幕墻規(guī)范的新解讀（五）——幕墻鋼結構設計

　　第一部分 幕墻鋼結構的焊接（詞條“焊接”由行業(yè)大百科提供）問題

　　一 、 JGJ 133-2001 規(guī)范編制的時代背景

　　《金屬與石材幕墻工程技術規(guī)范》 JGJ 133-2001 頒布于 2001 年，編制于1996~1997年，是上一個世紀九十年代的產物，距離今天已經有十六年的歷史了。理解和應用 JGJ 133 規(guī)范，不能離開JGJ 133-2001編制當時的歷史背景和技術水平。

　　我國從上個世紀八十年代開始出現(xiàn)幕墻，九十年代初形成幕墻行業(yè)。但是最初進入這一行業(yè)的并不是建筑公司，而是飛機制造公司。當時幕墻公司幾乎全是軍轉民的飛機制造廠，它們熟悉鋁合金材料，但對鋼結構比較陌生。當時幕墻主要應用于辦公樓和酒店，層高一般3m~4m，采用鋁合金型材完全可以滿足受力要求。因此幕墻行業(yè)的共識是幕墻只用鋁合金結構，不采用鋼結構。當時幕墻的普遍稱呼是“鋁合金建筑幕墻（詞條“建筑幕墻”由行業(yè)大百科提供）”、“鋁合金玻璃幕墻”。

　　1993~1995年編制《玻璃幕墻工程技術規(guī)范》 102-96 期間，經過努力，終于去掉了“鋁合金”三個字，但是在幕墻中采用鋼結構并沒有被行業(yè)的大多數(shù)人接受。因此 JGJ 102-96 和 JGJ 133-2001 兩本規(guī)范就是針對鋁合金結構編制的，僅僅因為連接件不能不涉及鋼材，所以才列入一些有關鋼材的內容。正因為如此，規(guī)范許多條文的規(guī)定不適用于鋼結構。

　　十六年前的技術條件下，鋁合金結構現(xiàn)場焊接還很難實現(xiàn);而螺栓和螺釘連接對飛機制造廠來說輕車熟路，非常習慣。所以 JGJ 102-96、JGJ 133-2001 兩本規(guī)范很自然規(guī)定“橫梁應通過角碼（詞條“角碼”由行業(yè)大百科提供）、螺釘或螺栓與立柱連接”。這對當時的鋁合金結構是萬無一失的可靠作法，自然得到幕墻廠家的肯定。

　　十六年過去了，客觀現(xiàn)實已經發(fā)生了巨大變化，完全不同于上一個世紀的情況。但是JGJ 133規(guī)范很長一段時間沒有修訂，已經遠遠不適應于當前的技術水平，也不適應當前幕墻工程大量應用鋼結構的現(xiàn)實情況。

　　二、 《鋼結構設計規(guī)范》是幕墻鋼結構設計的基本依據

　　既然JGJ 102-96 、JGJ 133-2001 規(guī)范版本是針對鋁合金結構編制的，不完全適用于鋼結構。幕墻鋼結構既然是鋼結構的一類，其設計的基本依據就應該是現(xiàn)行國家標準《鋼結構設計規(guī)范》 GB 50017-2003。

　　《鋼結構設計規(guī)范》GB 50017 適用于主體鋼結構和圍護鋼結構。幕墻鋼結構是鋼結構的一部分，是處于《鋼結構設計規(guī)范》的適用范圍。

　　GB 50017規(guī)范對普遍適用的鋼結構焊接作出了詳細明確的規(guī)定，幕墻鋼結構是鋼結構的一部分，當然可以采用焊接。時代在發(fā)展，技術在進步。十五年前鋁合金結構現(xiàn)場難以焊接的問題現(xiàn)在已經不再是不可解決的困難。新頒布的《鋁合金結構設計規(guī)范》 GB 50429 對鋁合金結構的焊接作出了明確的規(guī)定。現(xiàn)在，即使是鋁合金型材也不是非要螺栓連接不可，也可以采用焊接了。

　　三、 幕墻鋼結構采用焊接已經有十多年歷史

　　規(guī)范 JGJ 133-2001 是在1996 年開始編制的，由于它是針對鋁合金型材編制，所以沒有涉及鋼結構如何設計的問題。于是九十年代有一些工程不接受規(guī)范JGJ 133-2001的約束，直接按照《鋼結構設計規(guī)范》 JGJ 17-87的規(guī)定，設計和建造了鋼結構支承的幕墻，而且是采用焊接。

