钢幕墙系统的需求和需求分析-苏州安嘉科技

1 简介

随着城市的发展，建筑物越来越高，钢材扮演着越来越重要的角色，从混凝土中的钢筋到主体钢结构。 作为“工业之母”，钢材因其突出的结构性能和易于加工性能，成为现代建筑中最不可替代的材料之一。

铝型材作为建筑外部维护结构的幕墙，因其可以挤压成几乎任何所需的形状，并且具有重量轻、防腐性能好等优异性能，已成为建筑幕墙最重要的框架结构材料。 ，且易于切割加工。 钢材基本上起辅助作用，用于隐形件中的预埋件、连接件、结构件，或者是铝做不到的结构件，如雨篷、采光屋顶的结构件等。

多年来，由于建筑性能和建筑功能的要求，越来越多的建筑师希望展现钢的阳刚之气，暴露钢作为结构的一面。 这也推动了钢型材的使用量越来越大，朝着“精致”的方向发展。钢材的加工精度大大提高，很多钢材的外观不亚于铝型材。“精钢”被越来越多的项目所使用。

2.钢幕墙系统的要求

钢幕墙的使用根据建筑设计要求或结构、功能要求而定。 虽然它不能完全取代铝结构，但它在某些方面的性能远远超过了铝结构，可以用于铝结构无法满足的方面。 一个很好的补充。 经分析，主要有以下几个原因：

A。 结构要求

普通幕墙结构采用铝型材作为支撑框架。 但在层高较高或跨层无主体结构的建筑中，如一楼大堂，或一些场馆等空间要求较高的建筑，可以采用铝材作为支撑框架。 幕墙的支撑结构可能不满足结构要求。 在这些零件中，主要控制的一般不是强度，而是结构的挠度。 钢的弹性模量达到206000MPa，是铝的三倍（铝的弹性模量为70000MPa），可以很好地减少结构变形。 程度。 这样可以使柱、梁等框架构件更加纤细，达到更好的建筑效果。

b. 防火要求

在建筑设计中，由于一些建筑间距和防火空间的要求，往往要求某些部位的幕墙需要采用防火幕墙，以满足防火隔断的要求。 在这些部位，铝型材幕墙无法满足建筑的防火老化要求，因为铝的熔点只有660℃，燃烧到一定程度时结构就会失效。 钢的熔点达到1500℃，远远高于钢的熔点。 基于良好的防火性能，基本上所有有防火要求的幕墙基本上都是由钢框架加上防火玻璃和具有防火性能的辅助材料组成。

C。 建筑外观要求

钢材是建筑中最重要的材料之一，也是主要的受力构件。 越来越多的建筑师希望直接展现钢铁的“阳刚之美”。 直接暴露钢材，对钢材的加工精度和表面处理提出了更高的要求。 这也直接推动了钢材加工厂家开始学习国外先进经验，将加工工艺、精度和表面处理提高到更高的水平。 高标准。

d. 环境要求

铝电解过程中，不仅消耗大量能源，而且产生大量废物。 这些废物如果处理不当，将对环境造成很大的影响。 钢铁冶炼过程主要产生铁渣，有害物质很少。 同样，铝挤压成型所消耗的能源也远远大于精密钢型材生产所消耗的能源。 因此，在国家“碳达峰、碳中和”政策的引导下，钢幕墙的使用趋势也将进一步扩大。

除上述原因外，钢结构幕墙相对于铝材还有两个优点：一方面，钢材的线膨胀系数仅为1.2*10-5l/℃，几乎是铝材的一半，可以减少温度变形对幕墙的影响。 系统可以做得更长并减少接头； 另一方面，钢的传热系数远低于铝。 铝的传热系数为200W/(mk)，而钢的传热系数仅为50W/(mk)，钢制幕墙可以比铝幕墙具有更好的热工性能。

三、早期铝包钢幕墙系统及其缺陷

在之前的大部分项目中，由于加工精度和成本的原因，钢材几乎都用在看不见的地方。 在石材和铝制幕墙上，钢几乎总是用作主要结构支撑部件。 在玻璃幕墙部分，几乎所有的铝型材或铝板都包裹在外面。 这种方法有以下缺点：

