第十章 建筑幕墻主要材料

1、第十章第十章建筑幕建筑幕墻主要材料主要材料建筑幕墻是用各種不同材質(zhì)、性能的材料組合而成的。了解和掌握這些材料在各種建筑幕墻是用各種不同材質(zhì)、性能的材料組合而成的。了解和掌握這些材料在各種應(yīng)力狀態(tài)和不同使用條件下的工作性能，根據(jù)幕墻的使用要求、荷載（作用）的性質(zhì)、應(yīng)力狀態(tài)和不同使用條件下的工作性能，根據(jù)幕墻的使用要求、荷載（作用）的性質(zhì)、周圍環(huán)境、受力特性和應(yīng)力分布，慎重選擇幕墻材料，使幕墻既能安全可靠地滿足使用周圍環(huán)境、受力特性和應(yīng)力分

2、布，慎重選擇幕墻材料，使幕墻既能安全可靠地滿足使用要求，又盡量節(jié)約材料，降低造價(jià)。正確選擇幕墻材料是設(shè)計(jì)、制造幕墻一項(xiàng)重要內(nèi)要求，又盡量節(jié)約材料，降低造價(jià)。正確選擇幕墻材料是設(shè)計(jì)、制造幕墻一項(xiàng)重要內(nèi)容，為此，我們要對(duì)這些材料作一些必要的探討，并掌握必要的基本知識(shí)。容，為此，我們要對(duì)這些材料作一些必要的探討，并掌握必要的基本知識(shí)。建筑幕墻用的主要材料是鋼材、鋁合金型材與板材、玻璃、石材板、密封膠等。建筑幕墻用的主要材料是鋼材、鋁合金型材與

3、板材、玻璃、石材板、密封膠等。第一節(jié)第一節(jié)鋼材鋼材在鋁合金玻璃幕墻、金屬板幕墻、石材幕墻中占很重要的地位。比較大的幕墻鋼材在鋁合金玻璃幕墻、金屬板幕墻、石材幕墻中占很重要的地位。比較大的幕墻工程，要以鋼結(jié)構(gòu)為主骨架，鋁合金玻璃幕墻與建筑物的連接構(gòu)件大部分采用鋼材，使工程，要以鋼結(jié)構(gòu)為主骨架，鋁合金玻璃幕墻與建筑物的連接構(gòu)件大部分采用鋼材，使用的鋼材以碳素結(jié)構(gòu)鋼為主，因?yàn)樗茄有圆牧现辛W(xué)性能比較典型的材料，其他很多用的鋼材以碳素結(jié)構(gòu)鋼為

4、主，因?yàn)樗茄有圆牧现辛W(xué)性能比較典型的材料，其他很多材料的力學(xué)性能的描述是從碳素結(jié)構(gòu)鋼引伸出來的，所以，重點(diǎn)介紹碳素結(jié)構(gòu)鋼。對(duì)幕材料的力學(xué)性能的描述是從碳素結(jié)構(gòu)鋼引伸出來的，所以，重點(diǎn)介紹碳素結(jié)構(gòu)鋼。對(duì)幕墻使用的低合金和耐候鋼也作適當(dāng)?shù)慕榻B。墻使用的低合金和耐候鋼也作適當(dāng)?shù)慕榻B。一、鋼結(jié)構(gòu)對(duì)材料性能的要求1.強(qiáng)度強(qiáng)度鋼材的強(qiáng)度，是指鋼材在外力（荷載）作用下抵抗破壞的能力（破壞包含斷裂與過鋼材的強(qiáng)度，是指鋼材在外力（荷載）作用下抵抗破壞

5、的能力（破壞包含斷裂與過量的塑性變形）。鋼材量的塑性變形）。鋼材(以低碳鋼以低碳鋼Q235為例為例)的強(qiáng)度指標(biāo)有比例極限的強(qiáng)度指標(biāo)有比例極限σP、彈性極限、彈性極限σe、屈服極限、屈服極限σS、強(qiáng)度極限、強(qiáng)度極限σb。強(qiáng)度指標(biāo)是指該鋼材的力學(xué)性質(zhì)（也稱為機(jī)械性質(zhì)），。強(qiáng)度指標(biāo)是指該鋼材的力學(xué)性質(zhì)（也稱為機(jī)械性質(zhì)），但用于幕墻設(shè)計(jì)時(shí)，不用這個(gè)指標(biāo)，而是采用“強(qiáng)度設(shè)計(jì)值”。例如：鋼材牌號(hào)用于幕墻設(shè)計(jì)時(shí)，不用這個(gè)指標(biāo)，而是采用“強(qiáng)度設(shè)計(jì)值”。

