摘要：当前，幕墙设计逐渐繁琐，并且发展方向越来越广阔，向着大空间、大跨越的方向发展，因此当前很多都选择钢铝组合框架。现代化幕墙设计方面，巧妙的使用钢铝材料，更好呈现出艺术感。基于此，本文就钢铝组合框架在幕墙设计方面的应用进行了详细分析，以期可以给建筑设计带来依据。
关键词：钢铝组合框架；幕墙设计；计算机辅助运算；优点
现今，建筑行业中幕墙技术越来越成熟。幕墙在建筑工程中得到了广泛应用，其优点表现为结构模式多样化，性能佳，安全系数大等特征。而钢铝组合框架凭借其质量轻、强度高、造价少等优点已经被用在诸多建筑物中，因为人类的审美观及形态的改变，使得他们越来越追求有特点、外观美丽、性能更好的建筑物，由此产生了充满特色的建筑形式大跨度结构。大跨度工程通常采用多种多样的结构空间架构。为迎合建筑行业的发展形势，幕墙新设计会层出不穷，进而令幕墙设计侧重于新材料、新科技和新结构。
1、幕墙设计中采用钢铝组合框架的优点
1.1重量轻
因为铝材密度相较于其他金属物比较小，钢结构也属于密度低的金属混合材料，因此面积尺寸相同的立柱型材用在幕墙当中，钢铝组合框架的重量很轻，而砼板幕墙、瓷砖以及千思板幕墙等显得更加重，钢铝组合框架促使建筑结构重量降低。
1.2强度很高
铝合金强度设计值为85.6N/mm2，弹性模量为7万N/mm2，所以其性质无法符合楼层层多等风荷载很大的建筑结构设计需求，经常无法满足幕墙的应用需要。但是，钢材弹性模量为2.1万N/mm2，强度设计为216 N/mm2。通过数据能够发现，钢材强度大，其是钢铝组合中最重要的地方，其弹性模量大概是铝合金的三倍，强度约是2.5倍，所以，钢铝巧妙的组合用于幕墙设计中，将极大提高荷载承重以及强度。
1.3设计灵活且多变
钢铝组合框架在幕墙设计中，把钢的强度高、弹性佳和价格少的优势与铝的防腐蚀、装饰质量好等优点而又巧妙组合在一起，组合的模式多种多样。如此充分发挥出其各自优点，实现材料的最大化利用，进而使幕墙框架有良好的安全性及经济性。钢铝组合框架具备特殊的光影和颜色，以及优良的建筑艺术魅力及建筑风格外形，所以其具有很好的发展空间。
1.4防火能力很强
铝材在250℃条件下，其强度将下降至原本1/2，但当温度高达370℃时其强度会逐渐失去，这就是铝材无法用作承重物料的重要因素之一。而钢材就具备较强的耐热能力，尽管钢材在100℃条件下不仅不会伴随温度的升高而下降，并且还会有所上升，这就是钢材能用作高温条件下承重物料的关键因素之一[1]。将两类材料组合起来，刚好中和了两类材料的优势，令幕墙结构更为稳固及可靠，在具体使用中会更具备材料优势及技术价值。
2、钢铝组合框架在幕墙设计中使用计算机辅助运算
幕墙设计中使用钢铝组合框架，首先需要分析和测算钢铝组合框架的性能，使之承载力可以符合幕墙设计标准。组合时的钢材与铝材共同构成一个截面，该截面一同承担外荷载，则需要测算该组合截面的承受力，需要依靠先进的计算机程度虚拟组合截面，这点很难实现。下文讨论一种简单的计算机辅助运算办法。
（1）设置假定条件
①因为在钢铝组合框架内，钢材与铝材密切结合成整体，其垂直于框架的承载性能能够认为两者是一样的，因此，假定在水平荷载影响下，钢材与铝材的扰度一致，即等扰度原理；②另外，轴向力所产生的应力很小，因此能够忽略，假定轴向力所产生的应力是0。
（2）等效形心计算
基于上述基本假设①，应力式子能简化成：
б=M/（γW）（1）
其中， ：应力，MPa；
M：立柱弯矩设计值，N•mm；
：截面塑性变化系数；
W：弯矩作用位置的净截面抵御矩，mm³。
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通过上述基本假设②得知：
u=u1=u2 （2）
其中，u1：钢铝组合框架内钢材，mm；
