浅谈新型金属护栏的生产加工安装工艺与应用发展

钟飞翔

江西省地质局普查综合大队 江西 南昌 330000

引言

栏杆是建筑中一种传统的建筑构件，传统建筑中的栏杆并不涉及整个建筑的受力体系，但是它在建筑艺术中有着非常成功的形式。伴随着建筑本身的发展，以及科学技术、材料和人们审美观念的提高，护栏也得到了极大的发展，从传统的木制、石制、砖制、陶制护栏发展到铁制、不锈钢制、铝制、玻璃制、尼龙钢制、聚氯乙烯制等多种材质，形态各异，造型优美。在现代建筑工程中，更是没有护栏的设计应用，护栏不仅具有安全防护的功能，同时也是一种美化建筑的构件，为设计创造出优美的建筑提供了条件。但再华丽的建筑也要保证建筑构件的安全，所以国家颁布了相应的建筑规范和产品标准，规定了护栏的设计和应用，对产品的生产提出了一定的安全要求。施工更是关系到广大人民群众的切身利益，只有对护栏安全防护的概念了解清楚，才能更好地把握好设计应用的方向。

今天，轴承和装饰性的金属制品在建筑群中得到了成功的应用，它们既有支撑的作用，又有装饰的作用。20世纪70～80年代，城市公共建筑中的装饰构件有着重要的功能性和组成性。艺术铸件的各种模块的组合允许设计师创建建筑和公共元素的原始装饰组合，这些元素被用作地标或已知的区域标记。与此同时，装饰和轴承金属元素的重复出现，完成了建筑的整体形象，也在城市景观中形成了线性节奏(作为一种更大的图案)的结构。对历史事物重建的迫切需求也促使建筑师重新创造开放空间环境的和谐意象，其特有的主旋律就是金属装饰艺术。昔日商人的府邸以檐篷和遮阳篷的形式，重新获得了传统建筑的元素。有时候，这些元素就像是城市空间的一个强大的组合口音，例如修复的历史物体的入口的组织和餐馆、咖啡馆、酒店、银行的新功能的增加。另一方面，金属檐篷的使用再次扩大到新的对象－现在有框架车库的汽车，所谓的汽车檐篷与富有表现力的装饰图案。传统的金属装饰的造型，往往充实了新的线性节奏，反映了后现代时代不断塑造的精神和可塑性。今天，人们提出的问题不仅是如何将一个单一的建筑物作为一个有价值的、独立的有机体来形成，而且还要如何创造一个不可分割的、整体的城市环境形象。

当代城市演进的建筑与设计模式是双向的。一方面，随着建筑过程中“个性化”的发展，高度个性化的项目和手工锻造的使用再次出现。另一方面，成型技术不断发展，材料的化学、电学和激光加工方法不断改进，计算机建模和设计技术得到广泛应用，使金属制品成本低、质量大。

许多欧洲城市的历史街区通常被认为是低层建筑的城市核心。当代包含的金属元素在老建筑的结构提供了一个新的创作开放的环境，他们参与其中。反过来，装饰性的金属元素映射在购物橱窗的玻璃表面和高层建筑的玻璃表面，这些也不可避免地出现在城市的文化和历史核心。因此，环境被丰富在多维，对话的方式。一个有吸引力的铸铁花边图案线条，通常呈现在门户，路边和阳台格栅，围栏，灯具和其他形式的街道和城市设计，也成为一个特殊的主旋律空间。所有这些间接形成了丰富、连续的视觉节奏，并形成了一个完整、和谐和详细的城市环境组织[1]。

1 金属护栏加工生产安装分析

住宅建筑护栏选用材料时，一定要注重耐腐蚀性，根据《建筑用玻璃与金属护栏》对常用的材料进行要求。不锈钢材料宜采用奥氏体型不锈钢，化学成分应符合 GB/T 20878 的相关要求，且Ni含量不宜小于8.00%，Cr含量不宜小于16.00%。 在建筑领域应用范围广，耐腐蚀性好，具有良好的维护、加工性能和机械性能，表面美观。护栏只可选用奥氏体型不锈钢材料，其他的不锈钢材料就不适合使用了，例如铁素体型不锈钢，在耐腐蚀方面不如奥氏体型不锈钢，但用于室内护栏，表面进行电镀处理，提高表面的装饰性和耐腐蚀性，也具有较好使用效果。