6、例如：鋼材牌號(hào)Q235（當(dāng)厚度或直徑（當(dāng)厚度或直徑d≤16mm時(shí)），鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值時(shí)），鋼材的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fS（Nmm2）為：抗拉、抗壓、）為：抗拉、抗壓、折彎折彎fS＝215Nmm2；抗剪；抗剪fS＝125Nmm2；端面承壓；端面承壓fS＝325Nmm2。2.塑性塑性強(qiáng)度指標(biāo)雖然是幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)之一，但單憑這一指標(biāo)不足以完全判定結(jié)強(qiáng)度指標(biāo)雖然是幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)之一，但單憑這一指標(biāo)不足以完全判定結(jié)構(gòu)是否安全可靠，還要考慮其

7、他幾個(gè)指標(biāo)。其中一個(gè)是剛度指標(biāo)。剛度是指鋼材構(gòu)件抵構(gòu)是否安全可靠，還要考慮其他幾個(gè)指標(biāo)。其中一個(gè)是剛度指標(biāo)。剛度是指鋼材構(gòu)件抵抗彈性變形的能力，如果幕墻構(gòu)件彈性變形過大，會(huì)發(fā)生塑性變形（殘余變形、永久變抗彈性變形的能力，如果幕墻構(gòu)件彈性變形過大，會(huì)發(fā)生塑性變形（殘余變形、永久變形）。鋼材的塑性一般是指當(dāng)應(yīng)力超過屈服極限形）。鋼材的塑性一般是指當(dāng)應(yīng)力超過屈服極限σS后，能產(chǎn)生顯著的殘余變形（塑性變后，能產(chǎn)生顯著的殘余變形（塑性變形）而不立

8、即斷裂的性質(zhì)。衡量鋼材塑性好壞的主要指標(biāo)是伸長(zhǎng)率形）而不立即斷裂的性質(zhì)。衡量鋼材塑性好壞的主要指標(biāo)是伸長(zhǎng)率δ和斷面收縮率δ和斷面收縮率ψ。ψ。由材料力學(xué)可知：由材料力學(xué)可知：伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率δ是應(yīng)力δ是應(yīng)力——應(yīng)變曲線中最大應(yīng)變值，等于試件拉斷后的原標(biāo)距間長(zhǎng)度的伸應(yīng)變曲線中最大應(yīng)變值，等于試件拉斷后的原標(biāo)距間長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)值（包括殘余塑性變形）和原標(biāo)距比值的百分率長(zhǎng)值（包括殘余塑性變形）和原標(biāo)距比值的百分率當(dāng)L0d0＝10時(shí)以δ10表示，當(dāng)表示

9、，當(dāng)L0d0＝5時(shí)，以時(shí)，以δ5表示。表示。δ值可按式（值可按式（10－1）計(jì)算：）計(jì)算：δ＝（＝（L1－d0）／）／L0100%（10－1）式中：式中：δ為伸長(zhǎng)率；為伸長(zhǎng)率；L0為試件原標(biāo)距長(zhǎng)度；為試件原標(biāo)距長(zhǎng)度；L1為試件拉斷后標(biāo)距間的長(zhǎng)度；為試件拉斷后標(biāo)距間的長(zhǎng)度；度（度（σS＝235Nmm2）又有很好的塑性（又有很好的塑性（δ10≥21%）和韌性）和韌性(αK≥0.70Nm／mm2)是比較理想的承重結(jié)構(gòu)材料。但是，仍然有可能出現(xiàn)

10、脆性斷裂。是比較理想的承重結(jié)構(gòu)材料。但是，仍然有可能出現(xiàn)脆性斷裂。促使鋼材發(fā)生脆性斷裂的因素很多，主要的因素是鋼材的化學(xué)成分，鋼材的化學(xué)成促使鋼材發(fā)生脆性斷裂的因素很多，主要的因素是鋼材的化學(xué)成分，鋼材的化學(xué)成分直接影響鋼的組織構(gòu)造，并與鋼材的力學(xué)性能有密切關(guān)系。鋼的基本元素是鐵分直接影響鋼的組織構(gòu)造，并與鋼材的力學(xué)性能有密切關(guān)系。鋼的基本元素是鐵（Fe），普通碳素鋼中的純鐵約占），普通碳素鋼中的純鐵約占99%，此外便是碳（，此外便是碳

