金属与石材幕墙工程技术规范修订：幕墙钢结构焊接问题有了新规定

提示：↑↑↑点击“石学社”关注

幕墙钢梁、钢柱的焊接问题

赵西安

（中国建筑科学研究院 北京 100013）

摘要 《金属石材幕墙工程技术规范》JGJ 133-2001是20世纪90年代编制的铝合金型材。本条5.6.6的规定不适用于钢结构。幕墙钢结构已焊接十余年，经受住了2006年汶川地震的考验。目前，许多大型公共建筑和高层建筑的幕墙均采用焊接钢结构。实践证明，幕墙钢结构的焊接是没有问题的。新修订的幕墙规范对幕墙钢结构的焊接做出了相应的规定。

1 提出问题

进入21世纪，钢结构在幕墙工程中得到广泛应用，这在2000年之前是没有人估计的。随之而来的是幕墙工程中钢梁、钢柱能否焊接的实际问题。由于现行《金属石材幕墙工程技术规范》JGJ 133-2001第5.6.6条规定“梁与柱应采用角码、螺钉或螺栓连接”，这在不少工程中引起争议，迫使他们停止工作。事件也时有发生。

如何理解JGJ 133-2001规范中5.6.6条的实际含义以及如何在幕墙钢结构中合理应用焊接连接已成为不可回避的问题。

2 JGJ 133规范的编制背景

《金属石材幕墙工程技术规范》JGJ 133-2001于2001年颁布，1996年至1997年编制，是20世纪90年代的产品，已有14至15年的历史。理解和应用JGJ 133规范离不开当时的历史背景和技术水平。

我国幕墙于20世纪80年代开始出现，90年代初幕墙行业形成。但最初进入该行业的并不是建筑公司，而是飞机制造公司。当时几乎所有的幕墙公司都是军转民的飞机制造商。他们对铝合金材料比较熟悉，但对钢结构则相对陌生。当时幕墙主要用于办公楼和酒店，层高一般在3m至4m之间，采用铝合金型材完全可以满足受力要求。因此，幕墙行业的共识是幕墙只采用铝合金结构，不采用钢结构。当时幕墙的俗称是“铝合金建筑幕墙”、“铝合金玻璃幕墙”。

1993年至1995年编制《玻璃幕墙工程技术规范》102-96时，经过艰苦努力，终于去掉了“铝合金”一词。然而，钢结构在幕墙中的使用并没有被大多数业内人士所接受。因此，针对铝合金结构编制了JGJ 102-96和JGJ 133-2001两个规范。正因为连接件必须涉及钢材，所以才包含了一些与钢材相关的内容。因此，本规范的许多规定不适用于钢结构。

在十五年前的技术条件下，铝合金结构的现场焊接很难实现；螺栓和螺钉连接对于飞机制造商来说是熟悉且非常熟悉的。因此，JGJ 102-96和JGJ 133-2001自然规定“梁与柱应采用角码、螺钉或螺栓连接”。这对于当时的铝合金结构来说是一种万无一失、可靠的方法，自然得到了幕墙厂家的认可。

十五年前编制JGJ 133规范时，还没有幕墙设计审查制度。加粗的规定被理解为“强调、提醒、强调”，提醒幕墙生产企业“无特殊原因不得违反”。当时谁也没想到后来出现了审查单位，演变成了今天的逐条审查和“一线否决”。因此，黑体字的强制性规定较多。为了引起注意，甚至一些并非唯一的具体做法也用黑体字书写，导致后来的强制性规定过于宽泛。

十五年过去了，客观现实发生了巨大变化，与上个世纪的情况完全不同。但该规范尚未修订，远远落后于现行技术水平，也不适应现行技术管理体系。这是问题和矛盾产生的历史根源。

3《钢结构设计规范》是幕墙钢结构设计的基本依据

由于JGJ 102、JGJ 133规范是针对铝合金结构编制的，并不完全适用于钢结构，因此在新修订版规范颁布之前，幕墙钢结构设计的基本依据应为现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017-2003。

《钢结构设计规范》GB 50017适用于主体钢结构和围护钢结构。幕墙钢结构属于钢结构的一部分，属于《钢结构设计规范》的适用范围。

GB 50017规范对普遍适用的钢结构焊接做出了详细、明确的规定。幕墙钢结构是钢结构的一部分，当然可以采用焊接。

时代在发展，科技在进步。十五年前铝合金结构现场焊接的难题已不再是无法解决的难题。新颁布的《铝合金结构设计规范》GB 50429对铝合金结构的焊接进行了明确规定。如今，连铝合金型材也不必用螺栓连接，也可以焊接。

