钢铝组合结构在幕墙设计中运用分析

钢铝组合结构在幕墙设计中运用分析

黄佳

博华建筑规划设计有限公司  201907

摘要：本文首先简要阐述在幕墙设计中应用钢铝组合结构的优势，其次列举钢铝组合结构在幕墙设计中存在的问题，最后分析在幕墙设计中钢铝组合结构的应用。希望通过研究具体的应用方法，可以为稳定和设计幕墙结构提供建议，促进钢材和铝材在幕墙设计中发挥出巨大作用。

关键词：钢铝组合结构；幕墙设计；运用

引言：现如今，钢铝结合因为自身的优势，逐渐应用在建筑工程行业，需要通过钢铝结合结构来解决具体建模中的实际问题，借助钢铝结合结构的优势，推动幕墙设计稳定和创新。

1、在幕墙设计中应用钢铝组合结构的优势

1.1质量较轻

在设计幕墙结构过程中，如果面临大跨度的结构，为满足立柱的挠度控制，采用单一的铝合金的结构形式，可能出现实芯形式的设计结果，导致整体结构重量太大，不利于日常使用，同时成本比较高。同样转角立柱（阴角、阳角）侧向挠度控制也有类似情况。可以利用钢材的强度、弹性模量均比铝合金高1~2倍的特点，将较小截面钢材形成大的幕墙分格，增加了玻璃幕墙的通透性。结合铝合金型材密度低的优势，融合后的幕墙立柱设计结构比较轻、质量高，整体使用比较轻便，外观上具有较好的建筑效果。同时，在现代机械租赁过程中，对于建筑设计和建筑幕墙结构的要求比较高，采用钢铝结合结构，可以拥有重量轻且实用的幕墙结构，对整体建筑结构设计进行创新。

1.2强度较大

钢铝结合结构设计中，钢材应采用Q235钢、Q345钢。这两种钢材具有良好的抗拉强度、伸长率、屈服强度和弹性模量，在大跨度和强风区钢材强度和挠度均优于铝合金。铝合金不仅质量轻，还具有极好的热塑性，可挤压薄壁、各种型材。对于节能要求较高的建筑安装，可与三元乙丙胶条、双面贴等配套使用。既保护玻璃，又进一步增加了温室的密闭性。对于钢或铝结构进行单独比较，会发现钢铝结合结构不仅强度大，而且建筑的透光性和保温性也会有所提升。钢铝结合构造应用及计算需满足以下几点要求：

（1）钢铝组合构造截面中，不参与组合截面共同工作的铝材部分，仍须按实际受力状况作局部受力和连接部位的强度计算。

（2）钢铝共同工作的组合截面可按刚度分配原理，分别计算其荷载。

（3）当铝合金型材和钢型材接合面处设置抗剪连接件时，若抗剪连接件强度足够，则立柱受力变形时铝合金型材和钢型材在接合面处的相互错动能够得到有效约束，使二者协调变形。应按材料力学方法验算两种型材间的剪力传递，按计算要求设置抗剪螺钉。

（4）钢铝组合截面立柱的挠度限值按钢型材取用。

1.3结构设计灵活

将钢铝结合结构应用于幕墙设计中，利用两者材质不同的特性，结合在一起可以充分发挥各自的优势，从而使钢铝结合结构的设计更加灵活。铝材耐腐蚀性比较强，自身具备氧化层，适当避免了日常维护。可实现现场螺栓连接，施工偏差易调节。而钢材需要刷防腐防锈漆，易生锈、易酸化，型材需要现场焊接、喷漆，存在施工工艺复杂的难题。针对建筑幕墙设计结构的安全性和稳定性，需要创新相关结构设计理念，考虑具体的经济实用内涵。往往采用钢铝组合截面的立柱，外露部分采用铝合金型材，隐蔽部分即主要受力部分采用钢型材，可以达到达到可规模化生产、现场组装、内部精密、外表轻巧美、承载能力高、造价低廉、整体装饰效果较好的目标，建筑工程艺术效果明显。

1.4结构设计防火性较好

铝材质的结构在超高温情况下会降低强度，甚至会直接消失融化。铝合金的熔点约650℃，钢材的熔点约1500℃，钢材的导热系数是铝合金的1/3，钢型材是幕墙设计中理想的抗火结构。因此，单独应用铝材料的幕墙立柱结构容易出现质量问题。同时，钢材料本身具有良好的耐高温能力，强度不会轻易受到外界影响，将其应用在幕墙设计结构中，可以融合各自的优势，解决和补充相互之间的缺点，使得幕墙设计结构的稳定性提高，有利于打造出更加安全的幕墙设计结构。而且建筑设计中应用钢铝结合结构，不仅能够提升幕墙结构的稳定性，也同样提高了机械结构的应用性，钢铝结合体系安装方式可高空散装，道路场地要求低，脚手架简易，使得机械租赁方面的问题得到有效的改善和解决[1]。

