鋼橫梁和鋼立柱的焊接問題(一)

　　進(jìn)人二十一世紀(jì)，鋼結(jié)構(gòu)在幕墻工程中大量應(yīng)用，這是2000年以前根本沒估計(jì)到的。隨之而來就產(chǎn)生了幕墻工程中鋼橫梁和鋼立柱可否采用焊接的現(xiàn)實(shí)間題。因?yàn)楝F(xiàn)行《金屬及石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ 133一2001第5.6.6條規(guī)定“橫梁應(yīng)通過角碼、螺釘或螺栓與立柱連接”，由此而來在許多工程中引發(fā)爭(zhēng)議，被迫停工的事件也時(shí)有發(fā)生。

　　如何理解JGJ 133一2001規(guī)范中第5.6.6條規(guī)定的實(shí)際含義，如何在幕墻鋼結(jié)構(gòu)中合理應(yīng)用焊接連接，已經(jīng)成為不可回避的問題。

　　2 、JGJ 133規(guī)范編制的時(shí)代背景

　　《金屬及石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》JGJ 133一2001頒布于2041年，編制于1996一1997年，是上一個(gè)世紀(jì)九十年代的產(chǎn)物，距離今天已經(jīng)有十四五年的歷史了。理解和應(yīng)用JGJ133規(guī)范，不能離開當(dāng)時(shí)的歷史背景和技術(shù)水平。

　　我國從上個(gè)世紀(jì)八十年代開始出現(xiàn)幕墻，九十年代初形成幕墻行業(yè)。但是最初進(jìn)入這一行業(yè)的并不是建筑公司，而是飛機(jī)制造公司。當(dāng)時(shí)幕墻公司幾乎全是軍轉(zhuǎn)民的飛機(jī)制造廠，它們熟悉鋁合金材料，但對(duì)鋼結(jié)構(gòu)比較陌生。當(dāng)時(shí)幕墻主要應(yīng)用于辦公樓和酒店，層高一般3m -4m，采用鋁合金型材完全可以滿足受力要求。因此幕墻行業(yè)的共識(shí)是幕墻只用鋁合金結(jié)構(gòu)，不采用鋼結(jié)構(gòu)。當(dāng)時(shí)幕墻的普遍稱呼是“鋁合金建筑幕墻”、“鋁合金玻璃幕墻”。

　　1993-1995年編制《玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范》102-96期間，經(jīng)過努力，終于去掉了“鋁合金”三個(gè)字，但是在幕墻中采用鋼結(jié)構(gòu)并沒有被行業(yè)的大多數(shù)人接受。因此JGJ 102-96和JGJ 133一2001兩本規(guī)范就是針對(duì)鋁合金結(jié)構(gòu)編制的，僅僅因?yàn)檫B接件不能不涉及鋼材，所以才列人一些有關(guān)鋼材的內(nèi)容。正因?yàn)槿绱�，�?guī)范許多條文的規(guī)定不適用于鋼結(jié)構(gòu)。

　　十五年前的技術(shù)條件下，鋁合金結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)焊接還很難實(shí)現(xiàn);而螺栓和螺釘連接對(duì)飛機(jī)制造廠來說輕車熟路，非常習(xí)慣。所以JGJ 102-96、JGJ 133 -2[101兩本規(guī)范很自然規(guī)定“橫梁應(yīng)通過角碼、螺釘或螺栓與立柱連接”。這對(duì)當(dāng)時(shí)的鋁合金結(jié)構(gòu)是萬無一失的可靠作法，自然得到幕墻廠家的肯定。

　　十五年前編制JGJ 133規(guī)范時(shí)，并沒有幕墻設(shè)計(jì)審查制度，對(duì)黑體字條文的理解是“強(qiáng)調(diào)、提醒、著重”，提醒幕墻廠家“無特殊理由不要違反’。那時(shí)候誰也沒有預(yù)料到后來會(huì)出現(xiàn)審查單位，會(huì)演變成今天的按條審查，“一條否決”。所以黑體字的強(qiáng)制性條文列得比較多，為了引起重視，甚至連一些并非唯一的具體做法也寫成黑體字，產(chǎn)生了后來強(qiáng)制性條文管得過寬的結(jié)果。

