幕墙钢横梁和钢立柱的焊接问题
赵西安
（中国建筑科学研究院北京100013）
提要《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ 133-2001 是90年代针对铝合金型材而编制的，第5.6.6条的规定不
适用于钢结构。幕墙钢结构采用焊接已有十多年历
史，并经历了2006年汶川大地震的考验。目前许多
大型公共建筑和高层建筑的幕墙都在采用焊接钢结
构。实践表明幕墙钢结构采用焊接是没有问题的。
新修订的幕墙规范已经对幕墙钢结构焊接问题作出
相应规定。
关键词幕墙规范钢结构焊接
1 问题的提出
进入二十一世纪，钢结构在幕墙工程中大量应用，这是2000年以前根本没估计到的。随之而来就产生了幕墙工程中钢横梁和钢立柱可否采用焊接的现实问题。因为现行《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ 133-2001 第5.6.6条规定“横梁应通过角码、螺钉或螺栓与立柱连接”，由此而来在许多工程中引发争议，被迫停工的事件也时有发生。
如何理解JGJ 133-2001 规范中第5.6.6条规定的实际含义，
如何在幕墙钢结构中合理应用焊接连接，已经成为不可回避的问题。
2 JGJ 13
3 规范编制的时代背景
《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ 133-2001 颁布于2001 年，编制于1996~1997年，是上一个世纪九十年代的产物，距离今天已经有十四五年的历史了。理解和应用JGJ 133 规范，不能离开当时的历史背景和技术水平。
我国从上个世纪八十年代开始出现幕墙，九十年代初形成幕墙行业。但是最初进入这一行业的并不是建筑公司，而是飞机制造公司。当时幕墙公司几乎全是军转民的飞机制造厂，它们熟悉铝合金材料，但对钢结构比较陌生。当时幕墙主要应用于办公楼和酒店，层高一般3m~4m，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用铝合金结构，不采用钢结构。当时幕墙的普遍称呼是“铝合金建筑幕墙”、“铝合金玻璃幕墙”。
1993~1995年编制《玻璃幕墙工程技术规范》102-96 期间，经过努力，终于去掉了“铝合金”三个字，但是在幕墙中采用钢结构并没有被行业的大多数人接受。因此JGJ 102-96 和JGJ 133-2001 两本规范就是针对铝合金结构编制的，仅仅因为连接件不能不涉及钢材，所以才列入一些有关钢材的内容。正因为如
此，规范许多条文的规定不适用于钢结构。
十五年前的技术条件下，铝合金结构现场焊接还很难实现；而螺栓和螺钉连接对飞机制造厂来说轻车熟路，非常习惯。所以JGJ 102-96、JGJ 133-2001 两本规范很自然规定“横梁应通过角码、螺钉或螺栓与立柱连接”。这对当时的铝合金结构是万无一失的可靠作法，自然得到幕墙厂家的肯定。
十五年前编制JGJ 133规范时，并没有幕墙设计审查制度，对黑体字条文的理解是“强调、提醒、着重”，提醒幕墙厂家“无特殊理由不要违反”。那时谁也没有预料到后来会出现审查单位，会演变成今天的按条审查，“一条否决”。所以黑体字的强制性条文列得比较多，为了引起重视，甚至连一些并非唯一的具体做法也写成黑体字，产生了后来强制性条文管得过宽的结果。
十五年过去了，客观现实已经发生了巨大变化，完全不同于上一个世纪的情况。但是规范一直没有修订，已经远远滞后于当前的技术水平，也不适应当前的技术管理制度。这就是问题和矛盾产生的历史原因。
3《钢结构设计规范》是幕墙钢结构设计的基本依据
既然JGJ 102 、JGJ 133 规范是针对铝合金结构编制的，不完全适用于钢结构，那么在规范的新修订版本颁布之前，幕墙钢结构设计的基本依据就应该是现行国家标准《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。幕墙钢结构是钢结构的一部分，是处于《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作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，技术在进步。十五年前铝合金结构现场难以焊接的问题现已经不再是不可解决的困难。新颁布的《铝合金结构设计规范》GB 50429 对铝合金结构的焊接作出了明确的规定。现在，即使是铝合金型材也不是非要螺栓连接不可，也可以采用焊接了。
