钢铝组合结构在幕墙设计中的应用

第一篇：钢铝组合结构在幕墙设计中的应用

钢铝组合结构在幕墙设计中的应用

摘要：本文主要分析了钢铝组合结构在建筑幕墙设计中的应用问题。首先讨论了钢铝组合结构的突出优势，进而分析了钢铝组合结构的计算要点，最后针对钢铝组合结构的应用问题展开分析，提出了应对对策。

关键词：钢铝组合；幕墙设计；应用

一、前言

目前，建筑幕墙的应用非常的广泛，在这个大背景下，钢铝组合结构也开始慢慢的流行起来。由于钢铝组合结构的应用具有很多优势，所以，应用钢铝组合结构可以大大提升建筑幕墙的质量。

二、钢铝组合幕墙设计中存在的问题

1、设计滞后，阻碍幕墙工程施工的有序进行现阶段，大部分设计单位均没有充分认识到建筑幕墙设计工作的重要性，也没有了解建筑幕墙工程的特点。在开展幕墙工程招标工作的时候，一般都是在主体工程开始施工之后，进行部件预埋的时候才考虑，幕墙设计工作的延迟经常会对整体建筑工程产生不良影响。部分幕墙单位与设计单位为了节省时间，只是在设计图纸上的相应位置处标明“由

幕墙单位完成”的字样，在一定程度上，增加了幕墙单位的工作量，同时也增加了建筑设计单位、施工单位、幕墙单位之间的协调工作，对工程施工的顺利进行产生了一定的影响。

2、建筑施工与幕墙设计之间缺乏一定的协作性在建筑工程施工中，面临着一个非常重要的问题，建筑施工与幕墙设计的统一性。在实际施工中，一般都缺乏这个统一性，因为在建筑设计单位中，均缺少一些幕墙专业设计人员，普遍设计人员对幕墙材料与技术的了解比较少，也就无法对其进行合理的设计，导致建筑施工与幕墙设计之间缺乏有效的协作性，影响了施工的有序进行。

3、设计、施工一体化制度阻碍了幕墙技术的发展现阶段，为了适应市场竞争的日益激烈，部分幕墙施工单位均同时具有建筑幕墙设计资质与施工资质。但是在实际幕墙工程投标的时候，幕墙设计资质只是竞标组成的环节之一，少收设计费或者免收设计费基本已经成为了这个行业的惯例，为了可以中标，一般均会以降低标底的方式，博取相应招标单位的好感。针对一些落标的设计方案而言，由于缺少相应的补偿，影响了此设计方案的优选与创新。在幕墙单位中标之后，开展施工的时候，为了尽可能减少施工成本，一般均会以降低材料标准的方式开展施工，导致施工无法达到设计标准，影响了建筑幕墙工程的施工质量。

三、钢铝组合幕墙设计现状

玻璃幕墙在现代建筑中被广泛使用，因其具有独特的光影和色彩以及良好的建筑艺术效果和建筑风格的造型而具有良好的应用前景。但在实际工程使用中，我们仍然发现很多不足之处，比如：铝合金立柱型材，其在幕墙结构中本应用最多，但目前，其薄弱环节却越来越明显。其原因可能是铝合金的强度低，弹性模量小所致，若其应用在楼层数较多或风荷载较大的幕墙中恐难以为任。

再者，在实际运用中由于所运用的材质的原因，铝和钢在某些介质中还有可能形成化学上所谓的原电池，这对整个幕墙的安全性和可靠性有着极大的影响。如果能选用一些其他非原电池原料的材料将铝合金与钢隔开或避免其与原电池介质接触，可以避免这一缺点，这也是幕墙设计材料中需要改进的部分。

目前，在幕墙设计中应用钢铝组合结构还缺少与之相关的明确的标准和良好的行业规范。幕墙技术在建筑领域的大量应用和开阔的市场前景的背景下，即使国家出台了与之相关的政策法规，以及有关行业的监管部门制定了技术标准，但是钢铝组合结构在幕墙中的运用还处在探索的早期阶段，标准规范还没有形成最基本的体系与之配套，进而使得监管缺乏依据，工程质量也受到相应的影响。

四、结合实例探讨钢铝组合结构幕墙设计的创新策略

建筑四新技术“新技术、新工艺、新材料、新设备”的应用有力地推动经济社会科学的发展，同时具有节省大量的人力、物力、财力，提高工程质量及安全性能等优点。

1、幕墙设计的重要性

建筑幕墙工程项目设计质量的好坏是幕墙工程项目成败的关键，幕墙设计质量直接影响到整体建筑工程的形象，建筑幕墙设计特色、风格、节能环保和舒适的体现，决定了整体工程在市场的占有力，将给业主带来不可估量的社会效益和经济利益。项目管理在设计过程中以设计技术、施工工艺创新为核心，以强化精细管理，铸造精品工程为管理目标。

2、幕墙设计创新

（一）外立面设计创新。无锡太科园金融服务区工程外立面在设计师的精心策划下，发挥了无限的创新、创意，采用大面积玻璃幕墙、铝板幕墙、穿孔铝单板幕墙、泛光照明交叉组合的方式，展现出令人震撼的视觉冲击力（图1），为无锡新区幕墙装饰打造精品亮点。

（二）幕墙形式的搭配创新。幕墙形式的搭配，每栋楼立面均由不同种类的幕墙在水平方向和垂直方向交错组合，板块宽度统一为900mm，高度高达3800mm，狭长型板块使建筑整体呈向上挺拔之势（图2），更具有强烈的地方特色和传统建筑风格。

