建筑幕墙结构设计及优化措施探讨

建筑幕墙结构设计及优化措施探讨

关天龙

441702198808231***

摘要：现阶段，随着我国经济的飞速发展，科学技术的不断进步，建筑行业也将越来越多的科技因素融入了进去，其中建筑幕墙作为一个建筑的外壳，也有了很多不同的结构和分类。然而一些幕墙在进行结构设计的时候仍然存在着一些问题，影响着整个结构的功能性和美观性，如何解决这一系列问题，不断优化对幕墙的结构设计是一个值得考虑的问题。

关键词：建筑幕墙;结构设计;优化措施

引言

建筑幕墙是建筑物不承重的外墙护围，通常由面板(玻璃、铝板、石板、陶瓷板等)和后面的支承结构(铝横梁立柱、钢结构、玻璃肋等等)组成。随着生活水平的提高，人们对于居住楼层的设计要求越来越多，除了基本的稳定、安全方面性能的考虑之外，对于建筑物外观、造型、建材也越来越挑剔。在现代建筑结构中，幕墙结构的应用已经越来越普遍，其功能的多样性也随着建筑物功能的发展而变化，本文主要阐述现代我国建筑结构中幕墙结构的主流设计思路，及日后发展创新的思路，提出现代化建筑幕墙结构设计的策略。

1建筑幕墙结构设计通则

在进行幕墙设计时，主要是对其功能性、美观性和整体结构进行设计，要充分考虑整体建筑的风格和所表达的概念，按照以下原则进行：

1.1外观设计

在进行外观设计时要充分考虑周围环境，在确保幕墙结构的安全性和功能性基础上，结合建筑整体外观来进行。

1.2受力设计

由于建筑幕墙仅作为建筑的外部围护结构，因此，不需要承受主体结构的荷载，在设计时只需要考虑建筑幕墙的自重和风载荷的作用。在进行幕墙设计时，要充分考虑由于温度变化引起的热胀冷缩和主体结构的变形、位移，以及地质变化和地震对幕墙的影响因素。幕墙的立柱、横梁、和连接件除了需要足够的强度以外，还应该具有相对主体结构的位移能力，从而防止幕墙在上述因素的影响下，发生破裂和变形。总之，在进行建筑幕墙设计时要充分保证建筑幕墙的安全，并在此基础上设计出美观和符合建筑功能以及成本预算的幕墙结构。

2建筑幕墙结构设计内容

2.1方案的选定

幕墙的结构和面板材料，要根据建筑整体的设计效果、功能要求和设计的造型来选定。设计的结构形式有半隐式、全隐式、干法隐框幕墙、明框样式等；普遍的幕墙板有玻璃、石材和金属，还有最近新推出的光电幕墙板，根据室内或者室外的外观要求，来确定设计的结构形式。在众多的幕墙材料中，选择铝合金的比较多，因为可以减轻自重和增加耐用性。在一些跨度比较大的项目中，会选择钢立柱，因为要考虑到硬度的需要；一般的项目选择铝合金立柱比较多；如果设计视野比较宽阔的项目，还可以用支点结构设计。

2.2建筑结构的受力分析

设计人员在分析建模幕墙结构的受力形式时，必须精确的计算建筑幕墙的承载压力大小与方向，然后根据风载荷、温度应力、重力等因素对幕墙结构受力产生的影响，设计建筑幕墙结构。比如，在我国北方地区设计人员在设计建筑幕墙时，必须对幕墙的雪载荷设计予以充分的重视。按照幕墙雪载荷极限值开展幕墙的设计工作，才能在确保幕墙弹性状态、风压变形、平面变形等始终处于可控范围内的前提下，提高幕墙使用的安全性与稳定性。

2.3材料的选择

通常用到的材料有石材、陶瓷类、玻璃类、金属类、双层中空玻璃、胶合板玻璃等，根据要达到的美观度和效果，选择最适合的幕墙材料。如泉州市城东区海峡体育馆旁的中骏·财富广场SHOPPINGMALL项目，外墙由玻璃、铝塑板、铝单板、石材幕墙组成，因为设计需要，选取了多种幕墙材料。