4 幕墙钢结构采用焊接已经有十多年历史
规范JGJ 133 是在1996 年开始编制的，由于它是针对铝合金型材编制，所以没有涉及钢结构如何设计的问题。于是九十年代有一些工程不接受规范JGJ 133的约束，直接按照《钢结构设计规范》JGJ 17-87的规定，设计和建造了钢结构支承的幕墙，而且是采用焊接。
1996~1998年间，笔者参与了广州的广东省公安厅、广东省交通大厦、广东省建设银行大厦幕墙工程，其石材幕墙部分均采用了焊接钢结构（图1）。至今已经十多年过去，中间还经历
了多次强台风的考验，使用情况一直良好。
广东省公安厅（1997）广东交通大厦（1998）广东省建行大厦（1998）
图1 石材幕墙采用焊接钢结构支承最令人难忘的是发生在1998年的关于幕墙采用焊接钢结构的大辩论。四川成都地区在九十年代初期已经采用焊接钢结构建造了大批铝板和石材幕墙，1998年《金属与石材幕墙工程技术规范》JGJ 133 进入送审阶段，送审稿传到四川后，根据第5.6.6条关于应采用螺栓连接的规定，省里有关部门下令全部拆除钢横梁立柱焊接的已建幕墙，这引起成都市有关部门的激烈反对，双方展开了长时间的争论。钢横梁与钢立柱能不能焊接，现有大批幕墙要不要拆除成为针锋相对的焦点问题。最后吵到了北京，会议上双方都拍了桌子。在从事钢结构的技术人员的劝和下，这批幕墙幸存了下来，静静地度过了整整十年。谁也没有想到，
1998年双方都不服的“技术诉讼”，终于在十年后由2008年汶川大地震给出了判决。
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，而更重要的是，十多年的科学试验和工程经验都表明：幕墙钢结构不许采用焊接是毫无道理的。
实践是检验真理的唯一标准。
十多年来，我国已建的采用焊接钢结构支承的铝板和石材幕墙，从未因采用焊接钢结构而发生过安全事故；广州、深圳等地的这类工程甚至经历了多次12级到14级强台风的吹袭而完好无损。
十年来，国内进行过多次石材幕墙的振动台试验，仅笔者参与的实验就有五个。为了挑战极限，支承结构都采用了柔性的焊接钢结构，试验地震加速度大大超过设防烈度7、8度，达到相当于9度，甚至10度。幕墙试件的位移角达到1/70~1/50。在这样的位移下，实际房屋的主体结构早已倒塌；而而幕墙试件的焊接钢结构和面板都保持完好。这些振动台试验结果表明：幕墙采用焊接钢结构完全可以满足抗震要求。
2008年5月12日发生了汶川大地震，成都地区的幕墙经历了空前的大考验。1998年备受争议、但幸运地得以保存达十
年之久的焊接钢结构幕墙，如同那些螺接钢结构幕墙一样，在7度区的成都、8度区的德阳、9度区的都江堰、绵阳都保持完好。震害调查表明：采用焊接钢结构的金属和石材幕墙具有优良的抗震性能。
我们可以列举大量例子证明幕墙采用焊接钢结构是安全的，但是谁又能举出例子，说明仅仅是因为支承钢结构采用了焊接就发生安全事故，哪怕举出一个工程也行！
经历了如此大范围、如此严酷的考验，在实践这个真理的标准面前，还有什么理由不许幕墙采用焊接钢结构呢？
6现在大量幕墙工程采用焊接钢结构
进入二十一世纪，钢结构大量应用于幕墙骨架，焊接自然成为许多工程支承钢结构的连接方式。尽管有人反对，但是“青山挡不住，毕竟东流去”，幕墙钢结构采用焊接是不可能阻挡的。
2009年建成的青岛大剧院石材幕墙4万平方米，外形复杂多变，装饰线脚和造型非常多，全部钢骨架采用焊接（图2）。2008年建成的广州新白云机场，候机楼的点支玻璃幕墙由方钢管梁柱支承，不但梁柱本身焊接，而且幕墙整个骨架直接焊在主结构上（图3）。
图2 青岛大剧院（2009）和石材幕墙焊接钢结构
图3 广州新白云机场（2008）点支玻璃幕墙的焊接骨架
2007年建成的北京首都机场T3航站楼，玻璃幕墙双夹胶中
空，板块尺寸3.6mX1.8m，由跨度为10.8m的钢铝组合梁支承。钢
梁通过焊接牛腿连接到幕墙的竖向钢桁架（图4）。同样宁夏银川
机场候机楼的玻璃幕墙由方钢管横梁和立柱组成的焊接结构支承
（图5）。
图4 首都机场T3航站楼（2008）图5 银川机场候机楼（2009）
