广州江河幕墙系统工程有限公司广东广州511340
摘要：从我国建筑行业的发展趋势来看，幕墙结构设计应用也是越来越广泛，这个行业也是迅猛发展。人们的审美水平也是越来越高，追求的特色也越来越多，注重建筑物的外观及性能。现在不乏有很多高端大跨度的建筑物，建筑结构形式趋于多元化，结构的空间体系也在逐渐的加强。往常单纯的铝型材在固定的安装范围内难以满足幕墙的各方面的受力能力，相反钢铝材料则不同，大大的保证了建筑结构的稳定性，而且本身它的质量较轻、强度及刚度较大、造价相较其他比较低，适合于各类建筑工程。基于此，本文主要对钢铝组合结构在幕墙设计中的应用进行分析探讨。
关键词：钢铝组合结构；幕墙设计；应用
1、前言
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。
2、钢铝组合结构应用于幕墙设计中的技术优势
2.1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。
2.2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0.7×105MPa，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2.1×105MPa，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。
2.3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。
2.4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。
3、钢铝组合在结构幕墙设计中的实施措施
前文所涉及到的问题，会在一定程度上对幕墙结构产生影响，所以我们要想从根本上解决并提高幕墙设计的品质，就要加强应用以及使用过程的审核工作，这些必不可少。要做到设计严谨、安全性能高，这才是幕墙在建筑设计和应用中的目标，而且与此同时建立一套完整的实施计划非常有必要，增强奖惩制度条例，目的就是创建优质工程，全面有效的提升幕墙的整体质量水平，提高企业的管理水平。
另一方面就是幕墙质量的管理与控制，要选取合适的材料，材料的使用将会直接会影响到幕墙的质量，原材料是整个工程建设的核心和关键，保证原材料的品质才能进而保证工程质量，工程质量就是工程建设的核心，因此相关的部门必须加强新技术的引进，避免在材料的应用上导致不必要的问题发生，影响后续工作进行。在材料的选用问题上，我们可以适当的在钢铝组合结构中加入一些较惰性的物质，比如说防腐垫片，避免两者近距离的接触，使两者不产生化学反应，这样就能合理的做到加固钢铝组合结构稳定性，从而保证幕墙的质量安全。我们在应用钢铝组合结构的过程中，应该不断地引进新技术新材料不断地改进完善以往的技术，这样才能不断的扩大适用范围，更好地改善材料的刚度性能。在幕墙的结构设计中，我们既要保证其结构的坚固性，还要保证其耐高温的性能，在这项技术不断地发展进程中，设计人员们也要不断的学习应用，改进已有的技术，进行创新和发展，这样才能好的推动技术进步。我们应该多向发达国家学习，引进新的技术传播新的想法和理念，加强自身素质建设，更重要的相关的技术检测部门必须要做到即时更新技术要求和规范，这对幕墙的结构设计作用重大。
4、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，这个截面共同承受外荷载，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。
4.1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。
4.2等效形心轴的求解
由上述基本假定2），应力公式可简化为：
σ=M/（γW）（1）
式中：
σ?——应力，MPa；
M——立柱弯矩设计值，N?mm；
γ?——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（2）
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（3）
式中q1、q2——钢铝组合结构中，钢材、钢铝型材分别承受的线荷载，N/mm：
E1、E2——钢铝组合结构中，钢材、钢铝型材的弹性模量，MPa；
I1、I2——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（4）
联立式（3）和式（4）可知：
EI=E1I1+E2I2（5）
式（5）表明钢材和铝型材分别承受的荷载是按刚度分配的。由于刚度为弹性模量E和惯性矩J的乘积，因此求解计算组合截面惯性矩必需的等效形心轴时，必须先将不同截面组成材料的弹性模量进行等效转换，才能求出真正共同工作的等效形心轴。由E1=2.1×105MPa和E2=0.7×105MPa可将式（5）转化为：
EI=3E1I2+E1I1=E1（3I2+I1）（6）
式（6）表明，等效形心轴是基于组合惯性矩3I2+I1的形心轴。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。
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℅。
5、结语
当前的幕墙的结构形式为建筑物的设计增添了新鲜的色彩成分，建筑物本身也达到了一个新的台阶，上了更高的层次。所以我们应该充分的应用建筑材料的特性，引进先进的生产技术，进行整体设计，研究以及试验，增强材料的各种性能及应用的可靠性。只有通过时间才能更好地说明问题，从实际操作中获取相应的数据，在进行有效的科学分析，巧妙地进行结合，实现最优组合，达到最有效果。
参考文献：
[1]林培浩，庄大建.钢铝组合玻璃幕墙在防火工程中的设计与应用[C].2006年全国铝门窗幕墙行业年会论文集.
[2]胡慧玲.钢铝组合结构在幕墙中的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2013（15）.
夏训工作广州江河幕墙系统工程有限公司511340