图1穿孔铝单板幕墙、泛光照明交叉组合效果图 图2 幕墙形式的搭配创新图片

3、铝背衬板颜色搭配创新。穿孔板的运用，穿孔板内背衬红色铝板（图3），具备良好防雨水渗漏和镜面效果，红色反光透过阵列的孔隙，显示全彩动态效果，同时背衬板镜面效果和LED光源融合到一起，使得穿孔铝单板幕墙呈现出更加耀眼的朦胧效果，在视觉上将灵动活泼感隐藏在穿孔面板背面，既显热烈，又显含蓄。

图3 穿孔铝单板幕墙施工流程图片：

①保温绵→②背衬板→③穿也铝单板

4、立面造型设计创新。立面造型通过空中外挑平台在立面上不规则地设计（图4），释放了现代办公区域的压力感，同时具有良好的挡雨遮阳效果。

图5 立面造型片设计创新图

5、设计创新打造艺术品牌。部分面板两侧设置250mm宽×80mm厚铝合金装饰型材，功能上有遮阳效果，视觉上错落有致，造型丰富。部分立面采用200mm厚×1300mm宽铝板装饰线条将立面分成两个独立面（图5）。在视觉上体现层次感，使外观棱角分明、线条清晰，打造艺术品牌。

图6 设计创新打造艺术品牌效果图

6、材料选择合理搭配。在材料选择上，根据无锡地区的环境特点，选用了外片超白的中空LOW-E玻璃作为主要玻璃，既增加了可见光透射，又减少了非可见光的辐射，实现采光节能的最佳效果。

五、钢铝组合幕墙设计的发展方向

1、外观造型复杂

现代玻璃幕墙的外观越来越复杂，这个需要设计有效的结构受力幕墙，保证安全，有效的设计措施，保证施工质量及工期。如央视的“大裤衩”，造型复杂，线条造型复杂，板块繁多，使用了构件式的玻璃幕墙系统可以有效的解决这些施工问题；深圳的京基100，高400 多米，线条纤细，采用了国际上最为先进的幕墙系统――单元式幕墙，可以保证工期，又能体现外立面高端大气上档次。弹性连接是幕墙必须具备的构造性能之一，主要来源于平面内变形性能及抗震的要求，以保证玻璃幕墙板块具有相对的位移能力。但是建筑物的结构与构造设计，限制了玻璃幕墙的设计，缺少对建筑设计的正确理解，许多厂家为了降低造价，都是采用简单的固定式连接而给使用者带来安全上的隐患。因此，设计人员需要在设计时就保证其能够充分发挥应有的安全防护作用，同时对连接系统认真计算，以满足强度上的设计标准，此外还应对弹性连接进行设计，满足强度及变形要求，确保安全性。

2、绿色节能方向

目前我国对玻璃建筑设计重要性的认识，对节能玻璃幕墙的知识知之甚少，设计单位往往在建筑施工已开始时才进行玻璃幕墙设计，这直接导致了玻璃幕墙设计的滞后，以及用材质量降低。但目前我国节能标准已逐渐变得越来越严格，能耗比也越来越严格，这就要求玻璃的幕墙设计向绿色节能的方向发展，各种高性能的玻璃，断热材料，能使幕墙的K 值大幅度降低，通常情况下，如果玻璃幕墙设计科学合理的话，都能达到很好的降低能耗和节能的作用，在这方面绿色技术得到了很好的体现。

3、智能方向

采用智能化的玻璃幕墙，通过传感和自控系统，自动控制建筑外部装饰条的角度，百叶的变换，能更好的实现遮阳，通风及采光的效果，避免了建筑在运用空调等电子系统时出现较大的能源消耗量，有效地保持了低能源绿色的水平。在建筑设计中，合理的运用玻璃幕墙绿色技术，科学的选择玻璃幕墙，使用建筑构造合理和控制方式稳定的建筑程序，才能保证有效的达到降低能源消耗的效果。

六、结束语

综上所述，钢铝组合结构应用到建筑幕墙中，可以提升建筑幕墙的质量，有利于建筑幕墙发挥其整个功效，因此，今后可以尝试推广使用钢铝组合结构，以完善建筑幕墙的功能。

参考文献

[1]韦再兴.钢铝组合在结构幕墙设计中的应用[J].中国建筑金属结构，2013，10.[2]贾晓明.钢铝组合截面框在工程成本控制及结构安全方面的优势[J].门窗，2013，09.[3]沈顺东，黄莉娇.钢铝组合结构幕墙设计的应用[J].中国勘察设计，2012，01.[4]黎英杰.钢铝组合结构在建筑幕墙中的应用[J].广东土木与建筑，2011，08.

第二篇：U型玻璃组合节能幕墙设计及应用..