不仅大型公共建筑，而且许多高层建筑的幕墙也采用焊接钢结构。天津地铁大厦洞石幕墙高达175m，采用了焊接钢骨架（图6）。
中国建筑科学研究院办公楼的观光电梯高90m，处于室外环境，方
钢管一通到顶，不分段；梁柱全部焊接；与主体结构也是焊接，整
个结构没有一个螺栓（图7、图8）。
图6 天津地铁大厦洞石幕墙的焊接骨架（2009）
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度260.9m，是目前国内第二
高的石材幕墙，采用方钢管立柱和角钢横梁，横梁与立柱焊
接（图8、图9）。
2011年新建的广东图书馆采用花岗岩石板凹凸不平墙
面，形成这非平面幕墙骨架的钢结构，采用焊接（图10、图
11）。
2010年上海世博会的世博轴上有6个玻璃的阳光谷，为高度41.5m、直径
90m~97m的大喇叭花，玻璃幕墙和采光顶总面积达31500m2（图
12）。采用全焊
接方钢管单层网壳结构。三向布置的方钢管杆件30738根，长度
1.0m~3.5m，截
面高度180mm~550mm；大部分采用焊接箱形6牛腿节点，少量
采用实心铸钢6
牛腿节点；杆件与节点构件采用全熔透一级焊缝连接（图13、图14）。
2010年正在施工的北京凤凰传媒中心是一座面包圈形的钢结构（图15），
图8 广州银行大厦，2011，260m 图9 广州银行大厦钢横梁与钢立柱焊接
图10 广东图书馆花岗岩幕墙，2011
图11 钢骨架采用焊接
主要承重结构是梯形截面的钢箱梁，为长达200米的空间双曲线
（图12），幕
墙钢结构为圆钢管爬梯形双曲空间骨架（图13）。幕墙爬梯形钢
骨架在工厂预
先焊在主结构的梯形截面曲梁上，分段运到工地安装，焊接为整
体（图14）。
图12 一号阳光谷，焊接单层壳结构图13 焊接箱形节点，注意其牛腿与钢管的焊缝
图14 焊接箱形节点（左）和焊接铸钢节点（右）
图15 北京凤凰传媒中心，曲梁长达200米图16 鳞片形玻璃幕墙的支承结构焊在主体曲梁上
图17 圆钢管爬梯形幕墙结构通过铁扁担预先焊图18 主体曲梁连同幕墙爬梯分段安装焊为
在主体结构的曲梁上整根200米长的双曲空间结构
上述如此大型、如此复杂的玻璃幕墙钢结构都能采用全焊接，还有什么幕
墙钢结构不能焊接呢？
应该说，幕墙的钢横梁和钢立柱可以采用螺栓或螺钉连接；
也可以采用焊
缝连接；还可以部分节点用螺栓连接，而另外部分节点用焊接。
设计者可以根据
工程特点和自己的习惯灵活选用。图19为天津中船大厦，花岗
岩幕墙高148m，
其钢横梁与钢立柱一端为焊接，另一端为螺栓连接。
图19 天津中船大厦（左）的钢横梁与钢柱一端焊接，一端螺栓连接（右）
7 幕墙规范修订条文已经修改
规范是成熟经验的总结，只有在工程中广泛采用、技术成熟的内容才能列入规范的条文。因此，总是先有实践，后有规范。实践已经向前推进了，规范就必须进行修订。
正因为老规范的规定不是为钢结构编制的，许多规定不适用于钢结构。所以修改老的幕墙规范是大势所趋。《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ 102-2003 已经将原规定“横梁应通过角码、螺钉或螺栓与立柱连接”修改为“横梁可通过角码、螺钉或螺栓与立柱连接”，意味着钢横梁与钢立柱“可不”用螺栓连接，可以采用焊接。“应”改为“可”，一字之差为幕墙钢结构采用焊接打开了口子。
目前，JGJ 133 规范修订已进入送审报批阶段，JGJ 102
规范已经进行新的修订。修订后的条文将统一表达为：“钢结构可以采用焊缝连接、螺栓或螺钉连接，也可以部分节点采用焊缝连接、部分节点采用螺栓或螺钉连接。焊缝连接的设计应符合现行国家标准《钢结构设计规范》GB 50017 和《冷弯薄壁型钢结构设计规范》GB 50018 的规定；焊接的施工应符合现行行业标准《建筑钢结构焊接技术规程》JGJ 81 的规定。”
在规范修订正式颁布之前，可以根据已有的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，在幕墙钢结构中采用焊接。
8 小结
1. JGJ 133-2001 第5.6.6 条的规定是针对铝合金型材编制的，
不能直接套用到钢结构中。
2. 焊接是钢结构的基本连接方法，同样也是幕墙钢结构的基本连接方法。幕墙钢结构的设计应遵照《钢结构设计规范》GB 50017 规定的精神进行。其连接可以采用螺栓、焊缝或者两者在同一工程中混合使用。