11、（C）、錳（）、錳（Mn）和硅（）和硅（Si）等雜）等雜質(zhì)元素，以及在冶煉中不易除盡的有害元素硫（質(zhì)元素，以及在冶煉中不易除盡的有害元素硫（S）、磷（）、磷（P）、氧（）、氧（O）、氮（）、氮（N）等。）等。碳和其他元素雖然含量不大（僅占碳和其他元素雖然含量不大（僅占1%左右），但對(duì)鋼材的力學(xué)性能卻有著決定性的影左右），但對(duì)鋼材的力學(xué)性能卻有著決定性的影響。因此，在選用鋼材時(shí)要注意鋼的化學(xué)成分。響。因此，在選用鋼材時(shí)要注意鋼的化學(xué)成分。

12、在普通碳素鋼中，碳（在普通碳素鋼中，碳（C）是除鐵（）是除鐵（Fe）以外的最主要的元素，它直接影響著鋼材的）以外的最主要的元素，它直接影響著鋼材的強(qiáng)度、塑性、韌性和可焊性。隨著含碳量的增加，鋼材的屈服極限（σS）和強(qiáng)度極限）和強(qiáng)度極限（σb）提高，但塑性和韌性，特別是負(fù)溫沖擊韌性下降。同時(shí)，鋼材的耐腐蝕性能、疲）提高，但塑性和韌性，特別是負(fù)溫沖擊韌性下降。同時(shí)，鋼材的耐腐蝕性能、疲勞強(qiáng)度和冷彎性能也明顯下降，并將惡化鋼材的可焊性和增加低

13、溫脆斷的危險(xiǎn)性。因此勞強(qiáng)度和冷彎性能也明顯下降，并將惡化鋼材的可焊性和增加低溫脆斷的危險(xiǎn)性。因此建筑鋼的含碳量不宜太高建筑鋼的含碳量不宜太高一般不超過一般不超過0.22%在焊接鋼結(jié)構(gòu)中則應(yīng)限制在在焊接鋼結(jié)構(gòu)中則應(yīng)限制在0.20%以下。以下。硅（硅（Si）一般作為脫氧劑加入普通碳素鋼，用以制成質(zhì)量較高的鎮(zhèn)靜鋼。硅有使鐵液）一般作為脫氧劑加入普通碳素鋼，用以制成質(zhì)量較高的鎮(zhèn)靜鋼。硅有使鐵液在冷卻時(shí)形成無數(shù)結(jié)晶中心的作用，因而可使純鐵體的晶料

14、變?yōu)榧?xì)小而均勻。適量的硅在冷卻時(shí)形成無數(shù)結(jié)晶中心的作用，因而可使純鐵體的晶料變?yōu)榧?xì)小而均勻。適量的硅可以在使鋼材的強(qiáng)度大為提高，而對(duì)塑性、沖擊韌性、冷彎性能及可焊性均無顯著的不可以在使鋼材的強(qiáng)度大為提高，而對(duì)塑性、沖擊韌性、冷彎性能及可焊性均無顯著的不良影響。一般鎮(zhèn)靜鋼的含硅量為良影響。一般鎮(zhèn)靜鋼的含硅量為0.10%～0.30%，如含量過高（達(dá)到，如含量過高（達(dá)到1%左右）將會(huì)降低左右）將會(huì)降低鋼材的塑性、沖擊韌性、抗銹化和可焊性。鋼材

15、的塑性、沖擊韌性、抗銹化和可焊性。錳（錳（Mn）是一種弱脫氣劑。錳與鐵、碳的化合物既能溶解于純鐵體中，又能溶解于）是一種弱脫氣劑。錳與鐵、碳的化合物既能溶解于純鐵體中，又能溶解于滲碳體中，有強(qiáng)化純鐵體和珠光體的雙重作用，是一種十分有效的合金成分。含量不大滲碳體中，有強(qiáng)化純鐵體和珠光體的雙重作用，是一種十分有效的合金成分。含量不大多的錳可以有效地提高鋼材的強(qiáng)度，消除硫、氧對(duì)鋼材的熱脆影響，改善鋼材的熱加工多的錳可以有效地提高鋼材的強(qiáng)度，消