　　十五年過去了，客觀現(xiàn)實(shí)已經(jīng)發(fā)生了巨大變化，完全不同于上一個(gè)世紀(jì)的情況。但是規(guī)范一直沒有修訂，巳經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于當(dāng)前的技術(shù)水平，也不適應(yīng)當(dāng)前的技術(shù)管理制度。這就是問題和矛盾產(chǎn)生的歷史原因。

　　3、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》是幕墻鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本依據(jù)

　　 既然JGJ 102、JGJ 133規(guī)范是針對(duì)鋁合金結(jié)構(gòu)編制的，不完全適用于鋼結(jié)構(gòu)，那么在規(guī)范的新修訂版本頒布之前，幕墻鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本依據(jù)就應(yīng)該是現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50017-2003。

　　《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50017適用于主體鋼結(jié)構(gòu)和圍護(hù)鋼結(jié)構(gòu)。幕墻鋼結(jié)構(gòu)是鋼結(jié)構(gòu)的一部分，是處于《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的適用范圍。

　　GB 50017規(guī)范對(duì)普遍適用的鋼結(jié)構(gòu)焊接作出了詳細(xì)明確的規(guī)定，幕墻鋼結(jié)構(gòu)是鋼結(jié)構(gòu)的一部分，當(dāng)然可以采用焊接。

    時(shí)代在發(fā)展，技術(shù)在進(jìn)步。十五年前鋁合金結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)難以焊接的問題現(xiàn)在已經(jīng)不再是不可解決的困難。新頒布的《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50429對(duì)鋁合金結(jié)構(gòu)的焊接作出了明確的規(guī)定�，F(xiàn)在，即使是鋁合金型材也不是非要螺栓連接不可，也可采用焊接了。

　　4、幕墻鋼結(jié)構(gòu)采用焊接已經(jīng)有十多年歷史

　　規(guī)范ICI 133是在1996年開始編制的，由于它是針對(duì)鋁合金型材編韌，所以沒有涉及鋼結(jié)構(gòu)如何設(shè)計(jì)的問題。于是九十年代有一些工程不接受規(guī)范161 133的約束，直接按照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》JGI 17－87的規(guī)定，設(shè)計(jì)和建造了鋼結(jié)構(gòu)支承的幕墻，麗且是采用焊接。

　　1996-1998年間，筆者參與了廣州的廣東省公安廳、廣東省交通大廈、廣東省建設(shè)銀行大廈幕墻工程，其石材幕墻部分均采用了焊接鋼結(jié)構(gòu)(圖1)。至今已經(jīng)十多年過去，中間還經(jīng)歷了多次強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的考驗(yàn)，使用情況一直良好。

　　最令人難忘的是發(fā)生在1998年的關(guān)于幕墻采用焊接鋼結(jié)構(gòu)的大辯論。

　　四川成都地區(qū)在九十年代初期已經(jīng)采用焊接鋼結(jié)構(gòu)建造了大批鋁板和石材幕墻，1998年《金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范》 JGJ 133 進(jìn)入送審階段，送審稿傳到四川后，根據(jù)第5.6.6條關(guān)于應(yīng)采用螺栓連接的規(guī)定，省里有關(guān)部門下令全部拆除鋼橫梁立柱焊接的已建幕墻，這引起成都市有關(guān)部門的激烈反對(duì)，雙方展開了長時(shí)間的爭(zhēng)論。鋼橫梁與鋼立柱能不能焊接，現(xiàn)有大批幕墻要不要拆除成為針鋒相對(duì)的焦點(diǎn)問題。最后吵到了北京，會(huì)議上雙方都拍了桌子。在從事鋼結(jié)構(gòu)的技術(shù)人員的勸和下，這批幕墻幸存了下來，靜靜地度過了整整十年。誰也沒有想到，1998年雙方都不服的“技術(shù)訴訟”，終于在十年后由2008年汶川大地震給出了判決。

