕墙钢结构，甚至连超高层建筑的巨型钢柱都可以用钢板连接。

　　5实体墙面上钢立柱的上、下柱连结

　　在实体墙面上钢立柱上、下柱之间如作为铰结，也可采用型钢、钢板连接，只要上、下柱位移一致，连接件可以承受水平剪力。至于具体连接的形式可以多种多样。在实体墙面上，支座可以加密，位置也可以灵活安排。因此也可以将横梁、立柱分段设置，左右梁间、上下柱间留15mm空隙，支座布置在空隙旁边，梁柱悬臂段很短，这时也可以留空而不加连接。留空不连接时，各梁段、柱段独立进行计算分析。

　　三、 钢结构的防锈措施

　　1 钢结构防锈必须充分注意

　　幕墙采用钢结构支承必须注意防锈问题。否则长期使用之后，钢构件腐蚀严重，尤其是在滨海地区和酸雨严重的地区。

　　有些幕墙的支承钢结构没有重视防锈问题，完工几年后，结构构件锈蚀极其严重，要修补非常困难(图9、图10)。

　　有些工程采用方钢管，这种闭口型材的内表面难以进行防锈，时间一长，就会因内壁生锈而流黄水，污染面板。所以，如果内壁没有采取防锈措施，就要封闭两端的开口。

　　3.防锈方法可以有多种多样

　　钢结构防腐措施可以有多种思路， 规范要求“采取防腐措施”， 规范没有要求钢结构一定要镀锌。镀锌是一种方法，但不是只有镀锌一种方法。

　　钢结构镀锌是有效的防锈方法，如广州合银大厦2001年停工，部分面板未安装，大部板缝未打胶，10年开敞。停工十年后，2011年准备复工，检查时发现，镀锌钢构件保持完好，焊缝保持良好，不锈钢螺栓良好，只有部分垫板锈蚀，防火岩棉的钢托板已经锈蚀。

　　镀锌是一种方法，但不是xx的方法

　　钢材镀锌是防锈的有效方法，但是还有许多其他防锈方法：

　　涂富锌防锈漆;

　　涂船用防锈漆;

　　喷涂氟碳防腐层;

　　采用氧化铁保护层耐候钢板。

　　卢森堡是炼钢高技术国家，世博会卢森堡馆的屋面、墙面和地面都是铁锈保护层耐候钢板，卢森堡馆像“生锈废铁堆”，“生锈铁板”的铁板上贴着告示，请观众不要擦掉铁锈，这层铁锈是防腐蚀层。只要这铁锈层保持完好，钢板就不会继续生锈(图13)。

　　澳大利亚馆外幕墙用铁锈色钢板，则是一种铁锈色的防锈涂料。开始为浅褐色，随时间推移，渐渐加深，xx成为深铁锈色(图14)。

　　青岛光大银行1999年建成。半钢化中空玻璃，单铝板，新疆红花岗岩。钢龙骨长度超过当地的镀锌槽长度，无法采用镀锌防锈。考虑到青岛有造船厂，全部钢结构采用船漆防腐。船漆泡海水都不怕，在陆地上还怕什么?

　　防腐蚀还有另一条思路-----必要时可预留腐蚀厚度。

　　上海地下土层是饱含地下水的软土，高层建筑要打入50米~70米的钢桩。打桩时钢桩穿过土层，任何涂层都会磨掉，只能用裸钢。地下水腐蚀条件下，钢材腐蚀速度为0.01mm/年，1mm厚度足够腐蚀100年。百年大计，加厚钢桩高腐蚀条件，涂层做不了，与其苦苦找防锈措施，不如干脆不防了，随它去腐蚀。只要加厚了，随你腐蚀一百年，剩下的有效厚度大于设计厚度，就没有问题了。