16、除硫、氧對(duì)鋼材的熱脆影響，改善鋼材的熱加工性能，并能改善鋼材的冷脆傾向，而同時(shí)又不顯著降低鋼材的塑性和沖擊韌性。錳在普性能，并能改善鋼材的冷脆傾向，而同時(shí)又不顯著降低鋼材的塑性和沖擊韌性。錳在普通碳素鋼中的含量約為通碳素鋼中的含量約為0.3～0.8%。如果錳含量過高（達(dá)。如果錳含量過高（達(dá)1.0～1.5%），會(huì)使鋼材變得脆），會(huì)使鋼材變得脆而硬，并將降低鋼材的抗銹性和可焊性。而硬，并將降低鋼材的抗銹性和可焊性。硫（S）和磷（P）在普通碳

17、素鋼中是極為有害的物質(zhì)。硫與鐵化合為硫化亞鐵（FeS），散布在純鐵體晶粒的間層中。含硫量增大時(shí)會(huì)降低鋼材的塑性、沖擊韌性、疲），散布在純鐵體晶粒的間層中。含硫量增大時(shí)會(huì)降低鋼材的塑性、沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度（勞強(qiáng)度（σr）和抗銹性等。高溫（）和抗銹性等。高溫（800～1200℃）時(shí)，例如在燭接、鉚接及熱加工時(shí)，硫℃）時(shí)，例如在燭接、鉚接及熱加工時(shí)，硫化亞鐵即將熔化而使鋼材變脆（熱脆）和發(fā)生裂紋。因此，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制鋼材中的含硫化亞鐵即將熔化而

18、使鋼材變脆（熱脆）和發(fā)生裂紋。因此，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制鋼材中的含硫量，一般應(yīng)不超過量，一般應(yīng)不超過0.055%，在焊接結(jié)構(gòu)中則應(yīng)不超過，在焊接結(jié)構(gòu)中則應(yīng)不超過0.050%。若在鋼中增加錳的含。若在鋼中增加錳的含量，可使硫形成熔點(diǎn)高、塑性較好的硫化錳（量，可使硫形成熔點(diǎn)高、塑性較好的硫化錳（MnS），它的熔點(diǎn)（約為），它的熔點(diǎn)（約為1600℃），遠(yuǎn)遠(yuǎn)℃），遠(yuǎn)遠(yuǎn)起出熱加工溫度。這樣就可以消除一部分硫的有害作用。磷與純鐵體結(jié)成不穩(wěn)定的固熔起出熱加工

19、溫度。這樣就可以消除一部分硫的有害作用。磷與純鐵體結(jié)成不穩(wěn)定的固熔體，有增大純鐵體晶粒的害處。磷的存在雖然可以提高鋼材的強(qiáng)度和抗銹性，但嚴(yán)重降體，有增大純鐵體晶粒的害處。磷的存在雖然可以提高鋼材的強(qiáng)度和抗銹性，但嚴(yán)重降低鋼材的塑性、沖擊韌性、冷彎性能和可焊性等，特別是在低溫時(shí)能使鋼材變得很脆低鋼材的塑性、沖擊韌性、冷彎性能和可焊性等，特別是在低溫時(shí)能使鋼材變得很脆（冷脆）。所以磷的含量也應(yīng)嚴(yán)格控制，一般不超過（冷脆）。所以磷的含量也應(yīng)嚴(yán)

20、格控制，一般不超過0.050%，在焊接結(jié)構(gòu)中不超過，在焊接結(jié)構(gòu)中不超過0.045%。但是磷在鋼材中的強(qiáng)化作用是十分顯著的，因此，有時(shí)就利用它的這一強(qiáng)化作。但是磷在鋼材中的強(qiáng)化作用是十分顯著的，因此，有時(shí)就利用它的這一強(qiáng)化作用來提高建筑用鋼材的強(qiáng)度。磷使鋼材的塑性、沖擊韌性和可焊性等方面的降低，可用用來提高建筑用鋼材的強(qiáng)度。磷使鋼材的塑性、沖擊韌性和可焊性等方面的降低，可用減少鋼材中的含碳量來彌補(bǔ)。國(guó)外有的生產(chǎn)企業(yè)，采用的特殊的冶煉工藝，