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規定
1、 本標準的幕墻鋼結構,指連接在主體結構上,直接傳遞幕墻系統荷載到主體結構, 不承擔主體結構荷載,不增加主體結構剛度,能適應主體結構變形的鋼構件或鋼結構體系。
2、 幕墻鋼結構設計應符合《鋼結構設計標準》GB 50017和《冷彎薄壁型鋼結構技術 規范》GB50018的規定,滿足相關規范要求并符合本標準規定。
3、 幕墻鋼結構防火應按本標準第7章設計并滿足《建筑設計防火規范》GB50016及《建筑鋼結構防火技術規范》CECS200中燃燒性能和耐火ji限的要求。
4、大跨度的桁架、網架、網殼、拱形結構、預應力網格、索張弦結構,以及設置在鋼 結構建筑或鋼-混凝土混合建筑結構上的雨蓬、采光頂等鋼結構,應由建筑設計單位承擔結構設計。其圍護系統由幕墻設計承擔時,主體設計單位應提供鋼結構設計相應文件。
5、幕墻鋼結構設計應包括體系設計、結構計算、構件設計、構造設計和結構體系的整體穩定校核。
(1) 體系設計包括結構選型、構件布置;
(2)幕墻鋼結構應按彈性理論計算,計算模型的邊界條件應與實際節點構造和結構傳力途徑一致;
(3)構件采用的鋼材牌號和質量等級應符合《鋼結構設計標準》GB 50017的規定。桿件 截面應根據強度、穩定性和剛度的要求計算確定;
(4)構造設計應包括截面構造、構件組成、連接節點、支座構造、體系形成,并對加工 制作及安裝等提出要求。
6、應優先采用按國家或行業現行標準定型生產的型材和制品。
7、鋼結構設計文件中,應注明所采用的規范、幕墻結構設計使用年限、抗震設防烈 度、鋼材牌號、連接材料的型號(或鋼號)和設計所需的附加保證項目。對焊接連接,應注明焊縫熔透形式、尺寸和質量等級。文件應注明結構的設計耐火等級,構件的設計耐火ji限、所需要的防火措施及其防火材料的性能要求。還應注明螺栓防松構造要求,鋼結構zui低防腐蝕設計年限和防護措施、施工要求等。
二、結構與構造
1、幕墻鋼結構的計算內容應包含強度、撓度、局部及整體穩定性、連接構造等計算。
2、幕墻鋼結構的穩定性:
(1) 索結構、空間網格結構安裝施工階段和成形使用階段應作整體穩定性分析。
(2) 軸壓、壓彎、受彎構件應作穩定性分析;豎向分層或連續懸掛系統,立柱應驗算僅在水平荷載作用下的受彎穩定性。
(3) 兩端簡支的彎曲構件,當采用箱型截面且同時滿足公式19.2.2-1和19.2.2-2時,可不 驗算其整體穩定性。
h/b0≤6 (19.2.2-1)
l1/b0≤95(235/fy) (19.2.2-2)
式中
l1
——
側向約束點的距離(mm);
b0
——
箱型截面寬度(mm);
h
——
箱型截面高度(mm);
fy
——
鋼材屈服強度(N/mm2)。
(4) H型鋼或等截面工字形簡支梁受壓翼緣的自由長度l1與其寬度b1之比不超過表19.2.2規定的數值時,可不計算梁的整體穩定性。
表19.2.2 型鋼或等截面工字形簡支梁不需計算整體穩定性的zui大l1/b1值
鋼號
跨中無側向支承點的梁
跨中受壓翼緣有側向支承點的梁 不論荷載作用于何處
荷載作用于上翼緣
荷載作用于下翼緣
Q235
13.0
20.0
16.0
Q345
10.5
16.5
13.0
Q390
10.0
15.5
12.5
Q420
9.5
15.0
12.0
對跨中無側向支承點的梁,l1 為其跨度;對跨中有側向支承點的梁,l1為受壓翼緣側向 支承點間的距離(梁的支座處視為有側向支承)。
(5) 跨度較大或截面狹薄或承受彎扭荷載的簡支梁,支承處應有防止其端部截面扭轉失穩的構造措施。
