三、钢铝组合结构在幕墙设计中应用计算机辅助计算
在幕墙设计中应用钢铝组合结构，就要对钢铝组合结 构的性能进行分析与计算，让其承载力能够满足幕墙设计 要求。组合中的钢材和铝型材共同组成一个截面，这个截
吴汉彬：浅析钢铝组合结构在幕墙设计中的应用
面共同承பைடு நூலகம்外荷载，那么，就要对这个组合截面的承载力 进行计算，这种计算必须依靠专业的计算机程序对其组合 截面进行模拟，这点是较难实现的。下面探讨一种简便的 计算机辅助计算方法。 1、计算机辅助计算方法的假设条件的设定 1）由于在钢铝组合结构中，钢材和铝型材紧密地结 合成一体，其在垂直于结构的承载作用可以认为二者是相 同的，所以，假设在水平荷载作用下，钢材和铝型材的挠 度相等，即等挠度原理； 2）除此之外，轴向力所引起的应力极小，所以可以 不予考虑，假设轴向力所引起的应力为0。 2、等效形心轴的求解 由上述基本假定2），应力公式可简化为： =M/(W) 式中： ——应力，MPa； M——立柱弯矩设计值，N・mm； ——截面塑性发展系数； W——在弯矩作用方向的净截面抵抗矩，mm3。 由上述基本假定1）可知 u=u1=u2 式中： u1——钢铝组合结构中钢材, mm。 u2——铝型材在荷载作用下的挠度，mm。 联立挠度公式和式（2）可知： q/EI=q1/E1I1=q2/E2I2 别承受的线荷载，N/mm： E 1、E 2——钢铝组合结构中，钢材、钢铝型材的弹性 模量，MPa； I 1、I 2——钢铝组合结构中，钢材、钢铝型材的截面 惯性矩，mm4。 由于水平均布线荷载为矢量，可知： q=q1+ q2 联立式(3)和式(4)可知： EI=E 1 I 1+E2I2 （5） （4） （3） （2） （1） 3、钢铝组合结构的计算机辅助计算方法 求出等效形心轴，就可以对已经形成整体面域的钢 铝组合结构的截面图形使用“炸开”命令，而后，再执 行“面域”步骤和“布尔运算差集”步骤，之后再对钢 材和铝型材截面图形执行“质量特性”命令，就可以求 出基于等效形心轴的和值。 依据式（3）和式（4），可求出q 1 和q 2 ，进而可求 出钢材和铝材的弯矩设计值M 1 和M 2 ；再由基于等效形心 轴的I 1 、I 2 和y 1 、y 2 可求出净截面抵抗矩W 1 和W 2 ，代入式 （1）即可求出钢材和铝型材最大正应力1和 2。 将基于等效形心轴的I 1 、I 2 代入式（5），钢铝组合 结构的整体抗弯刚度即可求出，将整体抗弯刚度代入挠 度公式，即可求出挠度。 由于对于大跨度幕墙结构中钢铝组合结构的应用最 重要的数据就是挠数，所以其计算结构最终得到钢铝结 构的挠度，这种借助于计算机辅助技术进行的计算，虽 然和实际值有些偏离，但基本上不影响其应用于实际工 程设计中，因为其计算结果的实施偏差小于3℅。 钢铝组合结构以其质量轻、强度大、抗火性能好、造 价低等优势已成功应用于诸多建筑工程上，通过计算机辅 助计算对结构进行合理的设计，让钢铝组合充分发挥钢材 与铝材的性能特点，这项技术经过实践的检验是切实可行 的。该技术的推广将能提高我国幕墙结构设计技术水平， 能够推动建筑物外表装饰技术水平的不断前进。 参考文献：
一、钢铝组合结构应用于幕墙设计中的技术优势
