浅谈建筑幕墙结构设计及优化措施陈向城

浅谈建筑幕墙结构设计及优化措施陈向城

陈向城

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摘要：伴随着我国国民经济的快速增长和人们生活水平的提高，随着城镇化进程的不断加快，人们对生活环境的要求越来越高，而建筑幕墙就是人们每天看到最多的，就受到人们的高度重视。目前不同样式和使用功能的建筑幕墙已经被设计出来，并且投入到使用了，如大跨度的钢结构、索结构、玻璃结构及其组合结构等高难度幕墙结构形式的设计得到了广泛的应用。但是在建筑幕墙设计中还存在着很多问题，本文主要针对建筑幕墙设计中存在的问题及对策进行了分析和探究。

关键词：建筑；幕墙；结构；设计

随着我国城镇化建设的快速发展，城市建筑在功能性、实用性和节能环保等方面的要求越来越突出建筑幕墙的出现则正好满足了很多使用功能的需求。建筑幕墙的形式与功能的多样性使得建筑具有了更多的美观和实用效用，因此，建筑幕墙的使用越来越广泛。在现代化建筑中各种形式和结构的幕墙对于建筑的整体结构在力学性能和安全性能等方面对其结构设计提出了很髙的要求，同时在幕墙的结构设计中还要兼顾经济性和美观效果。但在实际施工设计中，由于各种设计因素和施工因素的影响很多幕墙结构设计中存在着诸多不足如采光、安全性、节能性等方面影响着建筑的安全与质量，整体效果上达不到预期设计目的这就需要在建筑幕墙的设计过程中认真研究其结构选型及外在体现的效果，从而满足建筑幕墙的设计需求。

1.建筑幕墙的分类及各自的特点

为了更好地对建筑幕墙进行结构设计与优化，首先要对建筑幕墙的主要分类以及各自的特点进行一个归纳总结，在明确了这一点之后，在进行深入的分析与设计。

1.1单元式幕墙

单元式幕墙是当前该领域最具普及价值和发展潜力的一种幕墙形式，因为其具是通过工厂统一生产组装的，采用了当前最为先进的技术标准，且生产十分快速，所以备受推崇。单元式幕墙的特点首先是从生产到组装全都是工业化进行，生产的精度较高，且生产周期较短，能够高效率地生产大批量的幕墙，有较强的社会经济效益。此外，单元之间是采用结构密封的，应用该幕墙不需要现场填注密封胶，在进行大胶的时候也不需要考虑到天气的因素，受制范围小；其具有良好的气密性、水密性、风压变形等能力，十分迎合当前节能环保的理念。

1.2全玻幕墙

全玻幕墙，顾名思义，即是一种全透明的、全视野的玻璃幕墙。使用该幕墙的主要目的在于利用其的透明性，将内外环境能够融合在一起，且人们可以透过玻璃直接看到整个结构系统，使得幕墙变得多功能化，不再是单一的支撑结构，而起到了美观、观赏的效果，使得整体建筑的设计更加富有艺术的气息，让整个空间更加的清新和立体。不仅如此，就全玻幕墙本身的特点而言，具有重量轻、选材简单、施工快捷、维修方面和便于清洗等特点。运用其所起到的装饰效果是其他幕墙所不可比拟的，非常具有现代性和艺术气息。

1.3点支式幕墙

点支式幕墙主要特点：（1）支承结构形式多样，可满足不同建筑师及工程业主对建筑结构与外立面效果的需求；（2）结构稳固美观，构件精巧实用，可实现金属结构与玻璃的通透性能融为一体，建筑内外空间和谐统一；（3）玻璃与驳接爪件采用球铰连接，具有较强的吸收变形能力。

1.4智能型呼吸式幕墙

呼吸式幕墙是建筑的“双层绿色外套”。幕墙双层结构有显著的隔音效果，结构的特质也赋予了建筑以“呼吸效应”。居住者能够体验到真正的冬暖夏凉，减少极端环境带来的不适；建筑本体的主动效能，极大减少了能源消耗。智能幕墙是呼吸式幕墙的延伸，是在智能化建筑的基础上将建筑配套技术（暖、热、光、电）的适度控制，在幕墙材料、太阳能的有效利用，通过计算机网络进行有效的调节室内空气、温度和光线，从而节省了建筑物使用过程的能源，降低了生产和建筑物使用过程的费用。