3、 非預應力受拉構件的長細比不應大于350,在永 久荷載與風荷載組合作用下受壓時,其長細比不宜大于 250。正常受壓構件的長細比不應大于 150,桿件的內力不大于承載能力 百分之50時,其長細比不應大于200。
4、 幕墻鋼結構的變形性能設計,應綜合考慮結構承載力和變形能力,變形性能設計應 與主體結構的變形設計相協調;對主體結構剛度敏 感時,應明確提出對主體結構剛度的控制指標。當主體結構變形較大時,幕墻連接節點設計應考慮主體結構變形的影響,連接節點構 造應能消減主體結構的變形影響并協調至幕墻體系相適應的程度。
5、 焊接鋼構件采用的鋼板厚度宜為4mm~16mm。不宜采用厚板焊接構件,不應采用 小截面厚板焊接構件。焊接組合截面的鋼板,厚度差異不宜超過一倍。矩形或工字型截面的梁、柱宜采用定型型材。
6、 單塊板材或疊合焊接的板材不宜用作幕墻結構體系中的主受力梁、柱構件。
7、構件截面的高寬比:
( 1) 柱截面高度(圓柱為直徑)不宜小于柱計算長度的1/30。
(2) 矩形截面柱截面長寬比不宜大于4.0,不應大于6.0。
(3) 工字鋼截面柱翼緣寬度宜取柱截面高度的1/2~1/4。
8、構件宜采用對稱截面或主軸對稱截面。有彎扭作用的構件應作彎扭驗算,彎扭構件 宜選用閉口截面。
9、 高度或跨度較大的幕墻鋼結構體系,根據主體結構的支承條件,可設計成水平支承 或豎向支承形式,主要結構形式可選用框架、平面桁架、空間桁架、網架、網殼、張弦梁、索張拉結構、懸吊結構等。
(1) 豎向支承的柱或桁架可采用吊掛或下座結構形式。
(2) 水平支承的梁或桁架應考慮自重(包括面板及附件)產生的撓度,必要時可預先起 拱。桁架的非支承邊宜設置控制豎向撓度和側向撓曲的吊桿或撐桿,桿件應連續拉通。在幕墻自重作用下,水平受力構件在單塊面板跨距內的撓度df不應超過該跨度的1/500,且不大于 3mm。
(3) 梁、柱及桁架應校核正、負風壓作用的側向穩定性,必要時可設置輔助桿件體系。
(4) 應驗算主要支承結構的抗風梁或抗風桁架,不計陣風系數的風荷載標準值作用下, 撓度df不超過其跨度的1/1000。
(5) 懸吊體系吊桿按間隔設置,宜采用鋼索或鋼桿分層懸吊和調節。吊桿宜設置在橫梁 靜載質心處,條件不具備時橫梁應設抗扭轉的平衡桿。懸吊體系跨層通長設置時,吊桿宜采用鋼索,橫梁應有支承和調節構造措施。根據主體結構形式、橫梁跨長和荷載條件,橫梁兩 端可設計為不動鉸接或單側可動鉸接。吊桿頂部可連接主體結構構件或幕墻支承構件,懸吊體系的周邊邊界應考慮變形的協調和承載的安 全性。
(6) 幕墻鋼結構與主體結構的連接節點應能吸收主體結構變形對幕墻體系的不利影響?;虿捎镁哂嗅尫艤囟葢?、變形能力的連接形式。
10、 出屋面非封閉建筑幕墻風荷載體型系數,如有風洞試驗數據,可按風洞試驗數據取 值,但正負風壓取值均不應小于2.0。采用鋼結構作為出屋面非封閉建筑幕墻支承結構時, 可根據幕墻懸出高度采用不同支承形式。高度不大于2.5m時,宜采用單柱形式;高度在 2.5m~4.5m時,宜采用單柱加支撐形式;高度大于4.5m時,宜采用桁架形式。幕墻支撐鋼 結構在風荷載標準值下撓度控制值不應大于1/400,并應滿足幕墻系統的性能要求。出屋面非封閉建筑幕墻鋼結構應有可靠的穩定系統和錨固支座。
11、 采用鋼結構作為獨立的大門框架時,宜按下列要求設計:
(1)門洞總寬度不大于6m時,可采用構件式框架,梁、柱可采用型鋼或管材。其計算模型,幕墻平面內為剛架,幕墻平面外為懸臂構件。柱底雙向均為剛接,梁柱連接宜設計為剛 接。
(2)門洞總寬度不大于9m時,可采用平面格構式鋼架。在幕墻平面外水平風力作用方向 橫梁設計為桁架,立柱設計為與桁架上下弦位置相應的雙肢柱。梁柱連接宜為鉸接,也可根據剛度需要設計為剛接。雙肢柱腳設計應能形成雙向均可傳遞彎矩的構造形式。其計算模 型,幕墻平面內為排架或剛架,幕墻平面外為懸臂構件。