A。 成本浪费

钢铝结合的方法一般采用钢材作为主要受力结构，外包铝型材或铝板作为装饰材料。 这相当于在钢的基础上增加了铝的成本。 这将导致成本大幅增加。

b. 体积大

由于安装所需的空间，铝包构件的宽度必须至少比钢结构的宽度大50mm。 这样就会使柱、梁的框架变得更厚，而大多数大跨度区域采用钢框架结构的目的就是为了让幕墙框架显得更纤细。 这种笨重的形状在一定程度上降低了感官效果。

C。 结合不良

由于钢材和铝材的加工精度不同，常规的做法是钢材的精度比铝材差很多，而且钢材和铝型材在加工过程中几乎都会出现弯曲等现象。 由于弯曲不均匀，因此组件中必须留有足够的空间来吸收这种差异。 而这些空间也会影响它们之间的力传递效果。 虽然设计时会考虑设置垫片将两者紧密结合，但在实际施工过程中确实很难实现，这也使得两者的结合很难达到理想的设计效果。

d. 潜在差异

钢和铝之间存在电位差。 如果表面未经特殊处理直接接触，会引起电化学腐蚀。

4、国内精钢幕墙的发展

国内精钢幕墙的发展基本可以分为以下几个阶段：

A。 进口钢制幕墙系统占据主导地位

精密型钢技术在国外发展较早。 比较有名的有德国的WEISER和瑞士的JANSEN，都有一百多年的历史。 他们早期的产品主要应用于汽车，后来逐渐应用于门窗、幕墙等领域。 它实际上是在2010年左右作为精密钢制幕墙产品引入中国的，但由于生产设备和模具的原因，成本仍然很高。 一套生产设备约6000万元，一套模具约50万元。 由于一套幕墙系统基本上需要近10个模具，因此整体成本非常昂贵。 每吨精密钢型材的成本将在5万-16万元，远远超过铝合金幕墙和普通铝包钢幕墙的价格。 因此，只有当地有特殊要求的部件才会被使用。 但这也推动了国内精密型钢的发展。

b. 国产精密型钢的发展

2012年，上海宝钢集团投资数亿元与北京多所知名大学合作，开展精密复杂钢材成形技术研发。 引进德国设备和软件，引进北京科技大学博士进行精密成形技术研发。 随后几年，国内一些企业也开始研发精密成型技术，并在技术上取得了一些突破。 2018年后，国内精钢幕墙发展迅速，无论是冷弯薄壁领域、焊接直角方钢管，还是异型精钢，技术都取得了很大突破。

第一类是冷弯薄壁型钢。 它主要用于传统的幕墙系统。 水平和垂直材料的壁厚一般为2-5mm左右。 采用标准化、规模化生产方式，采用冷轧钢板等材料制成。 它具有特定的几何形状。 剖面，用作外露幕墙系统的支撑框架。 在这种成形过程中，材料和冷弯成形工艺是重点。 钢板通常采用轧制工艺成型，不会改变钢的成分和性能。 但在此过程中容易发生变形和应力集中，成型后容易开裂。

在成型过程中，有两个关键点需要控制：

一是R角的控制。 外露元件一般要求外部R角越小越好。 但要实现小的外R角极其困难，而且容易引起开裂。 目前，进口和国产精密型钢的外R角有一半控制在0.5 -2mm。

另一个控制点是截面的精度。 进口精密型钢截面尺寸偏差基本可以控制在0.2mm以内。 国内最好的基本上可以控制在0.3mm，平均在2.5mm左右。

钢幕墙系统的设计与铝幕墙系统有相似之处，但也有自己的特点。 首先，它的型材不像铝型材那样是挤压成型的，截面厚度可以随意改变。 其厚度基本均匀，截面局部形状受工艺影响较大。 其次，由于钢材较硬且一般较薄，局部厚度不易加厚，因此螺栓连接受到很大限制。 如何设计一种既满足结构要求又易于安装的系统连接方式是重点。 以下是常规钢幕墙系统的一些做法，通常分为隐框和明框。