　　防是办法，不防也是办法。把钢材的计算或构造截面厚度加大1mm，就足够在地下埋50年。腐蚀掉1mm，剩下的厚度还足够。

　　幕墙钢结构在地上工作，取决于大气腐蚀程度，腐蚀速度为0.02mm~0.04mm/年。构件每侧加厚1mm就足够腐蚀25年~50年，可以不用担心腐蚀问题了。

　　4埋入混凝土的部分可以不镀锌

　　混凝土可以保护钢筋不被锈蚀，这是钢筋混凝土结构应用的前提。因此预埋件不必镀锌，露出混凝土表面的面板可在焊接完成后补涂防锈涂料。用于主结构连接的土建预埋件也是不镀锌的。

　　埋入混凝土的钢型材不应涂防锈漆，钢柱埋入混凝土的部分也不用镀锌。

　　四、 钢结构的挠度控制

　　1.20毫米、30毫米限制的来源

　　十多年前编制JGJ102-96、JGJ133-2001的时候，幕墙横梁立柱的挠度限值加了xx挠度的限值。这引自欧洲规范。因为当时欧洲和国内幕墙主要用于办公楼和酒店，层高一般3m~4m，这个规定一般不会产生矛盾。

　　2.幕墙钢结构跨度很大，出现矛盾

　　现在幕墙支承结构跨度很大，进入21世纪，幕墙大量应用到大型公共建筑和形状奇特的建筑，支承结构的跨度达到20m、30m，有些幕墙工程的支承钢结构甚至达到40m、50m。远远超出了3m、4m的范围。再要用一个固定的指标来控制已经不可能了。鉴于20(30)mm的规定在许多工程中无法执行，而且这规定与结构设计标准规范的常规做法不同。所以JGJ102-2003规范已经取消了这个规定。

　　JGJ133规范和JGJ102规范的新版本也没有xx挠度限制的规定。

　　产品标准《建筑幕墙》GB/T21086保留了十多年前的这个规定，使一些工程审图和验收时遇到麻烦。

　　GB是强制性标准，无特殊理由应当执行;GB/T是推荐性标准，倾向要按规定执行。 因此，是否按GB/T的规定执行要根据实际情况自己作出决定，GB/T的规定没有强制性。

　　GB/T21086 属于推荐性标准，标准中的表11关于4.5m以上跨度的支承结构，xx挠度不大于30mm的规定，不列入JGJ102和JGJ133这样的工程标准。

　　3.结构设计不按xx挠度进行位移控制

　　实际工程中，许多玻璃幕墙支承结构的跨度远远大于4.5m，不可能满足30mm的限值。北京首都机场T3航站楼幕墙立柱xx达到40m，30mm相当于L/1330，这要求是不合理的。不可能按30mm控制其挠度(图2、4)。

　　昆明机场玻璃幕墙15m、18m高的钢柱挠度远超过30mm，专家会议论证合格通过。

　　铝型材3.6m以上，钢型材5m以上，挠度很容易超过20mm限值，只好规定4.5m以上时放宽至30mm。那20m、30m、50m跨度时又怎么办?

　　“鸟巢”屋面跨度300m，自重作用下计算挠度185mm，卸载实测挠度178mm，相当于跨度的1/1700，刚度非常大，难道也要控制30mm?

　　南宁国际会展中心，玻璃幕墙钢板柱，计算挠度大于30mm。上海虹桥机场候机楼的幕墙钢柱高达20m，其挠度也不是30mm所能控制。

　　上海世博会阳光谷高达41米，位移超过30mm。

　　索网玻璃幕墙的挠度可达900mm。

　　迪拜哈里法塔，高度828米，在50年一遇风荷载下位移：

　　顶点1450mm

　　办公层1250mm

　　展望台750mm

　　住宅顶层450mm

　　结构设计不采用xx挠度控制。结构和构件的跨度相差悬殊，有些构件的跨度可能不到1m，有些可长达100m、300m。不能用一个数值控制。

　　虽然可以按跨度分几个档次规定，这实际上不就是用相对挠度控制吗?

　　幕墙支承结构的挠度采用相对值控制是合理的。

　　所以，JGJ102规范和JGJ133规范的新版本中，幕墙支承结构的挠度控制值，不论钢结构还是铝结构，均限制为不超过跨度的1/200。