門洞總寬度6m~9m時也可按第 1款設計。
(3)門洞總寬度大于等于12m時,可采用空間格構式鋼架,橫梁和立柱均為空間構架。當門洞高度小于4.0m時,立柱也可采用平面雙肢柱形式。
門洞總寬度9m~12m時可按第2款或第3款設計。
(4) 大門框架內可設置因門扇安裝需要或用以減小橫梁計算跨度的輔助柱,輔助柱上下 端按設計需要可為鉸接或剛接。
(5) 框架橫梁宜設計成除自重外僅承受水平風力的構造和受力模式,上部的幕墻靜重不 宜施加在門框橫梁上。門框橫梁為索幕墻拉索的下支座時應計算索力荷載。桁架、構架的節間分格應與上部幕墻立柱或拉索位置相協調。
(6) 門框橫梁上附設雨蓬時應符合本標準18.4.7條規定,雨蓬懸挑長度不宜大于2m。附設雨蓬懸挑長度大于2m時應加大橫梁抗扭剛度或采用空間格構式橫梁。
(7) 大門框架設計應包括平面內、外的承載能力ji限狀態設計計算,構件和節點的構造 設計,大門框架與周邊幕墻的構造處理。門軸與大門框架的連接設計應符合本標準第 12章要求。
(8)大門框架立柱在風荷載標準值作用下,柱頂位移控制值不應大于柱高的1/400。橫梁 在幕墻平面內、外撓度限值應符合本標準13.4.4條規定,平面外撓度限值尚應滿足19.2.9條第 4款要求。
(9) 門框橫梁為索幕墻拉索的下支座時,立柱柱腳錨固應作抗拉校核,并計算索力作用 下橫梁的荷載組合撓度值,按大門框架內有無可承受抗力的輔助柱,取不大于計算跨度的1/500。當荷載組合撓度值方向向上時,撓度絕 對值不應大于10mm。
(10) 大門框架立柱基礎應有可靠錨固,并符合19.2.15條第6款要求。
12、鋼結構受力構件及其連接件,不宜采用厚度小于4mm的鋼板或壁厚小于3mm的鋼 管,焊接時不宜采用截面小于L45×4或L56×36×4的角鋼,螺栓連接時不宜采用截面小于L50×4的角鋼。
13、加勁肋宜在腹板兩側成對配置,支撐加勁肋不應單側配置。
14、幕墻鋼結構應有明確的計算模型,節點構造應符合結構計算假定。
15、 梁、柱連接的剛接和鉸接:
(1) 一般鋼結構桿件的焊接應視為鉸接。
(2) 沿桿件截面圍焊的連接宜視為鉸接。圍焊并加焊肋板的焊接連接可視為剛接,強度 計算時肋板不應作為構件計入其作用。
(3) 插入套芯的柱端視為鉸接。懸掛式立柱頂部應設計成鉸接。
(4) 下座式柱端可按計算模型設計成剛接或鉸接,也可設計為主方向剛接次方向鉸接。下端剛接時,上端應設計成可豎向滑動的鉸接。
(5) 矩形管、圓管構架的斜桿與主桿連接為鉸接。直角節點如設計成剛接,應有45°斜板轉接焊接。桿件相交節點宜減小偏心。
(6) 除荷載較小、尺寸不大、施工許可情況外,下座式立柱與主體結構的連接應有地腳 錨栓,柱端應有鋼底板,不應直接與埋設在主體結構中的埋件焊接連接。
(7) 對變形協調要求較高的梁或柱鉸接連接,可設計成銷軸連接、輥軸連接或盆式支座 連接。
(8) 梁柱連接節點可采用栓焊混合連接、螺栓連接、焊接連接、端板連接等構造。梁柱采用剛性或半剛性節點時,節點尚應作彎矩和剪力作用下的強度驗算。
(9) 幕墻鋼結構與主體結構的連接采用鋼連接件焊接時,焊縫計算應包含其剪力、拉力 和偏心荷載的彎矩。
三、連接設計
1、 鋼結構構件的連接,應根據幕墻連接構造、作用力的性質和施工環境條件,選擇合 理的連接方法。工廠加工構件的連接宜采用焊接;現場連接宜采用栓接,也可焊接。主要承重構件的現場連接或拼接,按結構需要可采用高強度螺栓連接;如采用焊接,應確保焊接質 量并按規定作出焊接質量檢測報告。
2、要求與母材等強的對接焊縫應焊透,其質量等級受拉時不應低于二級,受壓時宜為二級,全熔透及重要節點的焊接,其質量等級不應低于二級。
