试述耐候钢在建筑幕墙中的应用

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摘 要： 近年来随着我国经济的高速发展，耐候钢因独特的结构形态特征与表现特性，引导了公众审美意识的改变，越来越被广大建筑师应用用于各类现代建筑体中。

关键词： 建筑幕墙； 石材幕墙； 不锈钢背栓挂件； 耐候钢

中图分类号：G267 文献标识码：A 文章编号：

一、 建筑幕墙的设计构思

作为会稽山弥勒净土景区的核心景点--****率天宫，其率天宫外立面幕墙的设计，秉承宗教的品味，展开艺术的想象，使之在根本上拥有佛教的氛围，并在一定程度上体现中华的文化，表达精美的艺术语言以及经典的艺术造型，努力用现代的艺术造型语，继承传统的文化艺术内涵，表现出时代的艺术特征。

由于此工程地处海拨较高（建筑最大标高382.8m），且四面环山空气湿度较大，各种环境变化较复杂 ，对钢结构影响很大，幕墙结构中的钢龙骨若采用普通的热镀锌钢管则很难满足强度及设计所用年限的需要，现在标准热镀锌防锈层保质期为20年，保质过后需要重新补刷修补，而幕墙钢结构无法在后期再修补，所以在幕墙结构中所用钢材全部采用耐候钢。

二、 幕墙设计原则

在确定了上述设计思路前提下，需达到“安全、实用、经济、美观”的效果，为实现上述效果，幕墙设计均遵循如下几条设计原则。

2.1 安全可靠原则

本工程建筑结构为一类等级重要的建筑，安全可靠性将是首要考虑的因素。本工程结构设计使用年限为 100 年，提供的幕墙方案均充分考虑了风荷载、雪荷载、温度应力、地震作用等对幕墙的影响，具有良好的应变能力。在玻璃选择时，充分考虑玻璃的强度和安全性，玻璃采用了钢化安全措施。具体采取如下措施：

a) 面材（如中空钢化玻璃 、石材等）、铝型材的设计耐久性保证100年以上；

b) 要求加减震防冲击吸收能量材料，如加设隔离垫片，不同位移位置加设抗震缝，采用定距离压紧方式，保证板块的伸缩变位能力；

c）抗震计算本工程重点要求按6度设防，并遵循“小震不坏，中震可修，大震不倒”的原则。

2.2 造型美观原则

对幕墙的美观性方面，从外立面效果上进行了有针对性的创意和艺术上的深层加工，力图以简洁明快、线条顺畅、分格清晰、造型独特等方面来体现这座具有时代风格的形象建筑。同时也考虑内视效果的展示，在设计中保证室内外露部分的一致性，使室内规整、协调、精致，内外交融是其自然要求。因此，幕墙已经具备很高的观赏性，这不仅要求造型美观，而且能展示出其美观的要素，要充分体现综合性建筑的特点，体现出建筑立面的节奏感和韵律感。为了更好地协调这种建筑的节奏和韵律，幕墙设计时立面尽可能使各种线条整齐，从而使幕墙立面更统一。提供的幕墙系统均是成熟的工艺，框架幕墙框料通过先进的设备进行加工，所有的接头、拼缝、外露螺栓、不锈钢件等均具有工艺观赏性，充分展现机械美感。

2.3 结构稳定、先进性及合理性原则

结构稳定不仅是机构安全的基本要求，也是公众对结构美观的一种认同。失稳的结构难于表现其美感，更没有安全感可言；但过于保守的设计则又显得笨拙，与整个建筑风格不能相融合。本工程选用中空钢化玻璃及石材材料，采用框架式幕墙系统，实现结构防水，密封机理可靠，不完全依靠人为的操作水平和认真程度来保证密封质量，因而气密、水密性能更加可靠。

2.4 可拆卸更换、维修方便原则由于人流繁多，或者是局部功能改变，幕墙的拆卸更换或维修将在所难免。因此，如何保证幕墙结构在使用过程中可拆卸更换和维修也将是一个重要课题，设计时不仅要考虑到板块的可更换性，而且在更换维修时将不能影响幕墙的正常使用。本工程石材幕墙结构设计选用背栓式幕墙系统、板块浮动式连接，保证了板块的可更换性。

2.5 节能环保原则

现代的建筑幕墙已不是一个简单装饰及护的结构，而是成为建筑的重要组成部分，且建筑幕墙的环保节能性能已成为人们衡量幕墙品质的一个重要指标。一个现代化的建筑其噪声污染、光污染、能量损耗都会对建筑本身及周围环境产生极大的影响，因此如何降低噪声污染、光污染、减少能量损失也是衡量幕墙结构设计性能的重要因素。

