摘要：幕墙钢结构作为幕墙的支撑结构，以及外维护结构，其设计思路和设计方法很大程度上不同于主体钢结构，在现在结构设计中占有不可或缺的一席。幕墙钢结构对边界条件的要求更加苛刻，主体结构对其结构受力影响更大，节点设计更为复杂，对温度的影响更加敏感。本文主要从边界条件、主体结构影响、温度作用、节点设计、施工便捷等方面进行了分析。
关键词：幕墙； 钢结构； 边界条件； 节点； 温度；
Abstract:As the supporting structure of curtain wall and the external maintenance structure, the design idea and design method of curtain wall steel structure are very different from the main steel structure, and an indispensable part in the present structure design. The requirements of curtain wall steel structure for boundary conditions are stricter, the main structure has more influence on the force of its structure, the node design is more complex,and the influence on temperature is more sensitive. This paper mainly analyzes the boundary conditions, the influence of the main structure, the effect of temperature, the design of nodes and the convenience of construction.
Keyword:curtain wall; steel structure; boundary conditions; nodes; temperature;
目录
1.引言………………………………………………………………1
2.设计过程中须重点把握的几个环节………………………………………………………………2
2.1边界条件………………………………………………………………3
2.2钢结构对周围主体结构的作用………………………………………………………………3
2.3埋件的设计………………………………………………………………3
2.4节点设计要尽量符合计算模型………………………………………………………………3
2.5尽量减轻温度作用对钢结构的影响………………………………………………………………3
2.6关于半刚节点与埋件设计的处理………………………………………………………………3
2.7节点的设计要便于施工实施………………………………………………………………4
3.幕墙钢结构设计展望………………………………………………………………5
参考文献………………………………………………………………6
1. 引言
幕墙作为建筑物的外维护结构因其轻盈的形式、大气的建筑外观效果在现代商业建筑，住宅建筑、CBD中心中应用越来越广泛，像上海中心，望京SOHO、环球金融中心，上海金茂大厦等建筑都应用了幕墙，作为幕墙的支撑体系-幕墙钢结构的结构形式也越来越多样化，复杂化。除了像传统的框架结构，网架结构，门式刚架，近些年来又逐步发展起来的新型网壳结构、拱支网壳、新型立体桁架、以及各种异形钢结构等。
2. 设计过程中须重点把握的几个环节
2.1 边界条件
幕墙钢结构在绝大多数情况下，是连接固定于周围的混凝土主体结构上，因此它与混凝土结构有一个边界条件，在主体结构边界条件的约束下，钢结构构件的布置不能仅考虑钢结构设计合理而任意发挥，需要考虑地方钢结构能够生根，哪些地方不能生根。基本的布置原则是：首先考虑布置在主体结构柱上，其次考虑布置在主体结构梁上，最后考虑布置在混凝土板上，另一方面，它与依附于其上面的幕墙（如铝板、玻璃）又有一个边界条件。幕墙钢结构设计条件往往被限制的很严，可供发挥的余地很小，因此设计幕墙钢结构的首要问题是根据建筑和结构图纸，从周围复杂的边界条件中准确提取出所需要设计的钢结构范围。有时因幕墙建筑外形的要求，设计的的钢结构构件外轮廓要严格控制，不能与幕墙表皮发生干涉