3. 已建工程的经验和多次振动台试验结果，以及2008年汶川大地震的考验，都表明了幕墙采用焊接钢结构是没有问题的。
4．目前，许多大型公共建筑和大量的高层建筑的幕墙工程都在采用焊接钢结构。
5．实践是检验真理的唯一标准，实践已经走在规范的前面。现行规范已经阻碍实践向前发展，产生了许多麻烦。应该尽快完成规范修订的程序，尽快颁布施行。
中国土木建筑培训中心
土建培字2012第023号
关于举办“节能建筑幕墙和超高层幕墙设计施工技术
培训班”的通知
各有关单位：
随着世界各国对建筑节能的日益重视，节能环保绿色建筑也成为当今建筑设计的主流，这为我国节能环保幕墙提供广阔的发展空间。同时建筑幕墙在公共建筑、高层超高层建筑中正得到越来越多的应用。作为一种新型的建筑外围护结构形式，它具有质量轻、艺术效果好、标准化程度高、施工速度快等优点。
为加强各单位幕墙设计施工人员专业技能，树立新观念，新技术、新材料营造高技术生态建筑幕墙来满足生态环境和高技术生态建筑的要求。我中心于2012年8月17日-19日在南京举办“节能建筑幕墙和超高层幕墙设计施工技术培训班”。培训班将针对我国建筑幕墙业最新发展及应用现状，介绍幕墙工程的新形式、新材料、新工艺；从建筑节能、新型材料应用、结构设计、构造特点、施工技术等方面对建筑幕墙进行全面的讲解；还将特别介绍光伏建筑一体化和光伏幕墙的设计方法以及高层超高层幕墙设计施工技术。
培训班将促进各单位之间相互学习，并由资深专家与设计师、各参会代表进行面对面交流。望各单位积极组织相关人员参加。现将有关事宜通知如下：
一、授课专家
席时葭中国建筑装饰协会幕墙委专家组专家
全国建筑门窗及幕墙标准化技术委员会委员
吴智勇中国金属结构协会门窗幕墙委员会专家
四川省成都市金属结构行业协会副秘书长
曾任成飞集团装修工程总公司副总兼总工
二、培训内容
1、光伏建筑一体化（光电幕墙）主要技术、应用及地区适用性分析；
2、双层幕墙的特性、结构类型以及选择原则；
3、双层幕墙设计方法、技术要点及在工程施工中的技术难题解析；
4、光伏幕墙和采光顶的专项设计要点；
5、绿色环保节能幕墙的技术、应用（光伏幕墙、双层幕墙、生态幕墙）；
6、超高层建筑玻璃幕墙设计要素和施工技术及典型案例分析；
7、世界级超高层建筑（中国）玻璃幕墙特点（工程实例）；
8、单元式幕墙水密理论、等压腔、十字头封堵的设计；
9、超高层建筑幕墙防火、防雷、抗震、抗风设计；
10、超白玻璃工程技术应用的案例及优势；
11、新型材料、新工艺、新技术、新产品在建筑幕墙中的应用。
三、参加对象
各地建设行政主管部门、建筑装饰、幕墙工程设计、施工、工程监理、检验检测等单位负责人及相关设计与技术人员；各大建筑科研院所的专家从事幕墙工程领域新技术、新工艺、新材料的研发、生产厂商代表。
四、培训方式
培训班以主题报告、集中讲授，交流研讨、根据工程实例相结合的方式进行。并针对与会人员提出的有关疑点、难点、热点问题展开全面的研讨与经验交流。培训结束将颁发证书，可作为专业技术人员继续教育的重要依据。
五、会议时间、地点：
2012年8月17 日—8月19日（17日全天报到）地点：南京
六、费用及报名方法
1、培训费每人1380元／人（含资料、证书、专家、组织管理等），
食宿统一安排，费用自理，统一开具报销凭证。
2、参会人员根据以上计划认真填写报名回执表，并尽快传真至报名处：
电话：010---58684419传真：010---88635065
网址：https://www.doczj.com/doc/1a18727648.html, 邮箱：zgtmjz2006@https://www.doczj.com/doc/1a18727648.html, 联系人：董琳188********
会务组收到报名回执表后，于开会前5天发放报到通知，详告具体地点、乘车路线、食宿及日程安排等有关事项。
中国土木建筑培训中心
二零一二年七月十二日
节能建筑幕墙和超高层幕墙设计施工技术培训班
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经研究，我单位选派下列同志参加学习：（加盖单位公章）
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