2、钢铝组合结构在幕墙设计中存在的问题

2.1材料问题

现代建筑设计中，针对高层建筑设计需要应用玻璃幕墙，这种幕墙结构本身有着独特的光影效果，而且色彩方面比较丰富。但是实际建筑工程应用过程中存在一些材料使用问题，主要是很多铝合金材料本身存在缺陷，如果应用在幕墙设计结构中很容易出现强度比较低、弹性建模比较小的问题，使得幕墙设计结构荷载能力不足。而且钢材质和铝材质之间很容易出现化学反应，影响幕墙设计结构整体的安全性，不符合钢铝结合结构的材料设计标准和要求，使得整体幕墙设计技术很难快速发展，相关设计技术的水平难以提升。

2.2安全质量意识薄弱

建筑设计过程中对于幕墙设计的重视程度不足，整体幕墙设计过程中对于材料、结构和技术方面存在敷衍的态度，尤其是幕墙设计的材料安全性，对于具体的结构材料安全性缺乏检测能力，忽视材料的密度和质量。另外，幕墙结构设计的内部结构稳定性需要定期检测和试验，通过控制幕墙结构来提升设计的质量水平。但是很多试验过程存在表面化，不了解内部的结构缺陷，使得幕墙结构应用过程中存在很严重的安全隐患，不利于后续的使用。

2.3工作人员专业素质不足

现代幕墙结构设计人员存在专业素质不佳的问题，工作人员因为对于建筑设计重视程度不足，同时设计人员的学历和专业能力不统一，整体学历要求没有统一的标准，对于设计人员没有严格的证件要求，使得幕墙结构设计存在专业性不足情况。同时，需要控制整体钢铝结合结构的材料应用能力，设计人员不了解钢铝结合结构的材质优势，使得钢材质和铝材质之间的优点没有充分发挥，反而出现各自的缺点，影响幕墙结构整体设计，不安全性和不稳定性逐渐增加。

3、改善钢铝组合结构在幕墙设计中应用效果的措施

3.1选择合适的材料

首先，严格控制材料的选择和应用方法，对于幕墙结构设计需要的材料进行统一的密度和质量检查，通过了解材料厂家的基本信息来确定基础材料性能。在材料试验过程中，控制基础条件来保持试验结果的真实性，对于不合格的材料进行合理剔除，保持高质量的材料品质，确保幕墙结构设计能力提升。其次，对于钢材和铝材之间结合的问题，需要在钢铝结合结构中加入惰性介质材料，使钢铝结合结构稳定和安全性提升，也让幕墙结构设计效果更加坚固，有利于幕墙结构设计使用的长远性。最后，钢铝结合结构的材料应用需要控制使用要求，统一化要求工作人员使用方法，避免出现材料破损、使用效果不佳的情况。同时，材料存放需要尽可能避免高温和容易爆炸的地方，结合现代建筑规划公司发展，针对幕墙设计业务，可以成立专业材料管理部门。

3.2增强安全和质量意识

现代幕墙结构设计需要注重相关的安全质量问题，主要了解具体的钢铝结合结构的设计方案，根据设计方案的结果设计出完美的技术方案，针对当前质量和安全要求。现阶段，钢铝结合结构设计处在发展阶段，通过设计高质量和高安全性的设计方案，能够有效地提升具体的安全和质量意识，有利于强化幕墙结构设计的能力，根据现代机械建筑的设计发展需求，需要成立幕墙设计相关业务，专业化的设计业务部门可以有效地提升幕墙设计的重视程度。注重幕墙结构设计，有效地发挥钢铝结合结构的应用优势，促进现代建筑规划企业的发展。现代大部分北京、深圳、上海的建筑规划公司，对于幕墙结构设计比较重视，均成立了专业的设计部门，结合门窗幕墙设计和机械租赁业务，形成整体的设计链条。

3.3提升工作人员专业素质

幕墙结构设计过程中，需要充分考虑具体的设计方法，有针对性培养设计人员的专业素质，提升幕墙设计的能力。通过具体的幕墙设计要求，设置相关的设计课程，让设计人员通过专业的设计内容来改善自己的设计思路。而且工作人员可以通过设计技术交流会来分享和了解具体的幕墙新时代的设计潮流，比如玻璃幕墙的设计，应用明框玻璃幕墙有着很强的装饰性[2]。同时，通过给设计人员设置计算机课程，了解BIM三维扫描技术的应用，可以实现设计团队内部技术交底和施工模拟，很大程度上便利设计团队的交流[3]。此外，安排具体的奖惩制度，通过建筑规划公司的建筑设计要求，幕墙结构设计如果出现质量和安全问题，需要落实在个人的责任问题，然后给予惩罚和批评，严格控制设计团队的设计手法，提升设计能力。

结论：总的来说，幕墙设计中应用钢铝结合结构有着绝对的优势，通过应用钢铝结合结构，能够有效解决幕墙设计中的材料、意识和人员问题，增强施工人员和设计人员的安全和质量意识，保证施工材料的质量，提升工作人员专业素质，促进建筑行业的健康发展。

参考文献：

[1]梁宏琨.钢铝组合结构在幕墙设计中的应用分析[J].住宅与房地产,2020(06):88-89.

[2]张维耀.钢铝组合玻璃幕墙工程质量管理[J].福建建材,2022(05):89-91.

[3]邢玉荣,周生昆,姜树仁,基于金属面层的双层异形幕墙关键技术研究[J].建设科技,2021(09):20-25.