2.2 钢结构对周围主体结构的作用
幕墙钢结构在满足自身强度、刚度、稳定性前提下对其所依附的混凝土主结构的反作用要尽可能的小，减轻其对混凝土主结构的破坏作用。尤其对于已经做好的的主体结构，若支座反力太大，需对主结构加固相当困难。设计时的具体办法有：支座能用铰接算过，就不用刚接，当然要考虑铰接节点要方便设计且要考虑到施工的可行性；温度作用往往会对支座产生很大的反作用，为减轻温度作用，往往要对钢结构节点或杆件进行释放，使钢结构能自由伸缩，消除温度应力作用。
2.3 埋件的设计
幕墙钢结构的埋件分为两类：预埋件和后置埋件。埋件的作用是连接钢结构与主体混凝土结构，预埋件是指先在钢板上开孔，然后钢筋穿入、塞焊，然后根据设计要求在混凝土浇筑前把埋件定位，依靠锚筋和混凝土之间的粘结力来承受支座反力，预埋件可以承受较大的支座反力。预埋件的锚筋间距，锚固长度，边距尤其是与混凝土边缘距离要满足设计要求，对受剪力较大的预埋件要严格验算锚筋与混凝土的边距。后置埋件主要采用后置锚栓和植筋。后置锚栓主要采用化学锚栓，膨胀锚栓，重型自切底锚栓等。根据外荷载的不同采用适宜的锚栓种类，因后置锚栓需要在混凝土上开孔，所以对主体结构有削弱，锚栓与混凝土之间的粘结力有限，因此，承受外荷载能力较差。锚栓与混凝土的边距要求也较严格，植筋的设计和使用要满足混凝土结构后锚固技术规程的有关要求。两种埋件的使用原则：首先尽量考虑使用预埋件，其次考虑使用后置埋件。
2.4 节点设计要尽量符合计算模型
做施工图时节点设计要符合计算模型的假定，这样才能使整个钢结构的实际使用状态下的受力性能符合计算模型的受力假定。例如，计算模型中的轴向释放节点要做套管；计算模型中的铰接节点一般要做夹板穿螺栓，或做销轴；计算模型中支座处的单向或双向水平剪力释放，一般用滑动支座。
2.5 尽量减轻温度作用对钢结构的影响
幕墙钢结构要考虑温度作用的影响，一般为±30℃，温度变化一度，温度应力为2.4MPa.温度对钢结构作用有两种作用结果：一是约束钢结构，有温度应力；二是钢结构自由变形，无温度应力。对于幕墙钢结构一般采用杆件轴向释放，使杆件自由伸缩，减轻温度作用对构件及支座的影响。要采用合理的钢结构设计形式，超静定结构因温度作用而产生附加应力，在满足抗震要求的前提下尽量减少钢结构的超静定次数。在钢立柱的根部不宜设置水平的柱间支撑，若必须设置，则需要进行轴向释放。
2.6 关于半刚节点与埋件设计的处理
在节点设计时经常遇到半刚节点，例如在柱脚处因幕墙要求，柱脚不能加劲板，此柱脚即为半刚节点，此时又要涉及到埋件的设计问题，处理方法为：分别按刚接和铰接进行计算，保证钢结构能够计算通过，为了保证埋件的安全性，设计埋件时把支座当刚接处理，使埋件的设计富余量尽量大些。在设计预埋件时要留足埋件的安全富余量，因为埋件一般要提前预埋，而钢结构的方案后期可能要调整，支座反力会有变化，为避免因反力变化超过埋件原先设计强度，因此要把埋件做强、做扎实。
2.7 节点的设计要便于施工实施
对于一些重要的节点为保证质量尽量在工厂加工，现场拼接，一般的节点要尽量减少现场焊接，设计节点时要留足现场施工操作的空间，总之节点设计在满足强度，变形和构造要求的前提下，尽量设计的简洁，传力明确，有转接过渡，避免应力集中。
3. 幕墙钢结构设计展望
未来幕墙钢结构的发展会向着简洁、轻盈、模块化、易加工、施工方便方向发展，幕墙钢结构的设计也会更加专业化。
钢结构的设计是一个需要不断学习理论知识，在工程项目中积累总结，慢慢沉淀，由量变到质变的过程，只有遵循这一规律，才能更精准的把握'体系'和'节点'这两个钢结构设计的基本要素，从而设计出更安全适用、经济合理、简洁美观的钢结构作品。
参考文献
[1]新型空间钢结构设计与实例。武汉：机械工业出版社，2010
[2]钢结构设计规范（GB50017-2003）。北京：中国计划出版社，2003
[3]钢结构连接节点设计手册。北京：中国机械工业出版社，2004