　　5、實(shí)踐證明幕墻完全可以采用焊接鋼結(jié)構(gòu)

　　幕墻鋼結(jié)構(gòu)采用焊接不僅符合《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定，而更重要的是，十多年的科學(xué)試驗(yàn)和工程經(jīng)驗(yàn)都表明：幕墻鋼結(jié)構(gòu)不許采用焊接是毫無道理的。

　　實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。

　　十多年來，我國已建的采用焊接鋼結(jié)構(gòu)支承的鋁板和石材幕墻，從未因采用焊接鋼結(jié)構(gòu)而發(fā)生過安全事故；廣州、深圳等地的這類工程甚至經(jīng)歷了多次12級(jí)到14級(jí)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的吹襲而完好無損。

　　十年來，國內(nèi)進(jìn)行過多次石材幕墻的振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，僅筆者參與的實(shí)驗(yàn)就有五個(gè)。為了挑戰(zhàn)極限，支承結(jié)構(gòu)都采用了柔性的焊接鋼結(jié)構(gòu) ，試驗(yàn)地震加速度大大超過設(shè)防烈度7、8度，達(dá)到相當(dāng)于9度，甚至10度。幕墻試件的位移達(dá)到1/70~1/50。在這樣的位移下，實(shí)際房屋的主體結(jié)構(gòu)早已倒塌；而而幕墻試件的焊接鋼結(jié)構(gòu)和面板都保持完好。這些振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)結(jié)果表明：幕墻采用焊接鋼結(jié)構(gòu)完全可以滿足抗震要求。

　　2008年5月12日發(fā)生了汶川大地震，成都地區(qū)的幕墻經(jīng)歷了空前的大考驗(yàn)。1998年備受爭(zhēng)議、但幸運(yùn)地得以保存達(dá)十年之久的焊接鋼結(jié)構(gòu)幕墻，如同那些螺接鋼結(jié)構(gòu)幕墻一樣，在7度區(qū)的成都、8度區(qū)的德陽、9度區(qū)的都江堰、綿陽都保持完好。震害調(diào)查表明：采用焊接鋼結(jié)構(gòu)的金屬和石材幕墻具有優(yōu)良的抗震性能。 

　　我們可以列舉大量例子證明幕墻采用焊接鋼結(jié)構(gòu)是安全的，但是誰又能舉出例子，說明僅僅是因?yàn)橹С袖摻Y(jié)構(gòu)采用了焊接就發(fā)生安全事故，哪怕舉出一個(gè)工程也行！

　　經(jīng)歷了如此大范圍、如此嚴(yán)酷的考驗(yàn)，在實(shí)踐這個(gè)真理的標(biāo)準(zhǔn)面前，還有什么理由不許幕墻采用焊接鋼結(jié)構(gòu)呢？

　　6、現(xiàn)在大量幕墻工程采用焊接鋼結(jié)構(gòu)

　　進(jìn)入二十一世紀(jì)，鋼結(jié)構(gòu)大量應(yīng)用于幕墻骨架，焊接自然成為許多工程支承鋼結(jié)構(gòu)的連接方式。盡管有人反對(duì)，但是“青山擋不住，畢竟東流去”，幕墻鋼結(jié)構(gòu)采用焊接是不可能阻擋的。2009年建成的青島大劇院石材幕墻4萬平方米，外形復(fù)雜多變，裝飾線腳和造型非常多，全部鋼骨架采用焊接（圖2）。2008年建成的廣州新白云機(jī)場(chǎng)，候機(jī)樓的點(diǎn)支玻璃幕墻由方鋼管梁柱支承，不但梁柱本身焊接，而且幕墻整個(gè)骨架直接焊在主結(jié)構(gòu)上（圖3）。

　　2007年建成的北京首都機(jī)場(chǎng)T3航站樓，玻璃幕墻雙夾膠中空，板塊尺寸3.6m×1.8m，由跨度為10.8m的鋼鋁組合梁支承。鋼梁通過焊接牛腿連接