幕墙钢结构的分段问题

　一、铝型材骨架应当分段
　　铝型材立柱层层分段，横梁与立柱通过螺栓铰接，这是常规的做法。铝型材骨架这种做法，是为了减少温度变化时在骨架中产生的温度应力，这对铝合金型材是必要的，因为：
　　1) 铝的温度线胀系数为2.35X10-5/oC，远远大于钢材的线账系数1.2X10-5/oC ，更远大于混凝土的线胀系数1.0X10-5./oC。无论铝型材骨架固定在钢结构上还是固定在混凝土结构上，温度变化时都要产生很大的变形差，从而出现很大的温度应力。
　　2) 铝合金的弹性模量为0.7X105MPa，在端部不可位移时，温度变化1oC将在铝型材中产生1.6MPa的应力;温度变化50OC，温度应力将达到80MPa。而铝合金的强度较低，难以承受如此大的温度应力。
　　因此，铝合金骨架采用层层分段的方式来减少温度变化的影响是合理的。
　　二、分段不是解决温度问题的唯一`方法
　　1. 解决温度问题的两种方法
　　钢骨架是不是也要按照铝合金骨架的方式来做呢，是不是一定要竖向层层分段，水平三米一段?我们的回答是：不一定要切得这么碎。
　　切碎是设计最省事的办法，尺寸越小，温度的影响就小，这是尽人皆知的常识。把构件切碎，弄成短短的，当然就不用费心去做温度应力计算，不用专门考虑抗温度变化措施。由于最初做幕墙的不是建筑结构行业，而是飞机制造行业，所以历史地形成了通通切断的行业习惯。
　　对付温度影响不一定要断开，断开是一种方法，但不是唯一方法。解决温度的影响可以有两条途径：
　　1) 构件断开，支点自由，结构随温度变形，减少或消除温度应力这。称为“有变形，无应力”;
　　2) 构件连续，支点约束，结构温度变形受到限制，甚至不准变形，温度应力由钢结构自己的强度承受。称为“有应力，无变形”。
　　解决温度变化问题的两种办法在实际中都有应用：
　　1) 有温度变形，无温度应力：
　　常规幕墙的骨架;老式低速铁路的铁轨(长度13.2m);用许多温度缝分开的厂房;带活动接头的管道;
　　2) 约束温度变形，承受温度应力：
　　巨型航空母舰;巨型油轮;大型油罐;超大跨公共建筑;超高层建筑;核反应堆;大容量炼铁高炉;高速铁路的超长钢轨(长度一般超过1000m，甚至几百公里无缝隙);大量焊接钢结构。
　　2. 钢结构有能力承受温度应力
　　结构钢Q235 强度设计值为215N/mm2;Q345 强度设计值 315 N/mm2。在完全固
　　定，不能变形的情况下，温度每变化 1 oC，钢构件中产生的温度应力为2.4 N/mm2。即使温度变化50oC，也就产生120N/mm2的温度应力，远小于钢的强度设计值。况且，通常幕墙骨架连接在主体结构上，温度变化时，支座随主体结构位移，钢骨架受到变形约束很小，温度应力远小于这个按支座固定考虑的数值。
　　实际上，钢材和混凝土的膨胀系数相近：
　　钢材：1.2 X 10-5 / oC
　　混凝土：1.0 X10-5 /o C
　　对杭州东站25m巨柱的温度应力进行过两次实测，幕墙支承钢结构最大温度应力发生于70mm竖向钢管，数值仅为45N/mm2，远小于钢管的强度设计值215N/mm2。
　　所以，钢筋混凝土结构才有可能应用。幕墙钢结构和主体钢结构或主体混凝土结构膨胀系数相同或相近，温度变化时幕墙钢结构的温度应力接近于零。实际工程钢结构往往不分段，或者不会分段太密。
　　铝合金结构则不同，其温度变形远大于混凝土和钢材，连接到主体结构上时，无法变形协调。铝结构连接到钢结构、混凝土结构时，应该适当分段。
　　韩国首尔仁川机场幕墙就是一个最典型的例子，幕墙玻璃由铝立柱和钢立柱共同支承，钢立柱与主体钢结构直接连接。由于铝材变形远远大于钢材，与钢立柱无法协调，所以铝立柱分段;而钢立柱与主体钢结构变形相同，所以钢立柱不必分段。
　　三、大量幕墙钢结构不分段
　　如国家大剧院，215mX145m，全部焊成一个刚性的“大碗”，无分缝;鸟巢，296mX310m，钢构件全部刚性连接成为整体，没有缝;深圳湾体育馆，两馆一场由连续曲面覆盖，屋面支承结构为双向单层网壳，长 530 m，连续不分缝(图22~图24)。
　　高层建筑同样如此，世界最高的哈里法塔，高度度828米;上海三座高楼：金茂大厦 420 米，环球金融 495 米，上海中心 635m 。总不能把它们统统切成三米一段吧?
　　主体钢结构不分段，幕墙钢结构同样可以不分段。
　　北京凤凰传媒中心玻璃幕墙的支承钢结构长度达200m，连续焊接不分段。中国建筑科学研究院办公楼的室外电梯，夹层玻璃方钢管框架支承，立柱90m高，连续焊接不分段，无接头，多年使用没有问题。
　　四、幕墙钢结构是否分段由设计者自己决定
　　幕墙钢结构与主体钢结构或主体混凝土结构相连接，两者温度变形相同或相近，温度应力很小;钢材强度很高，完全可以承受温度应力。所以断与不断都不成问题，怎么做都可以，断与不断，由设计者自行决定：
　　全部砍断，传统做法，肯定可行，但是增加许多连接节点，费工费料。
　　加长杆件，减少断口，可以节省工料，但温度问题要从计算和构造上加以考虑。
　　全部不断，必须计算温度和位移产生的应力，分析结构的变形耐受能力，采取措施确保结构安全。