U型玻璃组合节能幕墙设计及应用

1.概述

建筑用U型玻璃（亦称槽型玻璃）事用先压延后成型的方法连续生产出来的，因其横截面呈“U”型，故得名。U型玻璃品种很多，有着理想的透光性、隔热性、保温性和较高的机械强度，不但用途广泛、施工简便，而且有着独特的建筑与装饰效果，并能节约大量轻金属型材，所以被世界上许多国家的城乡建筑所采用。

世界上最早生产U型玻璃的国家之一是奥地利，该过的Moosbrunner Glasfubrik公司从1957年开始生产底宽为262mm的U型玻璃，在此前后，比利时的Glaverbel公司、法国的Saint-Gobuin公司和Boussois公司、英国的皮尔金顿公司、原联邦德国的BauglassindustrieAG公司、美国的LOF公司和AFG公司、加拿大PPG工业公司和日本板硝子也先后建起了U型玻璃生产线。

东欧国家以前苏联为最早，1965年，俄联邦的首条U型玻璃生产线在波尔斯克玻璃厂投产，年产量为3万m2。随后，在鲍尔玻璃厂、红五月玻璃厂、切尔尼亚金玻璃厂、古雪夫玻璃厂、莫斯利石棉隔热材料联合公司等11家企业先后建起10多条U型玻璃生产线，到了1975年，前苏联的U型玻璃产量已达到400万m2。

前民主德国以及罗马尼亚、匈牙利、南斯拉夫、葡萄牙等国的U型玻璃生产，也大多始于60年代后期。

阿尔及利亚奥兰玻璃公司一窑双线的U型玻璃于1992年年底投产，开创了非洲U型玻璃生产之先河。

在我国，介绍U型玻璃的资料出现于70年代末期。因为玻璃生产企业和有关建筑部门对这种玻璃都十分陌生，所以这种新型建筑玻璃一直没得到开发，更谈不上推广和应用。1995年，云南省昆明创安U型玻璃有限公司从国外引进了关键设备，由秦皇岛玻璃工业研究设计员配套设计，于1996年初建成了我国第一条U型玻璃生产线，现已正式投产从而填补了我国国民经济的持续发展和人民生活水平的不断提高，在我国建筑和装饰设计部门、生产部门和流通领域等各方面的共同努力下，这种新型建筑玻璃在我国一定能够得到推广和应用，取得快速的发展。

2．说明

U型玻璃（U-Profile-Glass）亦称槽型玻璃，是一种新颖的建筑型材玻璃，国外有近40年的生产应用历史。因截面呈U型，使之比普通平板玻璃有较高的机械强度并具有理想的透光性、较好的隔音性、保温隔热性、能节省大量金属材料、以及施工简便等优点，适用于建筑的内外墙、隔墙、屋面及窗等。

昆明创安U型玻璃有限公司与德国RULEX公司合作，引进德国U型玻璃生产技术和设备，其产品经国家玻璃质量监督检验中心按前苏联「OCT-21992-83标准，参照德国DIN1249标准进行检测，各项指标合格，并通过省级产品鉴定会鉴定。

．采用标准：

A.异型玻璃（国家标准报批稿）

2、U型玻璃/Q KYB01-1997

B.建筑工程质量检验评定标准GBJ301-88。

C.装饰工程施工及验收规范JGJ73-91。

D.中华人民共和国《U型玻璃外装修标准06J501》

4.适用范围：

由于U型玻璃具有较好的透光而不透视的特性和良好的装饰性，可用于机场、车站、体育馆、厂房、办公楼、宾馆、住宅、温室等工业与民用建筑非承重的内外墙、隔断、窗及屋面。

5.U型玻璃的建筑设计：

A.U型玻璃按表面处理方式不同，有普通压花玻璃、夹丝玻璃、彩色玻璃等，设计选用时除普通压花玻璃外，选用其余玻璃应予注明。

B.U型玻璃属不燃烧材料，如有特殊要求时应按有关规范进行设计。

C.U型玻璃分类：

?按颜色分：有色的和无色的。

?按表面状态分：有平滑的和带花纹的。

?按强度分：有钢化、贴膜、保温层

?按规格分：有钢化、贴膜、保温层

D.U型玻璃属不燃材料，如有特殊要求时按有关规范进行设计。

E.U型玻璃两翼的朝向测试结果表明两翼向迎风买内，强度高于两翼背风面。

F.型玻璃按造型及建筑使用功能分别采取以下组合方式：

⑴单排 翼朝外(或内）

⑵单排 楔形结构,互相咬合

⑶单排 楔形结构,互相贴合

⑷双排 翼在接缝处成对排列

⑸双排 翼对翼

G.型玻璃隔墙长度大于6000，高度超过4500时，应核算墙身的稳定，采取相应的措施。

H.型玻璃用于湿度较大的房间且室内外温差较大时，应处理好玻璃表面露水的排泄及下滴问题。

I.型玻璃用于圆型墙及屋面时，曲率半径不应小于1500。

J.点构造详见国家标准图集《U型玻璃外装修标准06J501》。

6.性能指标

?抗压强度700～900 N/mm2。抗拉强度30～50 N/mm2。

?莫氏硬度6～7。

?弹性模量60000～70000 N/mm2。

?线膨胀系数（温度每升高1℃）(75～85)×10-7。

?化学稳定性0.18 mg。

?弯曲强度 ?透光率：当表面有小花纹装一排时为89%，装两排时81%。

?传热系数：①单排安装时3.65W/m2K。②双排安装时1.74W/m2K。③贴膜时1.57 W/m2K ④填充保温层1.2 W/m2K

?隔声能力：单排安装时27db，双排安装时38dB。

?耐火极限：0.75h（单排）。

7.安装要点:

?U型玻璃的端面和平面应无锯齿状缺口或裂纹。

?各独立的U型玻璃构件应支撑在具有均匀弹性的衬垫上。

?玻璃与临近的金属件、混凝土和砂浆结构之间不能有硬性接触。

?在U型玻璃的上端与更高处的建筑物件（如过梁、大梁、屋面板等）之间必须留有缝隙。

?U型玻璃上端与临近的上部结构之间的空气缝隙不应小于25mm，以应付其变形，便于安装更换。

?必须用弹性密封材料填充U型玻璃之间的纵缝。

?密封材料，通常有二组分的聚硫塑料、硅铜胶、柔性聚氯乙烯型材等，用于U型玻璃与固定件、U形玻璃条之间的密封。

?圆绳，用于U型玻璃与边框之间的密封。

?条形衬垫、柔性聚氯乙烯型材、浸过沥青的条带、硬泡沫塑料等，用作U型玻璃与边框之间的胀缝和滑缝。

?膨胀螺栓，用于固定边框

规格（注：最大出厂长度并不等于使用长度）8.U型型玻璃的安装：

A.用膨胀螺栓或射钉将边框料固定在建筑物的洞口中，边框可用指直角或斜角连接。边框每侧应至少由个固定点。上下框料每隔400~600应有一个固定点。

B.将起稳定作用的塑料件截成相应长度，放入框中上下型材内。

C.U型玻璃入框时，应将玻璃内面仔细擦洗干净。

D.将U型玻璃条依次插入。U型玻璃插入上框料的深度应≥20。插入下框料的深度应≥12，插入左右框料的深度应≥20。当U型玻璃插至最后一块，洞口宽于玻璃宽不一致时，沿长度方向裁切玻璃，按18页“端头玻璃安装顺序”将所裁切玻璃装入，同时将塑料件截成与玻璃相应长度放入边框一侧。

E.在边框与玻璃间的缝中塞入弹性垫条，垫条与玻璃和边框接触面不得少于10。

F.在边框与玻璃，玻璃与玻璃，边框与建筑结构体的接缝中，填入玻璃胶类弹性密封材料（或称硅酮胶）密封。玻璃与边框的弹性密封厚度最窄处≥2，深度应≥3，U型玻璃块之间的弹性密封厚度应在3-5之间。

G.玻璃全部安装完，将表面的污垢清除干净。

9.U型玻璃的验收：

U型玻璃的验收除参照建筑装饰工程及验收规范（JGJ73-91）第三、四章门窗工程及玻璃工程有关章节外，还应重点检查：

A.边框是否直接固定在建筑上，之间的缝隙是否密封。边框承受的荷载应直接传给建筑，不应使U型玻璃受力。

B.玻璃与玻璃之间，玻璃与边框之间的缝隙，是否按上述要求进行密封。

C.应使U型玻璃在框了中沿玻璃长度方向能自由伸缩，在上框料与U型玻璃之间要留有适当缝隙。

D.为防止膨胀螺栓等固定件与框料之间相互接触发生化学反应产生接触腐蚀，在钢膨胀螺栓等固定件与铝框之间应用合成材料垫圈或油漆类物质隔开。

10.U型玻璃使用长度的计算

U型玻璃垂直安装时使用长度的计算

在有风荷载的情况下，应通过计算来确定U型玻璃的最大使用长度。

不同规格的U型玻璃的抗弯模量见表12：

Wf1=翼的抗弯模量 Wst=底版的抗弯模量

单排U型玻璃墙体的风荷载,在翼朝室内安装时，采用翼的抗弯模量计算最大使用长度

在翼朝外安装时，采用底版的抗弯模量计算最大使用长度

单排U型玻璃墙体的风荷载情况

双排U型玻璃构造的墙体：

外层玻璃承担一半风荷载和全部风量。

计算实例：

采用单排500/41/6U型玻璃构筑垂直墙体，U型玻璃翼朝室内安装。

U型玻璃的最大使用长度用下式计算：

式中：L=U型玻璃最大使用长度（m）

=U型玻璃的弯曲应力（N/mm2）

Wf1=U型玻璃翼的抗弯模量（cm3）

Wst=U型玻璃翼的抗弯模量（cm3）

P=风荷载（KN/m2）

A=U型玻璃的底宽（m）

1000=转换系数

设：风荷载P=0.5KN/m2

弯曲应力 =30N/mm2

=2.31

由计算得知，在已知风荷载和弯曲应力（一般为30N/mm2）的情况下，使用规格为500/41/6的U型玻璃构筑单排墙体，U型玻璃的最大使用长度为2.31m。

11.U型玻璃露点的计算

根据《采暖通风与空气调节设计规范》

A.根据用户的要求，确定以下参数，B.室内计算温度16℃，相对湿度60%，室外温度－23℃，风速0.2m/s。

C.根据给定参数，求出U型玻璃墙内表面的温度：

∑=tm－Rn/R0×(tn－twn)。设中∑－U玻墙内表面温度，Rn－内表换热阻取0.11 W/(m2.k)，R0－总热阻双层U玻（两翼相对安装）取0.476W/(m2.k)，tn－室内计算温度，twn－室外计算温度，U玻墙内表面温度是∑=14.99℃，近视为15℃。

D.根据要求：室内16℃，相对湿度60%，含水量为12.477g/m3,而-23℃相对湿度100%时，相对湿度含水量为12.84 g/m3，由12.477g/m3<12.84 g/m3，因此不会结露。

12.U型玻璃的保温性能

衡量建筑材料的保温性能通常以传热系数或传热阻来评价。

在物理手册中，我们很容易查到一些材料的热传导率，如玻璃的传导率为0.7-0.9W/（M.K），与红砖0.8W/(M.K)差不多，而空气的热传导率为0.03W/（M.K），仅为玻璃的1/27，U型玻璃墙体就是应用了这一原理，在两块玻璃中间留有空气层作为介质，那么这个空气层对玻璃来讲，就是热阻，从而使玻璃的传热系数降低，起到保温的性能，中空玻璃就是根据这个原理而加工制成的。