结构钢应符合 GB/T 699、GB/T 700或 GB/T 1591 的相关规定。表面应采取有效防腐、防锈的处理措施；铜加速乙酸（CASS）试验应大于16h，且表面不应有针孔、鼓泡等缺陷。表面的防腐防锈措施，应包括钢管内壁表面的处理，不应只是外表面的要求。研究表明，因内壁难以进行表面处理，处理成本高，在应用的护栏中，采用碳素钢管的护栏产品，都未经过内壁表面处理，在一些室外护栏中，因环境潮湿，管内壁积水受潮，不易干燥，产生由里往外腐蚀现象，外表面的保护层看上去还是完好，实际已被严重腐蚀。根据研究，无保护层的低碳钢在含氯化物的海洋环境中的腐蚀率为单位面积每年0.15mm，如果不加防护，腐蚀继续进展，材料很快就会出现严重的减薄。为了避免安全隐患，选择碳钢管时，一定要求管的内外壁的表面防腐措施，并充分考虑因腐蚀减薄的使用年限。

铝及其合金的焊接一直是设计人员和技术人员面临的巨大挑战。铝合金，如2xxx系和5xxx系等，由于熔化区形成的气孔和枝晶组织等焊接缺陷严重影响了接头的力学性能，因此很难采用熔焊技术进行连接。搅拌摩擦焊接技术是解决目前难以焊接的铝合金连接问题的一种经济可行的方法。特别是，它吸引了航空航天和海洋工业的注意力，由于潜在的重量和成本节约，结合良好的保留性能。这个过程的细节已经在其他地方描述过了，实质上是由一个旋转的销钉(连接到一个肩膀)组成，这导致销钉附近的塑性变形很高(ε>40)，由于工具件和材料之间的连接，摩擦产生了大量的热量。根据晶粒和析出物的显微结构角色塑造，在FSW过程中确定了3个不同的区域，即搅拌区(熔核区)、热机械影响区(TMAZ)和热影响区区(HAZ)。搅拌区(即 d < 10μm) 中，搅拌摩擦加热过程中强烈的塑性变形和摩擦加热导致再结晶细晶组织的形成。晶粒细化是发生在熔核区的动态重结晶的结果。熔核的显微组织取决于刀具的转速和横向速度以及销钉的几何形状等参数。许多作者研究了这些参数对不同铝合金熔核组织和晶粒结构的影响 。然而，对于母材初始组织对熔核晶粒尺寸的影响，已经进行了一些研究。研究了冷加工和热处理工艺对5083铝合金和2024铝合金熔核区晶粒组织的影响[2]。

在栏杆施工的过程中，存在有如下三个方面的问题：

首先，材料的选择依据图集要求不锈钢立柱及扶手管材采用奥氏体不锈钢，常见不锈钢管材直径为60～80mm，壁厚为3.0～4.0mm，实际检测中发现，壁厚常为1.2～1.8mm。严重不满足设计及图集要求。

其次，土建单位及护栏安装单位前后不协调，依据《铝合金护栏》（16J509）、《楼梯栏杆栏板》（15J403-1）（替代06J403-1）相关内容栏杆立柱及扶手端部采用预埋钢板进行连接。实际工程中土建单位与栏杆安装单位无法协调统一，预埋件在省内较少按设计及图集要求支座。后期施工中由栏杆安装单位采用膨胀螺丝或钢筋头等方式连接固定。原本固结支座变为近似简支，立柱与扶手抗弯性能急剧下降。

最后，现阶段各地市建设工程管理与监督单位对待建筑护栏验收程序未见相关正式文件。验收过程中重点集中于栏杆高度、立柱间距、缝隙宽度，对于栏杆承载能力、安装质量多数工程也仅仅靠推一推、拉一拉等方式进行查看。相关材料送检、安装质量检验等技术保障资料缺失。因此在施工过程中应尤为注意相关问题的出现[3]。

2 结束语

在现代住宅建筑中，护栏不但起到装饰美学的效果，重要的是护栏承担着建筑结构安全防护作用。在护栏的设计中，应从护栏的力学性能、结构安全、防护高度、材料安全和装饰美学等多个方面进行综合性、系统性的设计。当然，仅仅有一些规范和标准的参量和要求是不够，尚需要护栏设计师和材料研究单位的配合，不断探索护栏在住宅建筑中应用的问题，汇总与完善相关的技术标准，才能够不断设计出即安全、适用、耐久、可靠、造型优美，又有良好的社会经济效率的护栏。