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1、幕墙钢横梁和钢立柱的焊接问题 赵西安 （中国建筑科学研究院 北京 100013） 提 要 金属与石材幕墙工程技术规范JGJ 133- 是90年代针对铝合金型材而编制的，第5.6.6条的规定不合用于钢构造。幕墙钢构造采用焊接已有十近年历史，并经历了汶川大地震的考验。目前许多大型公共建筑和高层建筑的幕墙都在采用焊接钢构造。实践表白幕墙钢构造采用焊接是没有问题的。新修订的幕墙规范已经对幕墙钢构造焊接问题作出相应规定。核心词 幕墙规范 钢构造 焊接1 问题的提出进入21世纪，钢构造在幕墙工程中大量应用，这是此前主线没估计到的。随之而来就产生了幕墙工程中钢横梁和钢立柱可否采用焊接的现实问题。由于现行金属
2、与石材幕墙工程技术规范 JGJ 133- 第5.6.6条规定“横梁应通过角码、螺钉或螺栓与立柱连接”，由此而来在许多工程中引起争议，被迫停工的事件也时有发生。如何理解JGJ 133- 规范中第5.6.6条规定的实际含义，如何在幕墙钢构造中合理应用焊接连接，已经成为不可回避的问题。2 2 JGJ 133 规范编制的时代背景金属与石材幕墙工程技术规范 JGJ 133- 颁布于 年，编制于19961997年，是上一种世纪九十年代的产物，距离今天已有十四五年的历史了。理解和应用 JGJ 133 规范，不能离开当时的历史背景和技术水平。国内从上个世纪八十年代开始浮现幕墙，九十年代初形成幕墙行业。但是最初
3、进入这一行业的并不是建筑公司，而是飞机制造公司。当时幕墙公司几乎全是军转民的飞机制造厂，它们熟悉铝合金材料，但对钢构造比较陌生。当时幕墙重要应用于办公楼和酒店，层高一般3m4m，采用铝合金型材完全可以满足受力规定。因此幕墙行业的共识是幕墙只用铝合金构造，不采用钢构造。当时幕墙的普遍称呼是“铝合金建筑幕墙”、“铝合金玻璃幕墙”。 19931995年编制玻璃幕墙工程技术规范 102-96 期间，通过努力，终于去掉了“铝合金”三个字，但是在幕墙中采用钢构造并没有被行业的大多数人接受。因此 JGJ 102-96 和 JGJ 133- 两本规范就是针对铝合金构造编制的，仅仅由于连接件不能不波及钢材，因此
4、才列入某些有关钢材的内容。正由于如此，规范许多条文的规定不合用于钢构造。 十五年前的技术条件下，铝合金构造现场焊接还很难实现；而螺栓和螺钉连接对飞机制造厂来说轻车熟路，非常习惯。因此 JGJ 102-96、JGJ 133- 两本规范很自然规定“横梁应通过角码、螺钉或螺栓与立柱连接”。这对当时的铝合金构造是万无一失的可靠作法，自然得到幕墙厂家的肯定。 十五年前编制 JGJ 133规范时，并没有幕墙设计审查制度，对黑体字条文的理解是“强调、提示、着重”，提示幕墙厂家“无特殊理由不要违背”。那时谁也没有预料到后来会浮现审查单位，会演变成今天的按条审查，“一条否决”。因此黑体字的强制性条文列得比较多，
5、为了引起注重，甚至连某些并非唯一的具体做法也写成黑体字，产生了后来强制性条文管得过宽的成果。 十五年过去了，客观现实已经发生了巨大变化，完全不同于上一种世纪的状况。但是规范始终没有修订，已经远远滞后于目前的技术水平，也不适应目前的技术管理制度。这就是问题和矛盾产生的历史因素。3 钢构造设计规范是幕墙钢构造设计的基本根据 既然JGJ 102 、JGJ 133 规范是针对铝合金构造编制的，不完全合用于钢构造，那么在规范的新修订版本颁布之前，幕墙钢构造设计的基本根据就应当是现行国标钢构造设计规范 GB 50017-。 钢构造设计规范GB 50017 合用于主体钢构造和围护钢构造。幕墙钢构造是钢构造的
6、一部分，是处在钢构造设计规范的合用范畴。 GB 50017规范对普遍合用的钢构造焊接作出了具体明确的规定，幕墙钢构造是钢构造的一部分，固然可以采用焊接。 时代在发展，技术在进步。十五年前铝合金构造现场难以焊接的问题现已经不再是不可解决的困难。新颁布的铝合金构造设计规范 GB 50429 对铝合金构造的焊接作出了明确的规定。目前，虽然是铝合金型材也不是非要螺栓连接不可，也可以采用焊接了。4 幕墙钢构造采用焊接已有十近年历史 规范 JGJ 133 是在1996 年开始编制的，由于它是针对铝合金型材编制，因此没有波及钢构造如何设计的问题。于是九十年代有某些工程不接受规范JGJ 133的约束，直接按照
7、钢构造设计规范 JGJ 17-87的规定，设计和建造了钢构造支承的幕墙，并且是采用焊接。 19961998年间，笔者参与了广州的广东省公安厅、广东省交通大厦、广东省建设银行大厦幕墙工程，其石材幕墙部分均采用了焊接钢构造（图1）。至今已经十近年过去，中间还经历了多次强台风的考验，使用状况始终良好。 广东省公安厅（1997） 广东交通大厦（1998） 广东省建行大厦（1998） 图1 石材幕墙采用焊接钢构造支承 最令人难忘的是发生在1998年的有关幕墙采用焊接钢构造的大辩论。四川成都地区在九十年代初期已经采用焊接钢构造建造了大批铝板和石材幕墙，1998年金属与石材幕墙工程技术规范 JGJ 133