以22MM厚的中空玻璃为例：它是由两片5MM的玻璃，中间夹有12MM厚的空气层，它的传热系数为3.17W/（M2.K），厚度等于5 5 12=22MM，那么等厚的22MM的普通玻璃的传热系数为4.93-5.0W/（M2.K）。

双层安装U型玻璃（等于两片6MM的玻璃加上一个35MM厚的空气层）其传热系数为2.8W/（M2.K），及相当于240MM厚的粘土砖墙。

如果用双层翼高60MM的U型玻璃（等于两片8MM厚的玻璃加上52MM厚的空气层）。其传热系数进一步降低至2.1W/（M2.K）。及相当于270MM厚的粘土砖墙。

13.U型玻璃幕墙大样节点：

U型玻璃立面图 U型玻璃安装平面投影图

U型玻璃安装剖面图 U型玻璃端头安装顺序

14、U型玻璃工程实例：

15.U型玻璃的计算方法：

基本参数：

1：计算点标高：100m；

2：力学模型：按简支梁形式计算；

3：玻璃跨度：L=4050mm；

4：玻璃类型：单片玻璃P260/60/7；

5：玻璃翼朝向：室内；

6：玻璃安装方式：单排连接，垂直布置；

7：玻璃材料物理性能级截面参数：

玻璃强度设计值：30MPa；

玻璃弹性模量E：70000MPa；

玻璃截面积A：25.62mm2；

翼板部分截面抗弯矩Wx1：53780mm3；

板面部分截面抗弯矩Wx2：13710mm3；

绕Y轴截面抗弯矩Wy：170230mm3；

X轴截面惯性矩Ix：655500mm4；

Y轴截面惯性矩Iy：22129400mm4；

(对于夹层玻璃，该处的各抗弯矩和惯性矩采用的是内片玻璃参数)

U型玻璃可以按支撑于两点的简支梁力学模型进行设计计算，受力模型如下：

15.1 U型玻璃荷载计算：

(1)风荷载作用的线荷载集度(按矩形分布)：

qwk：风荷载线分布最大荷载集度标准值(N/mm)；

wk：风荷载标准值(MPa)；

B：U型玻璃宽度，也就是承载宽度(mm)；

qwk=wkB

=0.001×260

=0.26N/mm

qw：风荷载线分布最大荷载集度设计值(N/mm)

qw=1.4qwk

=1.4×0.26

=0.364N/mm

(2)水平地震作用线荷载集度(按矩形分布)：

qEk：水平地震作用线荷载集度标准值(N/mm)；

qEAk：垂直于幕墙平面的分布水平地震作用标准值(MPa)；

βE：动力放大系数,取5.0；

αmax：水平地震影响系数最大值，取0.16；

Gk：幕墙构件的重力荷载标准值(N)，(含面板和框架)；

A：幕墙构件的面积(mm2)；

qEAk=βEαmaxGk/A ……5.3.4[JGJ102-2003]

qEk=qEAkB

qEk=5.0×0.16×0.0000256×25.62

=0.0005N/mm

qE：水平地震作用线荷载集度设计值(N/mm)；

qE=1.3qEk

=1.3×0.0005

=0.0007N/mm

(3)幕墙受荷载集度组合：

用于强度计算时，采用Sw+0.5SE设计值组合： ……5.4.1[JGJ102-2003]

q=qw+0.5qE

=0.364+0.5×0.0007

=0.364N/mm 用于挠度计算时，采用Sw标准值： ……5.4.1[JGJ102-2003]

qk=qwk

=0.26N/mm

(4)U型玻璃在组合荷载作用下的弯矩设计值：

Mx：弯矩组合设计值(N•mm)；

Mw：风荷载作用下产生的弯矩设计值(N•mm)；

ME：地震作用下产生的弯矩设计值(N•mm)；

L：U型玻璃跨度(mm)； 采用Sw+0.5SE组合：

Mw=qwL2/8

ME=qEL2/8

Mx=Mw+0.5ME

=qL2/8

=0.364×40502/8

=746313.75N•mm 15.2 U型玻璃的抗弯强度计算：

按简支梁抗弯强度公式,应满足：σ=Mx/Wnx≤fg 上式中：

Mx：弯矩组合设计值(N•mm)；

对于单片的U型玻璃，该参数就是上面计算得到的Mx；

对于夹层的U型玻璃，参考JGJ102-2003关于夹层玻璃计算的规定，该参数为参数Mx再乘以系数1/2，2层玻璃强度相同；

Wnx：在弯矩作用方向的净截面抵抗矩(mm3)，翼板朝向室外时取面板部分的抗弯矩，翼板朝向室内时取翼板部分抗弯矩；

对于夹层玻璃，该参数采用内片玻璃参数；

fg：玻璃的抗弯强度设计值，取30MPa； 则： σ=Mx/Wnx

=746313.75/53780

=13.877MPa≤30MPa

U型玻璃抗弯强度能满足要求。1５.3 U型玻璃的挠度计算：

根据简支梁挠度计算公式，得：df=5qkL4/384EIx

对于单片的U型玻璃，该处qk就是上面计算得到的qk；

对于夹层的U型玻璃，按等刚度分配原理，该处qk为上面计算所得参数qk再乘以系数1/2；

对于夹层玻璃，公式中的惯性矩采用内片玻璃参数；

df=5qkL4/384EIx

=5×0.26×40504/384/70000/655500

=19.85mm

而df,lim=4050/200=20.25mm

所以，U型玻璃挠度能满足规范要求。

第三篇：6.27钢--混凝土组合结构教学活动文本

钢--混凝土组合结构教学活动文本

1．钢-混凝土组合结构的优点是什么？应用范围有哪些？

答：优点：钢－混凝土组合结构可充分利用了钢（抗拉）和混凝土（抗压）的各自的材料性能，具有承载力高、刚度大、抗震性能和动力性能好、构件截面尺寸小、施工快速方便等优点。钢－混凝土组合结构可以广泛应用于多层及高层房屋、大跨结构、高耸结构、桥梁结构、地下结构、结构改造及加固等。同时，组合结构还非常适用于斜拉桥、悬索桥等大跨桥梁结构体系。