4 幕墙钢结构焊接十余年

规范JGJ 133编制于1996年，由于它是针对铝合金型材编制的，所以不涉及钢结构如何设计的问题。因此，20世纪90年代的一些工程没有接受规范JGJ 133的约束，直接按照《钢结构设计规范》JGJ 17-87的规定来设计和建造钢结构支撑幕墙，并采用焊接方式。

1996年至1998年，笔者参与了广州省公安厅、广东省交通大厦、广东省建设银行大厦的幕墙工程。石材幕墙部分全部采用焊接钢结构（图1）。从那时起，已经过去十多年了。也经历过多次强台风的考验，一直状况良好。

图1 石材幕墙由焊接钢结构支撑

最令人难忘的是1998年发生的关于焊接钢结构用于幕墙的大争论。 20世纪90年代初，四川成都地区大量采用焊接钢结构建造铝板和石材幕墙。 1998年《金属石材幕墙工程技术规范》JGJ 133进入审查阶段。审查稿送交四川后，按照第5.6条规定。根据关于采用螺栓连接的6条规定，省有关部门责令拆除现有钢梁、柱焊接幕墙。这引起了成都市有关部门的激烈反对，双方展开了长时间的争论。钢梁、钢柱是否可以焊接，现有的大量幕墙是否应该拆除，成为针锋相对的问题。争吵最终传到了北京，开会时双方都拍桌子了。在从事钢结构技术人员的劝说下，这些幕墙得以幸存，静静地度过了整整十年。谁也没想到，1998年双方都不满意的“技术官司”最终因2008年汶川地震而在十年后得到判决。

5 实践证明幕墙完全可以采用焊接钢结构

幕墙钢结构采用焊接不仅符合《钢结构设计规范》的规定，更重要的是，十几年的科学实验和工程经验表明，幕墙不采用焊接是不合理的。墙体钢结构。

实践是检验真理的唯一标准。

十多年来，我国建设焊接钢结构支撑的铝板、石材幕墙，从未发生过因使用焊接钢结构而发生的安全事故；广州、深圳等地的此类项目甚至经历了多次12级14级强台风的袭击，并且完好无损。

近十年来，国内对石材幕墙进行了多次振动台试验，仅笔者一人就参与了五次试验。为了挑战极限，支撑结构全部采用柔性焊接钢结构。试验地震加速度大大超过7、8度的设防烈度，达到相当于9度甚至10度。幕墙试件位移角达到1/70~1/50。在这样的位移下，实际房屋的主体结构已经倒塌了；而幕墙试件的焊接钢结构和面板保持完好。这些振动台试验结果表明，幕墙采用的焊接钢结构完全能够满足抗震要求。

2008年5月12日发生的汶川地震，成都幕墙经历了前所未有的考验。 1998年备受争议但幸存十年的焊接钢结构幕墙，和那些螺纹钢结构幕墙一样，已经安装在成都七区、德阳八区、都江堰、绵阳九区都完好无损。地震损伤调查表明，采用焊接钢结构的金属、石材幕墙具有优良的抗震性能。

我们可以举出大量的例子来证明幕墙使用焊接钢结构是安全的，但谁能举出仅仅因为支撑钢结构是焊接而发生安全事故的例子呢？即使是一个项目也可以！

经历了如此大规模、严峻的考验，在践行这个真理的标准面前，还有什么理由不采用焊接钢结构幕墙呢？

6 如今，幕墙工程大量采用焊接钢结构。

进入21世纪，钢结构在幕墙框架中得到广泛应用，焊接自然成为许多工程中支撑钢结构的连接方式。尽管有人反对，但“青山挡不住，终究要向东流”。幕墙钢结构不可能用焊接来阻止。

2009年建成的青岛大剧院4万平方米的石材幕墙，造型复杂多变，装饰线条和造型较多，整个钢框架采用焊接结构（图2）。 2008年建成的广州新白云机场，航站楼点支撑玻璃幕墙采用方钢管梁、柱支撑。不仅梁、柱本身是焊接的，幕墙的整个框架也直接焊接到主体结构上（图3）。

图2 青岛大剧院（2009）及焊接钢结构石材幕墙

图3 广州新白云机场点支式玻璃幕墙焊接骨架（2008年）

2007年建成的北京首都机场T3航站楼，采用双层中空玻璃幕墙，面板尺寸为3.6mX1.8m，由跨度为10.8m的钢铝组合梁支撑。钢梁通过焊接牛腿与幕墙垂直钢桁架连接（图4）。同样，宁夏银川机场航站楼的玻璃幕墙也采用方钢管梁、柱组成的焊接结构支撑（图5）。