8、进入送审阶段，送审稿传到四川后，根据第5.6.6条有关应采用螺栓连接的规定，省里有关部门下令所有拆除钢横梁立柱焊接的已建幕墙，这引起成都市有关部门的剧烈反对，双方展开了长时间的争论。钢横梁与钢立柱能不能焊接，既有大批幕墙要不要拆除成为针锋相对的焦点问题。最后吵到了北京，会议上双方都拍了桌子。在从事钢构造的技术人员的劝和下，这批幕墙幸存了下来，静静地度过了整整十年。谁也没有想到，1998年双方都不服的“技术诉讼”，终于在十年后由汶川大地震给出了判决。5 实践证明幕墙完全可以采用焊接钢构造 幕墙钢构造采用焊接不仅符合钢构造设计规范的规定，而更重要的是，十近年的科学实验和工程经验都表白：幕墙钢构造不
9、许采用焊接是毫无道理的。 实践是检查真理的唯一原则。 十近年来，国内已建的采用焊接钢构造支承的铝板和石材幕墙，从未因采用焊接钢构造而发生过安全事故；广州、深圳等地的此类工程甚至经历了多次12级到14级强台风的吹袭而完好无损。 十年来，国内进行过多次石材幕墙的振动台实验，仅笔者参与的实验就有五个。为了挑战极限，支承构造都采用了柔性的焊接钢构造 ，实验地震加速度大大超过设防烈度7、8度，达到相称于9度，甚至10度。幕墙试件的位移角达到1/701/50。在这样的位移下，实际房屋的主体构造早已倒塌；而而幕墙试件的焊接钢构造和面板都保持完好。这些振动台实验成果表白：幕墙采用焊接钢构造完全可以满足抗震规定
10、。 5月12日发生了汶川大地震，成都地区的幕墙经历了空前的大考验。1998年备受争议、但幸运地得以保存达十年之久的焊接钢构造幕墙，犹如那些螺接钢构造幕墙同样，在7度区的成都、8度区的德阳、9度区的都江堰、绵阳都保持完好。震害调查表白：采用焊接钢构造的金属和石材幕墙具有优良的抗震性能。 我们可以列举大量例子证明幕墙采用焊接钢构造是安全的，但是谁又能举出例子，阐明仅仅是由于支承钢构造采用了焊接就发生安全事故，哪怕举出一种工程也行！ 经历了如此大范畴、如此严酷的考验，在实践这个真理的原则面前，尚有什么理由不许幕墙采用焊接钢构造呢？6 目前大量幕墙工程采用焊接钢构造 进入21世纪，钢构造大量应用于幕墙
11、骨架，焊接自然成为许多工程支承钢构造的连接方式。尽管有人反对，但是“青山挡不住，毕竟东流去”，幕墙钢构造采用焊接是不也许阻挡的。建成的青岛大剧院石材幕墙4万平方米，外形复杂多变，装饰线脚和造型非常多，所有钢骨架采用焊接（图2）。建成的广州新白云机场，候机楼的点支玻璃幕墙由方钢管梁柱支承，不仅梁柱自身焊接，并且幕墙整个骨架直接焊在主构造上（图3）。 图2 青岛大剧院（）和石材幕墙焊接钢构造 图3 广州新白云机场（）点支玻璃幕墙的焊接骨架 建成的北京首都机场T3航站楼，玻璃幕墙双夹胶中空，板块尺寸3.6mX1.8m，由跨度为10.8m的钢铝组合梁支承。钢梁通过焊接牛腿连接到幕墙的竖向钢桁架（图4）
12、。同样宁夏银川机场候机楼的玻璃幕墙由方钢管横梁和立柱构成的焊接构造支承（图5）。 图4 首都机场T3航站楼（） 图5 银川机场候机楼（） 不仅大型公共建筑，并且许多高层建筑的幕墙也采用焊接钢构造。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，处在室外环境，方钢管一通到顶，不分段；梁柱所有焊接；与主体构造也是焊接，整个构造没有一种螺栓（图7、图8）。 图6 天津地铁大厦洞石幕墙的焊接骨架（） 图7 中国建筑科学研究院办公楼，室外电梯90m高整体焊接钢构造 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，采用方钢管立柱和
13、角钢横梁 ，横梁与立柱焊接（图8、图9）。 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构造，采用焊接（图10、图11）。 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 90m97m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构造。三向布置的方钢管杆件30738根，长度1.0m3.5m，截面高度180mm550mm；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）。 正在施工的北京凤凰传媒中心是一座面包圈形的钢构造（图15）， 图8 广州银行大厦，
14、260m 图9 广州银行大厦钢横梁与钢立柱焊接 图10 广东图书馆花岗岩幕墙， 图11 钢骨架采用焊接重要承重构造是梯形截面的钢箱梁，为长达200米的空间双曲线（图12），幕墙钢构造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构造的梯形截面曲梁上，分段运到工地安装，焊接为整体（图14）。 图12 一号阳光谷，焊接单层壳构造 图13 焊接箱形节点，注意其牛腿与钢管的焊缝 图14 焊接箱形节点（左）和焊接铸钢节点（右） 图15 北京凤凰传媒中心，曲梁长达200米 图16 鳞片形玻璃幕墙的支承构造焊在主体曲梁上 图17 圆钢管爬梯形幕墙构造通过铁扁担预先焊 图18 主体曲梁连同幕墙爬梯分段安装焊为 在主体构造的曲梁上 整根200米长的双曲空间构造 上述如此大型、如此复杂的玻璃幕墙钢构造都能采用全焊接，尚有什么幕墙钢构造不能焊接呢？ 应当说，幕墙的钢横梁和钢
