建筑幕墙设计中的结构抗震设计

文/何旭阳 广东省建筑设计研究院 广东广州 510000

现代建筑对于建筑的抗震功能有着较高的要求，因此建筑中幕墙设计中结构抗震的设计也是重点所在，同时也是提高建筑抗震性能的重要途径。地质自然灾害的发生是不可避免的，在当前的建筑设计中，人们对于建筑抗震的性能要求也越来越高，而建筑幕墙的设计的建筑设计中的重点内容，为了更好的提高建筑的抗震性能，还需要采用科学的方法来做好建筑幕墙的设计。

1、建筑幕墙概述

1.1 建筑幕墙的定义

建筑幕墙是指建筑外围不承重的幕墙，建筑幕墙在本质上是金属、玻璃、石材等建筑材料借助钢筋框架镶嵌或悬挂在主体建筑外围的围护结构，既是主体建筑在外整体形象的代表，也是主体建筑对外的防守墙，对主体建筑起到美化和防护的作用。

1.2 建筑幕墙的分类

按照密封形式可分为：封闭式幕墙和开放式幕墙。按照支撑结构形式可分为：全玻璃式幕墙、单元式幕墙、构件式幕墙、双层幕墙。要根据幕墙种类的不同、性能的不同而分别设计达到抗震结构的科学性和有效性。

2、同抗震相关的建筑幕墙安全技术要求

对建筑幕墙结构抗震设计是否满足设计要求，除了要确定其是否具有可靠性之外，还要对建筑幕墙是否具备安全技术要求进行了解。首先，对于建筑幕墙来说，其在设计过程中一定要对使用材料的标准进行确定，要能够满足结构抗震设计要求，并且要符合工程建设设计上的要求。其次，建筑幕墙要使用大量玻璃，所以对玻璃使用上是否存在不合理或者不安全因素，就要及时进行解决，以免弱化结构抗震效果。再次，幕墙以轻质镶嵌板材与结构框架所组成，所以对于衔接处就要非常注意，如果在缝隙或者幕墙的框架中出现缝隙，那么就需要及时进行粘接和固定。其中，不可使用一些与建筑设计要求不符的粘接材料，对建筑幕墙今后的维护必然会产生不利影响，而应选择耐久性较好的粘接材料，以此保证建筑幕墙安全性和稳定性。复次，因建筑幕墙中采取大量玻璃作为幕墙的基础结构，所以幕墙建设过程中就要注意玻璃密封的问题。现今，大多幕墙建筑在设计过程中都会以硅酮密封胶作为密封玻璃，以此满足幕墙玻璃使用要求。但是，在使用过程中要根据玻璃的大小选择不同尺寸的密封胶，以此满足结构抗震设计的要求。最后，幕墙结构框架应以不锈钢材质作为首要选择，因考虑到建筑幕墙在外部环境中裸露，所以考虑框架腐朽问题时，应以不锈钢材质为主，否则会影响幕墙使用的年限和抗震性。所用幕墙材料要根据幕墙结构抗震安全系数标准进行选择，与此同时还要根据建筑工程设计的实际要求实施。在幕墙建设竣工之后，要对幕墙建设情况进行反复检查，对其玻璃缝隙问题、墙壁厚度问题、所使用密封胶情况、不锈钢材硬度等都要进行检查，以保证其达到结构抗震设计要求。

3、建筑幕墙结构抗震设计

3.1 满足不同幕墙体系的构造要求

幕墙可以分为多种形式，对幕墙结构抗震进行设计时要结合不同幕墙体系的构造要求进行设计。首先，针对铝合金玻璃幕墙的设计。铝合金玻璃幕墙的抗震性能很大程度上取决于自身的抗震构造以及主框架的抗震能力。因而在对铝合金玻璃幕墙的结构进行抗震设计时，要充分考虑这两个要素，在多发地震地带进行设计时，一般要保证最大弹性层间位移角不能大于100°。在罕遇地震地带，设计时要对结构薄弱层进行专门地弹塑变形试验。设计人员在进行抗震设计时要重视两个指标，抗震能力指标值和主体结构弹性层间位移角控制值，在设计过程中一般要把抗震能力指标值控制在主体结构弹性层间位移角控制值的3倍左右。对高层钢结构进行设计时，钢结构的抗震能力一般保持在非钢结构抗震力的2倍左右。这样做是为了更好地适应钢结构的变动能力。其次，石材幕墙设计。在石材幕墙之中，石材面板一般是通过插件和挂件连接在一起。在结构抗震性能设计时重点是要防止插件从插槽中脱离出来。针对挂件与插件的设计，国家有明确的法规予以规范。GB/T21086专门规定了挂装系统允许偏差，插件与插槽搭接深度偏差。在进行科学设计时设计人员要严格按照设计规范来对各种偏差进行适当控制，从而使得幕墙抗震性能最优化。最后，明框、半隐框幕墙的结构抗震设计。针对明框、半隐框幕墙的结构抗震设计要高度重视弹性材料的使用。设计人员在设计时，一般要对明框、半隐框幕墙板块间胶缝宽度进行严格控制，一般要把胶缝宽度控制在12mm左右。

3.2 满足不同连接部位的构造要求

连接部位的设计是幕墙结构抗震涉及到的又一个重要内容。一般意义上不同部位的设计主要包含三个部位的设计，一是立柱和横梁之间连接部位的设计；二是立柱与立柱之间伸缩缝的设计；三是对变形缝的处理。第一，立柱与横梁之间的连接。立柱与横梁之间主要是通过角码、螺栓进行连接，在进行设计时重点要控制角码厚度，角码厚度一般都要在3mm以上，这样做是为了保证立柱能够承受住横梁的剪力。立柱与横梁之间应保持1mm的距离。第二，立柱与立柱之间的连接。立柱与立柱之间连接部位的选择主要是对伸缩缝的设计。在幕墙设计中，两根立柱之间的缝隙距离一般要保持在15mm左右。两者连接时，芯柱与立柱要紧密配合。第三，对变形缝的处理。地震时建筑物主框架变形缝处主框架变位是必然的（主框架变形缝大小由主体结构决定），对于幕墙要正确处理主框架变形缝部位幕墙的构造。在建筑物主框架变形缝处的幕墙采用可伸缩构造（如采用风琴板构造等），使变形缝处两侧面板分属不同两个独立的单元。变形缝抗震作用大，门窗幕墙应重视变形缝节点设计，按照建筑抗震设计规范要求，设计变形缝时起码龙骨间的距离要和土建变形缝大小一致，满足第三水准要求；易挤压破碎掉落的面板间距离可以根据第二水准计算确定；中间过渡材料可采用弹性材料（比如橡胶）或采用较薄的金属板材，最好可以水平滑动。

结语：

近年来，世界多地发生强烈的地震，国内四川、甘肃等地的地震给国家和人民的生命和财产带来严重危害。所以，在建筑设计过程中给人们敲响了警钟，能够通过建筑幕墙结构抗震性上的设计，减小地震所带来的危害，已经成为大众所关注的重点问题。在建筑结构设计过程中，对结构抗震设计要根据科学的方法进行设计，既要能够满足幕墙设计的基本要求，又要在此基础上确保幕墙结构达到结构抗震要求。所以，在幕墙建设过程中幕墙的质量是结构抗震效果的关键。