3进行结构设计的优化措施

3.1安全性的优化

在幕墙设计时要特别注意垂直幕墙的刚度和结构稳定性，大多数幕墙脱落事故，都是发生在垂直幕墙上，要确保各结构关键节点的连接稳定性和可靠性，尤其是玻璃幕墙，受温度影响非常大，很容易出现爆裂。因此在玻璃幕墙节点设计时，要注意预留玻璃边缘与镶嵌槽底板间的配合间隙，防止玻璃因为挤压应力而破坏。在有条件的情况下，尽量选用夹层玻璃，也可以采用贴膜玻璃。这样子在玻璃发生破碎时，也会是一个整体固定在框架上，而不会短时间内脱落，给维修更换就有一定的时间，可以极大的提高安全性。而对于玻璃采光顶，在确保采光的同时，要考虑其防雷性、耐火性和刚度，防止高空坠物破坏，还要在消防方面进行设计，防止火灾时发生爆裂、塌落。另外开启窗的安全性设计也不容忽视，在各地均出现了由于设计缺陷和维护管理不善导致的窗户脱落现象，其事故率仅次于玻璃爆裂。由于开启窗结构复杂，设计人员往往由于理解不透彻，或者不重视，而造成设计上的缺陷。目前，开启窗设计上的缺陷主要有：顶框与横龙骨、扣板的连接传力不可靠，开启扇底部没有设计铝合金或不锈钢托条，框与龙骨连接处的螺钉设计间距过大，不符合规范要求。选用摩擦式铰链时，要根据开启窗的重量和开启角度结合开启部位的风压，来计算和合理选择铰链。在铰链连接处，要合理增加铝合金型材的厚度，必要时内部增加钢衬提高局部强度，并采用相应规格的不锈钢拉铆钉固定。采用挂钩式框扇连接时，由于开启扇上的横龙骨除了承受上玻璃板块的自重，还要承受开启扇自重，因此所需要的刚度要远大于其它位置处横龙骨。要单独对其刚度进行计算，可以采用加大横龙骨截面尺寸、增加厚度或，加装钢衬等措施以提高横龙骨刚度。

3.2采光保温等功能性优化

建筑幕墙不仅需要有装饰美观的作用，还要具有安全性。其实不仅如此，它还发挥着采光保温的功效，同样也是建筑幕墙的主打功能之一。但是保温和隔热两种功能在使用同一类型的幕墙时可能会发生冲突，比如在使用玻璃幕墙的时候，可以保证其采光性，但是保温隔热的效果就会变差。这时候要选择不同传热系数的玻璃，对密封方式进行优化，必要时可以采用双层幕墙，不仅可以加强幕墙的功能性，还更加节能环保。

3.3荷载设计

幕墙设计时，要根据结构的设计模式和选材来计算幕墙的负载极限，如封闭结构的幕墙，要按照风压的正负条件取-0.2/0.2，部分体型系数是指保护件的从属范围A≤1m²；如果范围超过10m²，局域风压的系数就能减到0.8；当1m²≤A≤10m²，体型系数能根据A的对数线性差值判断风的负载高低。选取新的幕墙材料，在保证轻的前提下，还要保持与周围环境、当地风俗和传统建筑的统一性。

3.4结构经济性优化

结构的经济性优化，顾名思义，就是在满足设计和各项性能的基础上，尽可能减少使用的成本。在对荷载和结构尺寸计算的时候，寻找最优的方案，避免在设计时存在不合理而导致资源的浪费和成本的消耗。在结构形式上可以采用较为实用简单的结构，在保证结构可靠性的同时，实现对成本的控制。

结语

总之，玻璃幕墙越来越多的应用到建筑中，为了保证在施工的技术和施工的质量，保证玻璃幕墙的美观度和安全性，就需要对施工技术和质量控制不断的研究，使得质量的控制更加精确，对技术上存在的不足和流程上的不规范进行改正，避免出现质量和安装的事故，使得玻璃幕墙可以成为城市一道美丽的风景线。

参考文献

[1]王振荣.幕墙施工的技术问题及处理措施探讨[J].工程技术研究,2018(6):57-58.

[2]姜锐.建筑幕墙结构设计与优化探讨[J].环球市场,2017(32):98-98.

[3]陆俊.点式玻璃幕墙施工技术及应用[J].工程技术研究,2016(6):49+79.

[4]陈敏鸿.建筑幕墙的设计要点分析[J].住宅与房地产,2017(30):87.

[5]董利生.建筑幕墙施工的质量问题及控制措施[J].绿色环保建材,2019(7):187.