1.5幕墙钢结构

幕墙钢结构具有自重轻、安装容易、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等综合优势，与钢筋混凝土结构相比，更具有在“高、大、轻”三个方面发展的独特优势。因此在高层建筑、大型公共建筑（如体育馆、机场、剧院、大型厂房）等建筑领域得以广泛应用。幕墙钢结构主要特点：（1）设计先进：运用最先进的设计方法，充分发挥钢材力学特性，大量节约钢材。（2）结构新颖：结构精巧，极大扩展建筑空间，建筑时代感强。（3）安装快捷：构件标准，制作精良，施工安装简便、快捷、安全。（4）技术完备：与建筑技术相结合的完备的技术体系。

2.建筑幕墙结构存在的问题

随着社会的发展，幕墙在各城市建筑被普遍应用，然而长期以来，建筑及结构设计人员不承担幕墙的设计，由于施工设计对幕墙的设计理论和计算方法的不统一，采用不同的标准十分不统一，往往出现一些严重安全隐患，还有就是幕墙的新技术、新结构和新材料的发展迅速，人们还没有了解新材料的性能就又出了更新的材料，还有对幕墙的研究多数只是在实验室或研究单一的方向，导致很难有大的研究成效。建筑幕墙是集建筑技术、功能和艺术于一体的建筑物外围护结构，随着建筑行业的快速发展，对于幕墙的需求量越来越大，所以幕墙设计的实用性和美观性是进入市场的必要条件。比较具有代表性的就是单元式幕墙技术的应用和发展。但是由于设计与现实脱节，所以幕墙还存在着很多的问题。幕墙的设计单位和施工单位对幕墙在建筑中的地位没有认识到，只是为了美观考虑，而没有考虑到结构和安全问题，幕墙的管理也没有全面的制度，这些都是幕墙存在的问题这需要设计施工管理人员的共同努力才能解决。

3.建筑幕墙主流设计思路

建筑幕墙是现代建筑的一种全新建构形式，由于其兼顾美观与实用性等功能，在设计之初往往从简洁、轻便、耐久等为主要注重点，但在特高层或复杂结构建筑中，建筑幕墙也需要考虑到稳定性和承重能力。

3.1功能性与安全性折衷设计

建筑幕墙大多数时候并不承担建筑承重任务，而像是一面悬挂的幕布披在建筑外围，因而得名。建筑幕墙在设计时最主要的注重点，还是从整体上增加建筑物的光彩及外型上的美观，为此，很多建筑幕墙在设计时极尽结构之复杂，选料之奢侈，却往往忽略了幕墙作为建筑结构的一部分，其关系到整座建筑的整体安全性。因此，在幕墙结构选材和设计时，要充分考虑到其在基础使用要求之下，幕墙的基本承重力，抗压力，耐牵扯力等。

3.2载荷优化

载荷优化是很重要的，在进行设计的时候所采用哪一种结构形式和材料都要进行权衡，要满足最为安全的载荷极限。一般可以选择新型轻便材料作为结构的主体材料，然后根据局部单位面板所受风载荷的承载力，按情况适当地加载筋肋，并且加的时候要和折边联接。

3.3结构经济性优化

结构设计的经济性需要根据幕墙结构的面板布置以及主体结构的支撑等条件，考虑结构型式的经济合理性，在对载荷与结构尺寸要求的计算上合理的选择最佳方案，避免设计尺寸过大或性能条件取值过髙而造成材料浪费。在结构型式上尽量采用结构简单的简支梁或双支点梁结构合理利用材料的力学性能提髙结构的可靠性实现成本控制。

3.4胶条合理设计

在单元式幕墙的系统设计中胶条的设计也是非常重要的。它决定了单元式幕墙的水密性、气密性、耐久性。在单元式幕墙工程中胶条的材质、延伸率、压缩量以及断面形式都会影响使用寿命。单元式幕墙密封性胶条主要是三元乙丙胶条，这种材料具有耐臭氧老化性、耐气候老化性、耐热老化性、耐水性等良好的使用特点，这种胶条可以长期在阳光、潮湿、寒冷的条件中使用，但是人们还在不断地研发着新型的使用功能更强大的胶条。对有特殊环境要求的胶条，应特别定做相应条件下所使用的胶条，防止胶条不合格引起的不良后果，充分利用胶条材料的优良性能，对接型单元幕墙的气密线胶条竖横应相同，确保胶条在板块四角周圈形成闭合。

结论

综上可知，随着对建筑幕墙的结构研究不断深入，目前已经出现了单元式幕墙、全玻璃幕墙等各类不同材质、不同样式的幕墙。在对幕墙进行设计的时候，要对功能性与安全性折中设计并且将各种性质综合考虑，主要可以对其安全性、载荷、采光保温功能和结构经济性进行优化，来满足建筑行业日益发展的需求。

参考文献：

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