　　1996~1998年間，筆者參與了廣州的廣東省公安廳、廣東省交通大廈、廣東省建設銀行大廈幕墻工程，其石材幕墻部分均采用了焊接鋼結構(圖1)。至今已經十多年過去，中間還經歷了多次強臺風的考驗，使用情況一直良好。

　　最令人難忘的是發(fā)生在1998年的關于幕墻采用焊接鋼結構的大辯論。四川成都地區(qū)在九十年代初期已經采用焊接鋼結構建造了大批鋁板和石材幕墻，1998年《金屬與石材幕墻工程技術規(guī)范》 JGJ 133 進入送審階段，送審稿傳到四川后，根據第5.6.6條關于應采用螺栓連接的規(guī)定，省里有關部門下令全部拆除鋼橫梁立柱焊接的已建幕墻，這引起成都市有關部門的激烈反對，雙方展開了長時間的爭論。鋼橫梁與鋼立柱能不能焊接，現(xiàn)有大批幕墻要不要拆除成為針鋒相對的焦點問題。最后論戰(zhàn)到了北京，會議上雙方都說服不了對方。在從事鋼結構的技術人員的勸和下，這批幕墻幸存了下來，靜靜地度過了整整十年。誰也沒有想到，1998年雙方都不服的“技術訴訟”，終于在十年后由2008年汶川大地震給出了判決。

　　汶川地震中，鋼結構支承的石材幕墻無一破壞，無論是焊接還是螺接鋼結構都經受了強烈地震的考驗。

　　四、 實踐證明幕墻完全可以采用焊接鋼結構

　　幕墻鋼結構采用焊接不僅符合《鋼結構設計規(guī)范》的規(guī)定，而更重要的是，十多年的科學試驗和工程經驗都表明：幕墻鋼結構不許采用焊接是毫無道理的。實踐是檢驗真理的唯一標準。

　　十多年來，我國已建的采用焊接鋼結構支承的鋁板和石材幕墻，從未因采用焊接鋼結構而發(fā)生過安全事故;廣州、深圳等地的這類工程甚至經歷了多次12級到14級強臺風的吹襲而完好無損。

　　十年來，國內進行過多次石材幕墻的振動臺試驗，僅筆者參與的實驗就有五個。為了挑戰(zhàn)極限，支承結構（詞條“支承結構”由行業(yè)大百科提供）都采用了柔性的焊接鋼結構 ，試驗地震加速度大大超過設防烈度（詞條“設防烈度”由行業(yè)大百科提供）7、8度，達到相當于9度，甚至10度。幕墻試件的位移角達到1/70~1/50。在這樣的位移下，實際房屋的主體結構早已倒塌;而而幕墻試件的焊接鋼結構和面板都保持完好。這些振動臺試驗結果表明：幕墻采用焊接鋼結構完全可以滿足抗震要求。

　　2008年5月12日發(fā)生了汶川大地震，成都地區(qū)的幕墻經歷了空前的大考驗。1998年備受爭議、但幸運地得以保存達十年之久的焊接鋼結構幕墻，如同那些螺接鋼結構幕墻一樣，在7度區(qū)的成都、8度區(qū)的德陽、9度區(qū)的都江堰、綿陽都保持完好。震害調查表明：采用焊接鋼結構的金屬和石材幕墻具有優(yōu)良的抗震性能。

　　經歷了如此大范圍、如此嚴酷的考驗，在實踐這個真理的標準面前，還有什么理由不許幕墻采用焊接鋼結構呢?

　　五、 現(xiàn)在大量幕墻工程采用焊接鋼結構

　　進入二十一世紀，鋼結構大量應用于幕墻骨架，焊接自然成為許多工程支承鋼結構的連接方式。

　　2009年建成的青島大劇院石材幕墻4萬平方米，外形復雜多變，裝飾線腳和造型非常多，全部鋼骨架采用焊接(圖2)。2008年建成的廣州新白云機場，候機樓的點支玻璃幕墻由方鋼管梁柱支承，不但梁柱本身焊接，而且幕墻整個骨架直接焊在主結構上(圖3)。

　　2007年建成的北京首都機場T3航站樓，玻璃幕墻雙夾膠中空，板塊尺寸3.6mX1.8m，由跨度為10.8m的鋼鋁組合梁支承。鋼梁通過焊接牛腿連接到幕墻的豎向鋼桁架(圖4)。同樣寧夏銀川機場候機樓的玻璃幕墻由方鋼管橫梁和立柱組成的焊接結構支承(圖5)。

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