外露框架有两种类型：垂直框架和水平框架。 通常的方法是在柱、梁上开凹槽，然后用螺栓将外板条与竖梁或横梁连接。 外装饰扣盖分为压条和盖板，分别起到固定玻璃和装饰玻璃的作用。

边框隐藏有两种方式：垂直隐藏和水平隐藏。 玻璃面板采用结构胶固定在副框上，然后通过压块将面板和副框固定在立柱或横框上。 外玻璃板的接缝通常采用泡沫棒和密封胶制成，以保证气密性、水密性和结构变形。

冷弯薄壁钢幕墙系统已在国内多个大型场馆得到推广。 例如，北京大兴国际机场、北京冬奥会、苏州博物馆、雄安新区高铁站等项目均采用了精密钢型材系统。 国内表现较好的厂商包括湖南金威新材料科技有限公司。

第二类是焊接直角方钢管和异型精钢。 一般来说，厚度较大，可达60mm。 一般选用合适的高精度钢板或钢带，通过焊接成型，然后经过抛光、校正、去应力、喷涂等工艺作为大跨度、异形建筑幕墙造型的外露支撑构件， ETC。

作为外露幕墙钢结构，虽然与钢结构工程有很多相似之处，但仅满足钢结构的验收标准肯定达不到外露幕墙构件的要求。 在平面度、直线度、R角等加工精度方面，精钢构件与普通钢结构工程有以下区别：

这种精钢更适合各种形状幕墙互连的结构，在上海图书馆东楼、冰雪大世界等项目中得到了很好的应用。 国内比较好的厂家有世博实业集团有限公司。

5、国内精钢幕墙需要改进的瓶颈

虽然中国通过学习在某些流程上赶上了或超越了国外产品，但整体上还需要改进，具体体现在以下几个方面：

A。 系统设计

精钢幕墙作为一种新型幕墙系统，与铝幕墙有很大不同。 如何达到气密、水密、结构、位移、隔热、隔音等性能要求，不仅需要在设计上下功夫，需要合理的部件和连接方式，还需要相应的测试来验证和改进。 现在大多数厂家直接照搬国外的系统，对系统的真实损坏模式不了解，也不具备相应的系统设计能力。 这导致产品可行性低、附加值低。 只有设计好相应的面板、构件、配件和连接件，并经过测试和实际检验，才能真正建造出钢结构幕墙。

b. 加工生产精度

目前，国内少数精钢厂家的加工精度已达到或接近国外先进水平，但大多数厂家产品的加工精度还比较差。 加工生产精度差不仅会影响外观，还可能严重影响幕墙的气密性、水密性等性能指标。 因此，对此，我们仍需不断改进技术，降低不良率，保证部件的安全性、实用性和美观性。

C。 耐腐蚀性能

由于普通钢材的耐腐蚀性差，钢幕墙的构件有的在室内，有的则暴露在室外。 该部分的防腐将是钢幕墙成功与否的关键。 虽然可以对构件表面进行粉末喷涂或氟碳烤漆处理，但在构件钻孔、切割的地方很难保证表面处理到位。 因此选择合适的耐候钢或许才是钢幕墙系统真正蓬勃发展的必由之路。

d. 生产及验收标准

目前，钢结构幕墙的生产和验收尚无自己的标准。 铝门窗、幕墙、钢结构的标准几乎全部照搬，这是非常不合理的。 钢幕墙构件的精度要求肯定比钢结构高，但完全用铝精度标准来制定钢加工精度标准是不合适的。 值得庆幸的是，钢幕墙的工程和材料行业标准也正在编制中，钢幕墙的生产和验收标准应该很快就能在实际项目中使用。

六、总结

开发钢制幕墙的目的并不是要取代铝合金幕墙，而是为了在建筑和功能上更好地与铝合金幕墙互补。 铝合金幕墙发展至今，具有不可替代的优势。 具有重量轻、耐腐蚀、易加工等特点，特别适用于超高层幕墙。 钢幕墙适用于大跨度、特殊形状、有消防功能要求的场所。 只有共同发展，百花齐放，幕墙行业才能发展得越来越好。