u2：铝材在荷载影响下的扰度，mm。
联合扰度公式与式（2）得知：
q/EⅠ=q1/E1Ⅰ1=q2/E2Ⅰ2 （3）
其中，q1、q2：钢铝组合框架内，钢材与钢铝材分别承担的线荷载，N•mm；
E1、E2：钢铝组合框架内，钢材与钢铝材的弹性系数，N/mm2；
Ⅰ1、Ⅰ2：钢铝组合框架内，钢材与钢铝材上截面惯性矩，mm4。
因为水平均布线荷载和矢量，由此得知：
q=q1+q2 （4）
联合式（3）-（4）得知：
EⅠ=E1Ⅰ1+E2Ⅰ2 （5）
式（5）表示钢材与铝材分别承担的荷载是根据刚度配置的。因为刚度是弹性模量E与惯性矩J之积，所以求解运算组合截面惯性距所要的等效形心轴时，要先把不同截面构成材料的弹性模量展开等效转换，方可求得真正共同操作的等效形心轴。通过E1=2.1×105 N/mm2与E2=0.7×105 N/mm2能将式（5）转变成：
EⅠ=3E1Ⅰ2+E1Ⅰ1 =（3Ⅰ2+Ⅰ1）（6）
式（6）显示，等效形心轴以依靠组合惯性矩（3Ⅰ2+Ⅰ1）的形心轴。
3、钢铝组合框架在幕墙设计中的运用对策
首先，要想从本质上提升幕墙设计质量，就必须加强钢铝组合框架应用环节的审核力度，这是十分重要的。要保证设计严禁、稳定安全，这就是幕墙设计及应用的根本目标，并且要制定一套完善的实施方案，规范奖罚机制条例，旨在创建优质建筑，全面提高幕墙的总体性能，提升企业的管理能力[2]。此外，加强幕墙质量管控，应选取适宜的材料，材料的应用会直接关系幕墙结构质量，原材料是整个建筑施工的核心及重点，保障原材料质量方可保证建筑质量，建筑质量就是施工的重点，所以，相关部门要大力引入新技术，防止在材料的使用上引起不必要的缺陷，阻碍后期工作开展。
其次，在选材方面，能够在钢铝组合框架中添加不反应物质，例如抗腐垫片，防止二者直接接触，令二者不出现电化学反应，如此就可以更好加固钢铝组合框架的稳固性，进而保障幕墙质量及安全[3]。在使用钢铝组合框架时，要持续引入新技术、新材料，进一步改进完善传统的基础，如此方可拓展应用范围，更好优化材料的刚性。在规划幕墙结构时，不仅要保障其结构的稳固性，还要确保其耐高温能力，该种技术持续发展过程，设计师要努力学习应用，创新现有的技术，如此方可更好推进技术发展。最后，积极借鉴发达国家成功经验，引入新技术，宣传新思想及观念，提高自身素养，更关键的是有关技术部门及检测中心要及时改进技术要求与标准，这对幕墙设计有较大作用。
4、结束语
综上所述，幕墙结构建设阶段，工程材料仅能保障结构稳固性，而选取适当材料的重大责任便落到了工程设计者身上。目前，建筑领域的迅速发展在很大程度上推动了幕墙结构的使用，并且在大跨越、超高层的幕墙结构规划中，钢铝组合开始受到设计者的青睐及关注。现如今，幕墙结构模式为建筑工程的设计带来了新的组成色彩，建筑结构自身也上升到了新的高度。因此，需要充分利用工程材料的性质，引入科学的生产技术开展总体设计、探究及实验，提高材料的每种性能和使用的可靠性。唯有通过时间方可更好验证理论，从具体操作中得到相关数据，再开展有效的科学研究，巧妙组合，实现最佳搭配，得到最好效果。
参考文献：
[1]刘长春，王梦中.钢铝组合结构在幕墙设计中的应用分析[J].城市建设理论研究（电子版），2017（23）：67-68.
[2]刘涛.钢铝组合结构在幕墙设计中的应用分析[J].门窗，2014（06）：54-55.
[3]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）：50+53.
论文作者:池树俊
论文发表刊物:《基层建设》2019年第9期
论文发表时间:2019/7/3
标签：组合论文; 幕墙论文; 框架论文; 结构论文; 钢材论文; 截面论文; 荷载论文; 《基层建设》2019年第9期论文;