2．各种类钢筋的受力和变形有何特点？

答：热轧钢筋为软钢，其应力-应变曲线有明显的屈服点和流幅，断裂时有“颈缩”现象，伸长率比较大；冷轧带肋钢筋、热处理钢筋、光面钢丝、刻痕钢丝、螺旋形钢丝及钢绞线均为硬钢，它们的应力-应变曲线没有明显的屈服点，伸长率小，质地硬脆。从各级热轧钢筋和光面钢丝的应力-应变曲线中可以看出：随着钢材强度的提高其塑性性能降低，HPB235级钢筋有较好的塑性，但强度较低，碳素钢丝虽强度很高，但塑性较差。

3．压型钢板－混凝土组合楼板由压型钢板与现浇混凝土板两部分组成，为使压型钢板与混凝土组合在一起工作，应采取哪些措施？

1)在压型钢板上设置压痕，以增加叠合面上的机械粘结。2)改变压型钢板截面形式，以增加叠合面上的摩擦粘结。3)在压型钢板上翼缘焊接横向钢筋。

4)在压型钢板端部设置栓钉连接件，增加组合板端部锚固，通常与措施1、2、3组合使用。

4．钢筋混凝土结构除了能合理地利用钢筋和混凝土两种材料的特性外还有哪些优点？

答：钢筋混凝土结构的优点很多，除了能合理地利用钢筋和混凝土两种材料的特性外还有如下优点：

（1）可模性好：新拌和的混凝土是可塑的，可根据需要设计制成各种形状和尺寸的结构或构件。

（2）整体性好：现浇钢筋混凝土结构的整体性较好，设计合理时具有良好的抗震、抗爆和抗振动的性能。

（3）耐久性好：钢筋混凝土结构具有很好的耐久性。正常使用条件下不需要经常性的保养和维修。

（4）耐火性好：钢筋混凝土结构与钢结构相比具有较好的耐火性。

（5）易于就地取材：钢筋混凝土结构所用比重较大的砂、石材料易于就地取材，且可有效利用矿渣、粉煤灰等工业废渣有利于保护环境。

5．什么是混凝土结构？什么是钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构和素混凝土结构？其应用如何？

答：素混凝土结构、钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构等以混凝土为主制成的结构统称为混凝土结构。混凝土结构是工业和民用建筑、桥梁、隧道、矿井以及水利、海港等工程中广泛使用的结构形式。

钢筋混凝土结构是由配置受力的普通钢筋、钢筋网或钢筋骨架的混凝土制成的结构。预应力混凝土结构是由配置受力的预应力钢筋通过张拉或其它方法建立预加应力的混凝土制成的结构，由于其有效提高混凝土构件的抗裂性能和构件的刚度因，此在实际工程得到了广泛应用。素混凝土结构是由无筋或不配置受力钢筋的混凝土制成的结构。

6．抗剪连接件设置的统一要求有哪些？

1)栓钉连接件钉头下表面或槽钢连接件上翼缘下表面宜高出翼板底部钢筋顶面30mm。2)连接件的纵向最大间距不应大于混凝土翼板（包括托板）厚度4倍，且不大于400mm。3)连接件的外侧边缘与梁翼边缘之间的距离不应小于20mm。4)连接件的外侧边缘至混凝土翼板边缘之间的距离不应小于100mm。5)连接件顶面的混凝土保护层厚度不应小于15mm。

第四篇：数字化钢性建筑支撑组合结构

数字化钢性建筑模板支撑组合结构

在目前建筑领域中，用于混凝土现场浇筑的模板支撑，通常采用钢管支架和木方组合的结构方式。采用这种结构，操作较为繁琐，拼装和搭建工作量大，施工效率低，需用较多的人工费用；并需用大量的木材、铁丝、铁钉，而且重复使用率低。

为改变这种现状，河北省秦皇岛市昌黎县兴民伟业建筑设备有限公司经过多年潜心研究，发明了“数字化钢性建筑模板支撑组合结构”，填补了建筑行业的一项空白，并荣获国家15项专利。这套“数字化钢性建筑模板支撑组合结构”操作简单，安装拆卸及高度调整灵活方便，适用范围广，省时、省工、省料。采用传统支撑每平方米需人工费15元左右，数字化钢性支撑最多只需10元人工费就可完成。另外还省下了大量的木材、铁丝、铁钉。

