第十章 建筑幕墙主要材料

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1、第十章建筑幕墙主要材料建筑幕墙是用各种不同材质、性能的材料组合而成的。了解和掌握这些材料在各种应力状态和不同使用条件下的工作性能，根据幕墙的使用要求、荷载（作用）的性质、周围环境、受力特性和应力分布，慎重选择幕墙材料，使幕墙既能安全可靠地满足使用要求，又尽量节约材料，降低造价。正确选择幕墙材料是设计、制造幕墙一项重要内容，为此，我们要对这些材料作一些必要的探讨，并掌握必要的基本知识。建筑幕墙用的主要材料是钢材、铝合金型材与板材、玻璃、石材板、密封胶等。第一节钢材钢材在铝合金玻璃幕墙、金属板幕墙、石材幕墙中占很重要的地位。比较大的幕墙

2、工程，要以钢结构为主骨架，铝合金玻璃幕墙与建筑物的连接构件大部分采用钢材，使用的钢材以碳素结构钢为主，因为它是延性材料中力学性能比较典型的材料，其他很多材料的力学性能的描述是从碳素结构钢引伸出来的，所以，重点介绍碳素结构钢。对幕墙使用的低合金和耐候钢也作适当的介绍。一、钢结构对材料性能的要求1.强度钢材的强度，是指钢材在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力（破坏包含断裂与过量的塑性变形）。钢材(以低碳钢Q235为例)的强度指标有比例极限σP、弹性极限σe、屈服极限σS、强度极限σb。强度指标是指该钢材的力学性质（也称为机械性质），但用于

3、幕墙设计时，不用这个指标，而是采用“强度设计值”。例如：钢材牌号Q235（当厚度或直径d≤16mm时），钢材的强度设计值fS（N/mm2）为：抗拉、抗压、折弯fS＝215N/mm2；抗剪fS＝125N/mm2；端面承压fS＝325N/mm2。2.塑性强度指标虽然是幕墙结构设计的重要依据之一，但单凭这一指标不足以完全判定结构是否安全可靠，还要考虑其他几个指标。其中一个是刚度指标。刚度是指钢材构件抵抗弹性变形的能力，如果幕墙构件弹性变形过大，会发生塑性变形（残余变形、永久变形）。钢材的塑性一般是指当应力超过屈服极限σS后，能产生显著的残

4、余变形（塑性变形）而不立即断裂的性质。衡量钢材塑性好坏的主要指标是伸长率δ和断面收缩率ψ。由材料力学可知：伸长率δ是应力——应变曲线中最大应变值，等于试件拉断后的原标距间长度的伸长值（包括残余塑性变形）和原标距比值的百分率,当L0/d0＝10时,以δ10表示，当L0/d0＝5时，以δ5表示。δ值可按式（10－1）计算：δ＝（L1－d0）／L0×100%（10－1）式中：δ为伸长率；L0为试件原标距长度；L1为试件拉断后标距间的长度；249d0为试件中间部分的直径断面收缩率ψ是指试件拉断后，颈缩区的断面面积缩小值与原断面面积比值的百分

5、率，按式（10－2）计算：ψ＝（A0－A1）／A0×100%（10－2）式中：A0为试件原来的断面面积；A1为拉断后颈缩区的断面面积。断面收缩率ψ是表示钢材在颈缩区的应力状态（形成同号受拉的立体应力区域）条件下，所能产生的最大塑性变形量，它是衡量钢材塑性的一个指标。3.韧性钢材的韧性是钢材在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力，也是表示钢材抵抗冲击荷载的能力，它与钢材的塑性有关而又不同于塑性，它是强度与塑性的综合表现。韧性指标是由冲击试验获得的，它是判断钢材在冲击荷载作用下是否出现危性破坏危险的重要指标之一。在冲击试验中，一般采用截面

6、为10mm×10mm，长度为55mm，中间开有小槽（缺口）的长方形试件，放在摆锤式冲击试验机上进行试验。冲断试件后，可以从试验机上的刻度盘上直接读出冲击功AK（单位为N·m）值。此值除以试件缺口处的净截面面积Ai（单位为cm2），所得的值即为冲击韧性值，用αK表示：αK＝AK／Ai，N·m／mm2（10－3）4.可焊性钢材的可焊性，是指在一定材料、工艺和结构条件下，钢材经过焊接后能够获得良好的焊接接头的性能。可焊性可分为施工焊的可焊性和使用性能上的可焊性。施工上的可焊性，是指焊缝金属产生裂纹的敏感性以及由于焊接加热的影响，近缝区钢材

7、硬化和产生裂纹的敏感性。可焊性好是指在一定的焊接工艺条件下，焊接金属和近缝区钢材均不产生裂纹。使用性能上的可焊性，是指焊接接头和焊缝的缺口韧性（冲击韧性）和热影响区的延伸性（塑性）。要求焊接结构在施焊的力学性能不低于母材的力学性能。5.冷弯性能冷弯性能是指钢材在冷加工（即在常温下加工）产生塑性变形时，对产生裂缝的抵抗能力。钢材的冷弯性能是用冷弯试验来检验钢材承受规定弯曲程度的弯曲变形性能，并显示其缺陷的程度。冷弯试验方法是在材料试验机上，通过冷弯冲头加压。当试件弯曲至某一规定角度α时（一般取α＝180°），检查试件弯曲部分的外面、里

8、面和侧面，如无裂纹、裂断可分层，即认为试件冷弯性能合格。冷弯试验常作为静力拉伸试验和冲击试验等的补充试验。冷弯性能是一项衡量钢材力学性能的综合指标。6.耐久性影响钢结构使用寿命的因素较多。首先由于钢材的耐腐蚀性较差，必须采取防护措施避