3、鋼結構焊接連接構造:
(1) 幕墻鋼結構的梁柱應盡量減少現場焊接工作量。主要節點構造應減少現場仰焊。荷載較大的幕墻主要受力構件,不宜懸吊在施工現場仰焊形成的連接件上。仰焊應有足夠的操作空間,質量應確保并可控。
(2) 焊縫厚度和長度經計算確定并符合現行鋼結構規范規定。受力和構造焊縫可采用對 接焊縫、角接焊縫、對接角接組合焊縫、塞焊焊縫、槽焊焊縫;重要接頭或有等強要求的對接焊縫應為熔透焊縫;較厚板件或無需焊透時可采用部分熔透焊縫。
(3) 對接焊縫的坡口形式可按照《鋼結構焊接規范》GB50661規定采用。
(4) 不同厚度和寬度的材料對接時,應作平緩過渡,其連接處坡度值不宜大于1:2.5。
4、 鋼結構橫梁與立柱焊接連接時,應符合本標準13.2.9條規定。
5、 角焊縫的zui小計算長度應為其焊腳尺寸hf的8倍,且不應小于40mm;焊縫計算長度 為扣除引弧、收弧長度后的焊縫長度。不宜將厚板采用角焊縫焊接到薄板上。角焊縫zui小焊腳尺寸宜按表19.3.5取值,承受動荷載時角焊縫焊腳尺寸不宜小于5mm;
6、 經過表面防腐蝕處理的鋼構件焊接后,應對焊縫打磨和防腐蝕處理。
7、 螺栓連接或拼接接頭中,每一桿件一端的永 久性螺栓數不應少于2個。軸向受拉的螺 栓連接中的端板,宜設置加勁肋。螺栓連接應有螺栓施擰空間。
8、 螺栓(鉚釘)群的連接中 心,宜與連接構件截面重 心一致。螺栓或鉚釘的間距、邊 距和端距容許值應符合規定。
3 計算螺栓孔引起的截面削弱時可取 d+4mm 和d 0 的較大者,d為螺栓公稱直徑。
9、 銷軸連接適用于鉸接柱腳或拱腳以及拉索、拉桿端部的連接,銷軸及耳板宜采用Q345、Q390與Q420,必要時也可采用45號鋼、35CrMo或40Cr等鋼材。
10、 構件的連接設計應具備施工操作空間和焊接的可行性。構件焊接時應有臨時支承或 加焊支承部件,不宜在幕墻施工現場直接施焊。
11、 節點設計應滿足承載力ji限狀態要求,傳力可靠,減少應力集中,防止節點因強度 破壞、局部失穩、變形過大、連接開裂等導致節點失效。
12、 鋼結構的安裝連接應采用傳力可靠、制作方便、連接簡單、便于調整定位的構造 形式,并應考慮臨時定位措施,確保施工安裝的穩定和質量。
四、防腐蝕設計
1、 幕墻鋼結構應根據環境條件、材質、結構形式、使用要求、施工條件和維護管理條 件等因素,合理確定防腐蝕設計年限,防腐蝕設計應符合《建筑鋼結構防腐蝕技術規程》JGJ 251的規定。
2、 幕墻鋼結構防腐蝕設計,可根據需要選擇防腐蝕方案,工藝和涂層厚度應滿足涂料和覆層的技術規定。
(1) 防腐蝕涂料
1)無侵蝕性或弱侵蝕性條件下,可采用油性漆、酚醛漆或醇酸漆;
2)中等侵蝕性條件下,宜采用環氧漆、環氧脂漆、過氯乙烯漆或氯醋漆;
3)防腐蝕涂料的底漆和面漆應配套。
(2) 金屬保護層(表面合金化鍍鋅、鍍鋁鋅等);
(3) 陰ji保護措施;
(4) 采用耐候鋼。
3、 幕墻鋼結構防腐蝕設計:
(1) 不同金屬材料接觸部位應采取防電化學腐蝕隔離措施。
(2) 暴露在室外的焊縫、螺栓、墊圈、節點板等連接構件的耐腐蝕性能,不應低于主材 材料的耐腐蝕性能。
(3) 避免出現難于檢查、清理和涂漆之處,避免出現滯留濕氣和大量灰塵的死角或凹 槽。閉口截面構件端部應焊接封閉。
4、 鋼材表面原始銹蝕等級和鋼材除銹等級標準應符合《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》GB/T8923的規定。
(1) 表面原始銹蝕等級為D級的鋼材不應用于幕墻鋼結構。
(2) 表面處理的清潔度要求不宜低于《涂裝前鋼材表面銹蝕等級和除銹等級》