“数字化钢性建筑模板支撑组合结构”所用材料都是高性能冷轧钢，厚度是2毫米至

2.5毫米。这种新型材料优点是耐腐蚀，弹性大，坚固不变形。

特点一：安全可靠，简捷高；

特点二：节约木材，保护有限的森林资源；

特点三：节约钢材，保护不可再生的矿产资源；

特点四：节约塑料，保障工程质量，保证大众健康；

特点五：节约水泥，减排粉尘指数，减少环境污染；

特点六：节约沙子，保护我们赖依生存的土地资源；

特点七：节约能源，降低用电能耗，减轻大气污染；

特点八：节约劳动力，提高工作效率；

特点九：产品可循环使用，用废可以再生；

特点十：老百姓住房放心，不空鼓不开裂，保证质量；

第五篇：以铝代钢在汽车材料中的应用

钢与铝在汽车材料竞争中获得发展

长期以来，钢一直是汽车的首选材料，占汽车重量的平均约60%。但随着各大汽车厂家满足日趋严格的减排标准，瞄准减重及提高燃油效率，铝合金以及塑料等非钢材料在汽车上的占比不断上升，钢因此持续受到这些替代材料的威胁。国外研究公司Ducker Worldwide对市场上各类型汽车的最新调查显示，铝金属所占车重比已升至12%，且有继续上升的势头。面对铝金属的挑战，钢铁生产厂家与汽车厂家密切合作，研发轻质、高强钢，努力维持钢在汽车市场的主导地位。

一、轻量化是汽车发展趋势

由于环保和节能要求日趋严格，汽车轻量化已成为世界汽车发展的趋势。研究表明，汽车自重每减少10%，可以降低油耗6%~8%，降低二氧化碳排放13%。通过对汽车结构的改造和制造材料的优化，汽车重量还有15%的下降空间，而且随着汽车制造材料的不断开发升级，汽车重量的减轻不会带来安全隐患。

Ducker Worldwide的一项调查显示，到2025年汽车厂家减重目标为目前的2倍，即平均重量将减轻400磅(181.4千克)，届时钢占汽车平均重量将由目前58%左右下降至46%。

二、铝合金材料受青睐

轻质材料和轻质结构是实现汽车轻量化的重要途径和手段。无论铝对传统钢的替代，还是塑料对金属的替代，最直接的效果都是减重，减重是提升车辆燃油经济性和降低排放的最简单和最有效的方式。自90年代奥迪等豪华车开始采用铝部件，铝进入了汽车工业，之后铝在汽车上的用量开始上升，越来越多的轿车制造商开始在材料选择上采用铝来替代传统的钢，欧盟和北美等国家已走在前列。

Ducker Worldwide调查结果显示，以铝代替钢制造汽车可使汽车整车重量减轻30%~40%，发动机减重30%，轮毂减重30%。从2006~2012年，欧盟轻型车铝合金用量平均增加了19.2千克。目前在欧洲和北美开发的超轻车计划中，铝占到53%，约30%的汽车引擎盖和20%的保险杠均采用铝金属，这个比重在未来几年将会有大幅度的提升，而钢用量比例则将下降。如去年底在中国首发的新一代福特野马中采用了铝金属盖和铝前挡泥板，重量减90千克，而即将面世的全新F-150将采用全铝车身打造，车身总重将较现款车型轻317千克，燃油经济性有望提高15%~20%。奥迪R8、A8和捷豹XJ均采用了全铝合金车身，全新一代路虎揽胜创造性地采用全铝承载式车身轻量化技术，较之前一代采用钢制车身结构的揽胜车身重量降低39%。Ducker Worldwide曾预测，到2015年欧洲主要国家平均每辆汽车铝使用量将增长至180千克, 铝材料占整部汽车的重量也将由目前的9%提高到12%，2025年将攀升到近250千克，铝金属所占轻型车的车重比将提高到目前的两倍。

美、欧国家对汽车二氧化碳排放规定日趋严格更加剧了钢铝市场份额争夺战，美联邦政府燃油经济性法规规定在2025年前汽车燃油经济性标准上调至54.5 英里/加仑（约合百公里4.8升油耗），欧盟计划到2020年实施强制性的汽车尾气每公里95克二氧化碳的排放标准（当前政策是到2015年每公里排放130克），这对汽车设计者来说是个更大的挑战，钢和铝生产厂家争相投入研发满足汽车厂家需求的具有高效设计和更轻质特点的金属。此外，新能源汽车将替代传统以燃油为动力驱动的汽车，混合动力汽车、燃料电池汽车、锂电池汽车，奔驰E-Cell Plus和奔驰F-Cell电动车以及本田FCX Clarity等新型动力系统汽车大多选用铝作为车身的主要材料。

最新的一项调查结果显示，采用大量铝合金的所谓全铝汽车可以获得40%的减重效果，在与其他辅助性轻量化及优化设计相配合的情况下，能使燃油经济性提升幅度达18%。

三、钢与铝成本比较

铝合金材料显然是汽车厂家追逐轻量化的选择，但从成本上考虑，无论是材料价格、制造及加工方面，铝显然比钢更昂贵，而且维修困难。美国麻省理工学院2007年的数据表明，在原料成本方面，铝比钢贵2倍多，加工成本方面，铝比钢贵一倍，在装配上，铝比钢贵20%~30%。总的来说，一个铝部件估计比传统的钢部件成本高60%~80%。美铝公司的汽车结构专家亦称，一辆小汽车全铝车身结构平均要1400~4600美元，比钢车身溢价65%，而一个有效和成功的汽车轻量化项目需是未来用户可持续负担得起的，显然成本增60%~80%不是一个成功的汽车轻量化方案。

作为汽车生产伊始的主要材料，钢在不断改进以适应各种设计变化的挑战，尤其高强度钢的开发成功，最好地解决了轻量化与安全、成本之间的矛盾。与其它轻金属和复合材料相比，高强钢具有优异的性价比，而且可以利用现有的汽车生产设备，节约投资，不失为一种理想的轻量化材料。因此，从性能和成本两个方面来看，钢在汽车市场的主导地位不会动摇。