为此我们紧紧围绕上述的主题及对本工程的建筑特性的充分理解上展开外立面幕墙的深化设计。

本工程幕墙形式为石材幕墙、玻璃幕墙，屋顶采用钛锌板屋面系统。材料颜色基本选用珍珠白和金黄色，珍珠白花岗岩作为墙体的主色调，主入口及各墙垣入口位置采用石材门套和仿古门。

三、 石材幕墙背栓系统介绍

本工程干挂石材幕墙主要受力杆件均采用Q235NH 级耐候钢材，立杆为100mm×50mm×4mm 厚方钢管，横杆为60mm×60mm×4mm 厚方钢管。 立杆与主体结构通过8mm 厚折角镀锌耐候钢板连接。同时上下两立杆间留有适当的伸缩余量，以适应相应形变。 本工程地理位置常年都较潮湿，为尽量避免大气对钢材的腐蚀，幕墙横杆与立杆的连接采用螺栓连接，两端均开设长孔，以消除温度变形的影响，并增加幕墙平面内变形能力。 面板采用40mm 厚珍珠白花岗岩石材面板，且采用背栓式连接，石材横竖缝宽均为6mm。石材幕墙保温采用50mm 厚挤塑苯板， 用专用苯板钉固定于墙体上，苯板表面采用3mm 厚防水透气膜。 石材面板间缝隙采用石材专用密封胶填嵌，石材表面做六面防渗透处理。 见图 3、图 4、图 5。

四、耐候钢特点

本工程地处海拨较高（建筑最大标高 382.8m），环境变化较为复杂，对钢结构影响很大，所以在幕墙结构中所用钢材全部采用耐候钢。

1. 耐候钢的概述

耐候钢又称耐大气腐蚀钢, 是通过在普通钢中添加一定量的合金元素制成的一种低合金钢, 主要合金成分为 Cu、P、Cr、Ni 等元素。 耐候钢的特点是能够抵御自然大气条件下的腐蚀。钢铁的锈蚀是钢结构损坏的主要原因之一，人们解决大型钢结构防腐蚀问题的方法一般是加大腐蚀余量,并涂以防锈油漆。 前者会造成材料的浪费, 后者因为需要定期进行维护性重涂, 造成维护成本大大提高, 有时还会影响正常使用。 还有一种方法是在结构中使用金属涂覆层进行保护, 主要是热浸镀锌或喷涂锌或铝, 利用镀层金属的阴极保护性能来延长钢结构寿命。但应用金属涂覆层也存在着成本较高、污染环境、大型构件应用困难, 以及不易焊接等问题。

耐候钢并非不锈钢, 初期同普通碳钢一样也会锈蚀, 后期则情况不同。 耐候钢锈蚀一段时间后由于钢表面 Cu、P 等微量元素富集, 形成一层致密的非晶态锈层组织, 并与基体结合得非常牢固。这层稳定化锈层能够在一定程度上抵御大气中水气及有害离子的侵入, 防止基体金属进一步腐蚀。

耐候钢在使用时, 可以涂装、裸用或进行稳定化处理, 涂装时的要求与普通碳钢相同。 这里特别要指出的是这种材料可以不涂漆裸用, 这是耐候钢最突出的优点。在无严重大气污染或非特别潮湿的地区， 耐候钢可以不用涂装, 直接于大气中, 一般经过几年时间后, 锈层逐渐稳定, 腐蚀不再发展, 外观呈美丽的巧克力色。 这种钢结构因没有油漆老化等问题, 无需涂装维护, 大大降低了维护成本, 当然也就避免了因涂漆影响使用等造成的损失。

2、 耐候钢的发展历程

表 1 介绍了耐候钢的发展历程。

3、 耐候钢的成分表

表 3 为焊接结构用耐候钢牌号及其化学成分，

表 4 为高耐候性结构钢牌号及其化学成分。

结束语

使用耐火耐候钢可以不用或减少涂装，大大节约维护工本；钢材厚度可减薄，节约综合成本 30％以上。且这种耐火性和耐候性还具有永久性和自愈性，这是普通钢及附加保护层后不可能具有的，由此带来的效益是很可观的。目前耐火耐候钢已开始在国内一些较高耐火耐候等级的大型厂房、民居、商务楼等得到应用，受到钢结构加工、施工单位和用户的好评。 应用耐火耐候钢后可缩短建造周期，减轻建筑物重量，增加建筑的安全性，降低建造成本，具有显著的经济和社会效益。 随着耐火耐候钢加工技术的不断成熟和完善，它必将逐渐充分发挥自己的优势，在建筑幕墙行业中得到越来越广泛的应用。

参考文献：

[1] JGJ 133—2001 《金属与石材幕墙工程技术规范》.

[2] 张全成, 吴建生. 耐候钢的研究与发展现状[J]，材料导报，2000.14(7):12213.

[3] 杨建春. 关于耐候钢开发的探讨[J]，马钢职工大学学报 ，2003.13(4):125.