建筑幕墙结构设计与优化探究

建筑幕墙结构设计与优化探究

王青宁 李荣保 李志刚 刘玉玲

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摘要：随着社会经济的快速发展，有力的促进了各项建筑工程的发展。建筑幕墙是建筑工程施工中的关键部分，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，及现代化建筑幕墙结构设计的优化措施。

关键词：建筑幕墙；结构设计；优化

引言

科技的进步，使得更多高新技术融合到建筑行业中。建筑幕墙作为建筑工程的外壳，也随着建筑行业发展呈现出不同的结构与分类。在实际设计中，结构方面的设计发展不够完善，仍旧存在一些问题，使得幕墙的整体结构不够完美。为了解决设计存在的问题，仔细研究幕墙结构，设计出既实用又美观的幕墙才是重点考虑的问题。

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。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。

2建筑幕墙结构设计思路

2.1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。

2.2各种突发情况下的稳定性设计

建筑幕墙为建筑进行保护，相当于最外层的保护罩。当建筑受到外力侵袭的时候，幕墙最先受到攻击。那么在实际设计的时候，就需要将稳定性因素也考虑在内，以防遇到突发状况，对幕墙造成影响，导致幕墙荷载过大，为建筑安全带来隐患。在设计的时候要明确的计算好建筑荷载的数据，科学的进行设计，保证幕墙和建筑的稳定性。

2.3各种性质的综合考虑

设计幕墙的时候，需要对各方面都做到统筹兼顾。幕墙结构设计时，保证其功能性是首要注意的一点，其次安全性是随之需要考虑的因素。在设计的时候并不是单纯的去思考如何将其融入到建筑设计，需要结合设计可行性、成本需求等进行综合考虑，并且保证设计后幕墙的安全性，打造高质量的幕墙。在进行外观设计的时候，需要保证幕墙能与周围建筑环境完美融合，不突兀、自然感，并且保证幕墙结构的安全性。而对于安全性来说，在设计的时候需要注重幕墙的受力设计。幕墙本身作为建筑外围结构，不会承受建筑的负载，但不代表不会承受到荷载。外界因素与自身的重量都是幕墙需要承受的负载，设计的时候还需要考虑到幕墙后期的变化，如建筑变形，地震等灾害对其产生的实际影响。幕墙结构设计的时候需要充分保障使用的连接件具备足够的强度，能够抵御外界因素的侵袭，同时为幕墙增加位移能力，这些都是保障幕墙受力安全需要考虑的前提条件。

3建筑幕墙结构设计的优化措施

3.1优化建筑幕墙安全性

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。

3.2优化采光保温等功能

建筑幕墙不但需要保证建筑整体的美感，对于安全性同样不可忽视。在实际使用的过程中，幕墙也要体现出自身的性能，保温、采光是幕墙的主要性能。但是两种性能设计在同一个幕墙上会导致一定冲突，使得两种性能互相影响对方的功效，使对方的功效降低。针对这种情况，需要采用不同传热系数的玻璃进行设计优化，这样既能保证幕墙的采光功能，还能实现保温效果。在设计有特殊需求的时候，还可以使用双层幕墙，来增加幕墙的质量。

3.3优化荷载设计

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加强过渡设计

过渡设计可以将老的建筑风格和新的建筑风格相结合。①建筑的设计过程中，参数化建筑要运用好，要与当地的老建筑和新建筑完美地融合；②为使当地的建筑参数化设计融合的更好，需要考虑到老的设计理念和方法，使当地的老建筑和新建筑交替，形成更美的城市环境。

结语

实践证明，建筑物的幕墙结构对提升建筑物的美观及实用功能具备十分重要的意义，对于其结构的设计，因从安全性、功能性，经济性三方面折衷考虑，只有满足了以上三个条件，才能是合格、标准的幕墙设计方案，所设计出来的幕墙才能在安全、稳定的同时，又具备美观、大气的外形，这也是现代幕墙发展的主要方向。

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.