不仅大型公共建筑，很多高层建筑的幕墙也采用焊接钢结构。天津地铁大厦石灰华幕墙高175m，采用焊接钢框架（图6）。中国建筑科学研究院办公楼内的观光电梯高90m，位于室外环境。方钢管到达顶部，无需分段。梁、柱均采用焊接方式与主体结构焊接。整个结构没有一颗螺栓（图7、图8）。

图6 天津地铁大厦钙华幕墙焊接骨架（2009年）

图7 中国建筑科学研究院办公楼，室外电梯90m高整体焊接钢结构

广州银行大厦花岗岩幕墙高260.9m，是目前国内第二高的石材幕墙。它采用方钢管柱和角钢梁，梁与柱采用焊接（图8、图9）。

2011年新建的广东图书馆，采用花岗岩板作凹凸墙面，形成非平面幕墙骨架的钢结构，采用焊接方式（图10、图11）。

2010年上海世博会世博轴上有6个玻璃阳光谷，为高41.5m、直径90m~97m的大型牵牛花。玻璃幕墙和采光顶总面积达到31500平方米（图12）。采用全焊接方钢管单层网壳结构。三个方向排列的方钢管杆30738根，长度1.0m~3.5m，截面高度180mm~550mm；大部分采用焊接箱形六牛腿接头，少量采用实心铸钢六牛腿接头；杆件和节点部件采用全熔透一级焊接连接（图13、图14）。 2010年在建的北京凤凰传媒中心为圆环形钢结构（图15）

主要承重结构为截面为梯形的钢箱梁，是一条200米长的空间双曲线（图12）。幕墙钢结构为圆钢管攀爬梯形双曲空间框架（图13）。幕墙梯形钢架在工厂内预焊在主体结构梯形截面曲梁上，分段运至施工现场安装，整体焊接（图14）。

上述大型复杂玻璃幕墙钢结构均可采用全焊接。还可以使用什么幕墙？

墙体钢结构为什么不能焊接？

应该说，幕墙的钢梁和钢柱可以用螺栓或螺钉连接；它们也可以通过焊接连接。

接缝连接；有些节点还可以用螺栓连接，有些节点可以焊接。设计师可以根据项目特点和自己的习惯灵活选择。图19为天津中船大厦。花岗岩幕墙高148m。钢梁和钢柱一端焊接，另一端用螺栓固定。

7 幕墙法规修订条款进行了修改

规范是成熟经验的总结。只有在项目中广泛使用且技术成熟的内容才能纳入规范的规定。因此，总是先有实践，后有规范。随着实践的进展，必须修订规范。石材学习俱乐部（IDstone5a）

正因为旧规范的规定不是针对钢结构编写的，所以很多规定并不适用于钢结构。因此，修改旧幕墙规范已是大势所趋。 《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102-2003将原规定“梁与柱宜采用角码、螺钉或螺栓连接”改为“梁与柱可采用角码、螺钉或螺栓连接”，这意味着钢梁与钢柱的连接不必使用螺栓，而是可以使用焊接。 “应该”改为“可以”，这种差异打开了幕墙钢结构焊接的大门。

目前，JGJ 133规范修订已进入报审阶段，JGJ 102规范已进行新修订。修改后的规定将统一表述为：“钢结构可采用焊缝、螺栓或螺钉连接，或部分节点采用焊缝连接，部分节点采用螺栓、螺钉连接。焊接连接设计应符合现行规定。国家标准《钢结构设计规范》GB 50017和《冷弯薄壁钢结构设计规范》GB 50018；焊接施工应符合现行行业标准《钢结构焊接技术规范》的规定。建筑钢结构《JGJ 81》。

在规范修订正式颁布前，根据现有工程实践经验和现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017的规定，幕墙钢结构可采用焊接。

8 总结

1、JGJ 133-2001第5.6.6条的规定是针对铝合金型材编制的，不能直接适用于钢结构。

2、焊接是钢结构的基本连接方法，也是幕墙钢结构的基本连接方法。幕墙钢结构的设计应按照《钢结构设计规范》GB 50017的精神进行。在同一工程中，连接可采用螺栓、焊接或两者混合使用。

3、已建工程的经验和多次振动台试验的结果，以及2008年汶川地震的试验，都表明采用焊接钢结构做幕墙是没有问题的。

4、目前，许多大型公共建筑和大量高层建筑都采用焊接钢结构进行幕墙工程。

5、实践是检验真理的唯一标准，实践领先于规范。目前的规范阻碍了这种实践的发展并造成了许多麻烦。应尽快完成规范修订程序并尽快发布实施。