GB/T8923規定的Sa2?級,表面粗糙度應符合防腐蝕設計要求。
5、涂料、涂裝遍數、涂層厚度均應符合設計要求,無特殊說明時,涂裝不應少于5 遍,干膜總厚度室外構件應大于150μm,室內構件應大于120μm,允許偏差±25μm。
6、 鋼結構的現場焊縫、高強螺栓和普通結構用螺栓及其連接點,以及在運輸安裝過程 中構件涂層被磨損的部位,應補刷涂層。涂層應采用與構件制作時相同的涂料和相同的涂刷工藝。
7、 涂裝時環境溫度和濕度應符合涂料產品說明書的要求,無要求時,溫度應控制在5℃~38℃之間,濕度不大于百分之85。
五、幕墻鋼結構計算軟件
結構計算軟件,主要是Midas、3D3S、ANSYS、Sap2000等軟件,主要是進行結構計算時力學仿真計算和規范校核的。市場上專 業軟件一般是為通用制圖與仿真計算準備,不可避免地會存在一些不順手甚至完全錯誤的地方,故由幕墻鋼結構專 業人士根據自己工作實踐需求開發實用結構軟件是必要的。
例如,日常工作中常用的后埋件錨栓計算軟件多為某國際知名錨栓品牌商提供,該計算軟件是根據歐盟相關錨栓計算標準編制而來,同中國標準JGJ145《混凝土結構后錨固技術規程》有相當多不一致的地方,并不完全符合中國實際情況。更何況中國設計師使用該軟件進行計算時,后埋件內力是根據中國標準計算而來的,這種前端荷載與效應(S)按中國標準計算,而后端承載力(R)按歐盟標準計算,然后來對比與判定錨栓安 全性中西混用做法顯然是有問題的。而根據JGJ145《混凝土結構后錨固技術規程》手算后埋件則是一個相當繁瑣與耗時的過程,效率ji為低下。這種情況下,設計師自己編寫軟件就是有強烈必要性的。而系統性的介紹和推薦一些專 業開發語言工具,為一些有能力的設計師進行專 業能力拓展準備是具有現實意義的。同時,隨著年輕設計師的高學歷化越來越明顯,計算機水平也越來越高,這也為設計師開發出高質量的專 業軟件提供了可能性和人才與知識準備。
六、幕墻鋼結構相關的國家規范
現行相關國家規范是本行業群體經驗和群體理論高度應用化總結,是我們的設計依據,亦是專 業技術人員進行設計和溝通時的依據。一個優 秀設計師不僅應當熟悉規范相關條文字面含義,更應該了解掌握這規定這些條文之意圖和精神,并能夠靈活地加以運用。
此外,隨著全球化進展加速,海外項目亦大量出現,這就要求設計師必 須了解相關國際主流標準規范相關理論知識,特別是國家地域性比較強的荷載(主要指風和地震以及雪荷載)統計與計算方法,當地采購材料性能指標等以及這類材料計算方法與性能指標我國標準規范統計方法的比較等。如果不能夠熟練掌握,在海外項目設計計算工作中就可能因一個小的知識點欠缺而引起計算或設計缺陷造成巨大工程損失。
例如,風荷載計算中涉及到一個基本風速確定問題,而各國基本風速確定時采用的測速高度、風場場地狀況、粗糙度與統計方法均有所不同。一個重要參數叫風速標準時距,就是統計風速所使用時間段長短。這個數據國際上各國風荷載標準中是不同的:美國、印度、澳大利亞取3秒,而我國、前 蘇聯、日本、國際標準化組織取10分鐘,而英國、加拿大則取為1小時。各種風速標準時距的換算關系,具體換算數據來自國際標準化組織ISO)。
根據數據,zui常用的3秒鐘風速時距同10分鐘風速時距的換算問題系數是1.42,注意這與我國規范JGJ131《金屬與石材幕墻工程技術規程》中規定的1.5修正系數略有差異 (而國際標準化組織中推薦的與瞬時風速的修正系數為1.5,此規程雖然言明根據來自國際標準化組織,但將3秒風速的修正值采用1.5,也許有規范制定者自己的考慮)。(文章轉自網絡,侵刪)
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