1、钢铝组合结构的质量轻 相同面积下，将钢铝组合的立柱型材应用于幕墙结构 中，同陶板幕墙、瓷板幕墙、微晶玻璃幕墙、混凝土板幕 墙、千思板幕墙相比，能够减轻幕墙的质量，也就减轻了 建筑物的质量。 2、钢铝组合结构的强度大 同铝合金立柱型材在幕墙结构设计中的应用相比，铝 合金弹性模量是0.7×10 MPa，强度设计值85.5MPa，在风 荷载较大或楼层数较多的建筑物上，往往不能达到幕墙的 使用要求；而钢材的弹性模量是2.1×10 MPa，强度设计 值为215Mpa，其弹性模量是铝合金的3倍，而强度是铝材 的2.5倍，所以，在幕墙设计中应用钢铝组合，其荷载承 重力将得到加强。 3、钢铝组合结构设计灵活 钢铝组合结构应用于幕墙结构设计中是将钢材与铝材
– 88 –
5 5
二、钢铝组合结构应用于幕墙设计中存在的问题
钢铝组合结构在幕墙设计中的应用缺少相应的标准 规范。伴随着建筑幕墙技术在国内建筑物上的广泛应用， 其市场前景十分广阔，国家对幕墙技术的使用也制订了相 关的法规性政策，其行业内部监管部门也出台了技术标 准，但钢铝组合结构在幕墙设计中的应用还处于初期的探 索阶段，各项规范、规程、标准还没有形成基本配套的体 系，这就缺少对这种技术的监管依据，对工程质量的可靠 性产生影响。
伴随着我国建筑幕墙技术的发展，幕墙技术以其结构 形式丰富多样，性能安全可靠等特点被迅速应用于各种 商业建筑、体育文化场馆、会展中心以及过街天桥或通廊 中。随着人们对建筑物外观样式与性能的不断追求，尤其 是壮观宏伟且富有建筑特色的大跨度建筑，层出不穷，幕 墙技术被广泛地应用，并且在高速地发展。幕墙技术的发 展主要体现为其所采用的新材料、新技术、新结构不断更 新，不断升级。将钢铝结合结构应用于幕墙设计中主要是 由于和传统的铝材相比，钢铝组合结构的性能更可靠，成 本更低的优势。本文就钢铝组合结构在幕墙设计中的应用 技术优势以及存在的问题作如下探讨。
工 程 施 工 E n gi n e e r i n g Co n s t r u c t i o n
现代物业・新建设
2012年第11卷第7期
浅析钢铝组合结构在幕墙设计中的应用
吴汉彬 （深圳市华辉装饰工程有限公司，广东 深圳 518000） 摘 要：钢铝组合结构以其质量轻、强度大、抗火性能好、造价低等优势已成功应用于诸多建筑工程上，不可否认， 将钢铝组合结构应用于幕墙设计中可能还存在一些问题，但是，只要不断完善相应的技术与管理规范，并通过计算 机辅助计算，对结构进行合理的设计，就能充分发挥钢材与铝材的性能特点，让这项技术在幕墙设计中得以推广与应 用。 关键词：钢铝组合结构；幕墙设计；计算机辅助计算 中图分类号：TU398+.9 文献标识码：A 文章编号：1671-8089（2012）07-0088-02
这两种建筑物的材料有机结合起来，钢材主要承担幕墙荷 载，而铝材主要重外表的装饰效果，这种设计既发挥了钢 材的高强度、高弹性、价格低的优势，又发挥了铝材好的 装饰效果和高耐腐蚀性能的特点，使整个幕墙结构具有高 可靠性且经济性良的特点。 4、钢铝组合结构设计的防火性能较强 铝合金在幕墙结构中不能用于承重，因为其强度在高 温情况下损失得十分严重，当温度达到250℃时，其强度 就会降为原来的1/2，在370℃时，其强度会全部丧失。钢 材是典型的建筑不燃材料，它的强度在100℃时会有所降 低，但随着温度的升高，其强度又会不断增加。所以，将 钢材用于幕墙的承重结构中，整个幕墙的防火性能能够得 到提高。