浅谈建筑幕墙结构设计及优化措施夏艳

浅谈建筑幕墙结构设计及优化措施夏艳

夏艳

深装总建设集团股份有限公司广东深圳518000

摘要：由于玻璃幕墙外观时尚、色彩绚丽、以及良好的景观效果和采光效果，在我国得到了大量的应用。通过30多年以来的应用，我国现有玻璃幕墙的面积已经超过了2亿平方米。但由于产品质量的良莠不齐以及缺乏严格的行业标准，施工工艺的不完善，再加上玻璃幕墙的使用单位缺乏完善的维护和检查措施，因此，造成了严重的安全隐患，使得人们对玻璃幕墙的安全性担忧日益剧增。虽然近年来新材料和新工艺在不断地完善，但仍有需要优化和改进的地方。

关键词：建筑幕墙；结构设计；优化措施

一、建筑幕墙的分类

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。

二、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、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。

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。

三、建筑幕墙结构设计内容

1、方案的选定

根据建筑设计的艺术装饰效果和功能要求设计各种造型，确定幕墙的结构形式和面板材质。幕墙的结构形式通常有：半隐式、全隐式、干法隐框幕墙、明框式等；常见的幕墙面板有：玻璃幕墙、石材幕墙和金属板幕墙以及新推出的光电幕墙等；结构形式的选择，通常根据室内外的外观要求来确定，为了减轻自重及增加耐用性，通常选择铝合金框架幕墙，立柱也采用铝合金立柱。但在跨度较大时，为了达到需要的强度一般考虑钢立柱或者是钢铝结合的立柱；当需要开阔的视野时可以采用点支结构，同时，也要根据主体结构的可支撑点，来计算和确定立柱的受力模型。

2、建筑结构的受力分析

在对建筑幕墙结构受力进行分析时，要对其承载的压力大小和方向进行精确的计算，要综合考虑风载荷、温度引起的应力、重力等；北方地区还应该考虑雪载荷，通常按照其极限值来设计。使幕墙的弹性状态、风压变形、平面变形在可控的范围内，确保其安全使用。同时对于不同的幕墙，要考虑其不同的受力特性和强度，要根据所选择的材料和面板，来进行受力分析和计算。

3、材料的选择

随着技术的发展，幕墙材料也在不断推陈出新，更加的轻质化和功能化，目前常见的有：石材、陶瓷板、微晶玻璃、金属装饰保温板、双层中空玻璃、胶合玻璃等。要根据，建筑设计方案和想要达到的效果进行合理的面板选择和结构材料选择。

四、建筑幕墙结构设计的优化措施

在幕墙进行优化设计时要充分考虑抗风压变形、水密性、气密性、抗震性、保温、节能性、环保吸音、安全等各方面的因素。

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。

2、承载力的优化

由于现代的幕墙为了减轻自重，通常采用轻质材料，有些材料随着其厚度的降低，其自身的强度也会相应降低，因此需要考虑额外增加局部的筋肋和折边工艺。在玻璃幕墙施工中，要对硅酮结构胶的质量进行把握，并分析计算出相应的粘结宽度和厚度。在框格幕墙构造体系中，由于横梁和立柱是主要的受力部分，因此要对其承载力进行计算，来确定合适的截面积以及厚度，综合考虑安全性和经济性，来选择材料。

3、环保节能方面的优化

在保证幕墙的安全性和功能性基础上，还要考虑其长期的使用效益，通过采用新技术，可以大幅降低建筑的能耗。比如，近年来流行的双层幕墙结构，通过利用气压差和烟囱效应，在可以控制的，进风口、排风口作用下，可以实现双层幕墙之间的空气自然循环。有效提高幕墙的保温隔热性能，通过自然的通风换气，不需要增加额外的能源消耗，就可以提高人们工作和生活环境的舒适性。还可以采用光电幕墙，来为建筑提供清洁能源。虽然初期投入较高，但其长期的经济效益和环境效益也非常可观。

4、采用更新的设计技术

目前BIM技术在我国建筑行业中得到广泛的应用，同样也适用于幕墙设计，通过可视化的模型，可以有效的对结构设计进行优化，减少碰撞点和返工率，确保安装工作的正常进行，大幅度降低施工成本。

结束语

通过采用更新的技术和材料以及施工工艺，相信困扰幕墙行业的，安全隐患能够得以解决，提高幕墙的使用寿命。同时幕墙施工企业对幕墙的后期维护工作要有相应的责任感，不能说验收交付了就不管。在交付业主时，必须按照规定，提供详细的幕墙维护说明书，和交底技术资料，便于业主的日常维护和管理，延长幕墙的使用寿命，从而推动我国幕墙建筑行业的健康有序发展。

参考文献：

[1]姜锐.建筑幕墙结构设计与优化探讨[J].环球市场，2017（32）.

[2]赵万辉.关于建筑幕墙的设计要点分析[J].建材与装饰，2018（26）.

[3]高利红.论述建筑幕墙的节能设计[J].建材与装饰，2018（28）.