四、高强钢迎战铝

铝合金用量的增加让钢生产厂家感到压力，长期以来世界各大钢厂加大投入，与汽车制造商密切合作，研制和发展轻质、高强度的汽车钢板，过去10多年中先进高强钢（AHSS）已成为汽车材料中增长最快的。

1995年，由美国钢铁协会、国际钢铁协会、汽车生产商和一些钢铁公司联合提出 “超轻钢车身”的概念，采用这种高强度钢材所制造的车身实现了更薄和更轻的结构，使车身重量减轻达25%，同时也降低了制造成本，为高强钢在与铝和铝合金等非钢材料的竞争中提供了良好的解决方案。目前在欧洲“超轻型汽车工程”制造商的汽车设计方案中，高强度钢的使用率超过80%。按照钢铁工业的计算，近年来钢在汽车上的用量实际上呈上升态势。

1．超轻钢汽车车身项目——ULSAB 1994年，国际钢铁协会首先开展了超轻钢汽车车身项目（ULSAB），来自5大洲18个国家的35家钢铁企业参加了该项目。该项目历时4年，主要目标是减小车身质量、提高结构强度、提高安全性、简化制造工艺及降低生产成本。通过以车身轻量化为目标，车身至少减重25%以上，将给汽车制造业带来革命性的改变。研究证实，ULSAB重量可减轻25%，且不增加任何成本。最近几年，欧美汽车公司在开发新款汽车时都部分或全部采用了ULSAB项目技术，高强度钢大量使用在汽车车身、底盘、悬架和转向的零部件上。

2．超轻钢汽车悬架项目——ULSAS 与ULSAB相关的项目还有ULSAC和ULSAS，ULSAC是将高强度钢应用在汽车车身覆盖件上，而ULSAS是采用高强度和超高强度材料以及一些先进的制造技术来生产轻量、廉价和性能良好的悬架系统，目标是通过采用新的钢材及设计，将悬架重量减少20%，美国钢铁公司、浦项钢铁公司、新日铁公司、蒂森克虏伯等大钢厂参加了该项目。美国钢铁协会钢市场发展研究所最新透露，采用先进高强钢的新型设计可使汽车扭梁后悬架重量降30%，与其它可替代材料相比，成本大大降低，燃油更经济。ULSAS项目是利用先进的钢生产技术实现汽车悬架减重的一个很好例子。

3．超轻汽车车身-先进汽车技术项目——ULSAB-AVC 1998年3月，国际钢协开始在全球实施超轻汽车车身-先进汽车技术项目（ULSAB-AVC）。该项目是从整体上研究开发新一代钢铁材料汽车结构（车身、覆盖件、悬架系统、发动机支架及所有与结构、安全相关的部件），并通过使用超轻钢和先进的汽车技术，支持钢是未来新一代汽车最理想化的和最付担得起的材料。在该项目中，先进高强钢（AHSS）的应用占到约80%，且20%以上的部件采用了液压成形技术，研究证实，ULSAB—AVC AHSS设计轻25%，同时又能满足碰撞性要求而不增加成本。

4．未来钢制汽车项目——FSV 为与其他材料竞争，保持钢在汽车材料中所占份额，世界汽车用钢联盟启动了未来钢制汽车项目（FSV）。FSV的3年计划为：2008年~2009年7月为工程研究，2009年8月-2010年为概念车设计，2010~2011年对硬件进行论证。FSV项目为4款如电池电动车（BEV）、混合动力车、插电式混合动力电动车（PHEV）和燃料电池电动车（FCEV）设计了先进高强钢车身结构，采用逾20多种先进AHSS钢，预计2015~2020年这些先进材料有望实现商业化生产，钢的灵活、高强及成型性能最好地适应了部件形状和结构设计的优化过程，另外还采用了激光拼焊板和拼焊管、液压成形等先进的加工技术。显然，FSV概念车是高效和轻质的，一款FSV电池电动车重188千克，比传统的内燃机汽车车身重量轻逾35%，进一步缩小了与铝和镁合金的减重差距。此外，还能降低排放近70%，很好地满足电池电动车制造厂家以及2020年的严格排放标准，同时也能满足碰撞测试和耐久性的需求，且未因减重而增加成本。

钢和铝有着各自的特点，汽车选用钢还是铝，最终要看减重及成本效果。伴随着低碳经济时代的到来，汽车轻量化越来越成为人们关注的热点，钢和铝等传统材料及工艺亦面对新的环境友好型轻质高强碳纤维、塑料等复合材料的挑战。今年1月13日在美国底特律举办的北美国际汽车展上，通用汽车公司和宝马汽车公司参展的车辆使用了更先进的碳纤维复合材料，德国汽车制造商们正在加大对碳纤维材料的投资。为保持钢、铝金属在汽车中的地位，钢铁生产厂家、铝金属生产厂家必须携手面对，与汽车制造厂家三方密切合作，共同开发车身铝合金结构及关键零部件的焊接技术以及车身钢与铝的连接技术等，迎接高碳纤维及塑料等材料的挑战。

中国作为世界上最大的汽车生产基地和市场，汽车轻量化的未来市场潜力巨大，尽管目前我国汽车铝合金的使用比例较低。2020年为实现汽车平均燃料消耗由目前百公里7.5升到百公里5升的目标，我国需加快推动汽车向小型化、轻量化发展，一些汽车及零部件制造商已把目光投向了汽车零部件轻量化的研发中。在这场结构调整、环保治理的大潮中，我国钢铁厂家要积极行动起来，利用结构转型的大好时机，与汽车厂家合作研发更先进的钢产品，保持钢在汽车材料的主要地位。（王素娟）