高层建筑幕墙设计控制要点探讨

井 通 上海鼎固幕墙设计咨询有限公司

1 引言

因为玻璃幕墙自身具有外观市场、色彩绚丽、景观效果与采光效果显著等各方面的特点，而被广泛的应用于我国的高层建筑设计中。我国的建筑玻璃幕墙景观数十年的发展和应用，截至目前玻璃幕墙的总面积已经超过了2亿平方米。然而，因为受到玻璃幕墙质量参差不齐、行业标准存在缺失、施工工艺不完善、后期维护与检查措施不到位等各方面因素的影响。导致玻璃幕墙在实际应用的过程中，出现了严重的安全隐患，这些问题已经成为了影响玻璃幕墙发展和应用的重要原因之一。

2 建筑幕墙结构设计原则

设计人员在开展幕墙设计工作时，必须在充分重视幕墙功能、美观以及整体结构设计的基础上，严格的按照建筑整体结构的风格和要求，表达出其所要体现的设计理念。

2.1 外观设计

在进行建筑外观的设计时，应该以建筑周边环境以及建筑整体外观的特点，进行幕墙结构安全性与功能性的设计。

2.2 受力设计

由于建筑幕墙只是建筑工程中一种常用的外部围护结构。所以，其在实际应用的过程中，并不需要承受建筑主体结构的荷载。设计人员在设计幕墙时，只需要考虑建筑幕墙自重与风载荷的作用即可。在开展建筑幕墙设计工作时，设计人员必须对温度变化引发的热胀冷缩以及主体结构变形、位移等因素对目前结构产生的影响予以充分的重视。才能在确保幕墙设计强度达到设计要求的基础上，提高建筑幕墙设计的美观性与功能性，降低建筑幕墙结构设计的成本。

3 建筑幕墙结构设计内容

3.1 方案的选定

设计人员应该以建筑设计艺术装饰效果和功能要求为基础，设计各种不同的幕墙造型，同时确定幕墙结构的形式和所使用的面板材质。目前常见的幕墙面板主要有玻璃幕墙、石材幕墙、金属板幕墙、光电幕墙等几种。设计人员在设计和选择幕墙结构形式时，必须按照建筑室内外外观的要求设计，同时为了有效的降低幕墙自重，提高幕墙的耐用性，设计人员应该尽可能的选择铝合金矿建幕墙进行建筑幕墙结构的设计。如果幕墙跨度较大的话，为了保证幕墙结构设计的强度和稳定性，设计人员可以根据实际的情况，采用钢立柱或者钢铝结合的立柱设计方式。

3.2 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。

3.3 材料的选择

在科学技术不断发展的推动下，越来越多新型的建筑幕墙材料已经被广泛的应用于建筑幕墙设计中。幕墙常见的新型幕墙建筑材料主要有石材、微晶玻璃、金属装饰保温板、陶瓷板、胶合玻璃、中空玻璃等几种。设计人员在进行建筑幕墙的设计工作时，必须根据建筑设计方案的要求，选择相应的面板与结构材料，才能促进幕墙结构设计效果的有效提升。

4 建筑幕墙结构设计的优化措施

4.1 安全性的优化

垂直幕墙强度与结构稳定性是建筑幕墙设计的关键环节之一。由于大多数的幕墙脱落事故都出现在垂直幕墙上，因此为了确保幕墙结构设计关键点的稳定性与可靠性，降低外部因素对幕墙结构稳定性产生的不利影响，设计人员在开展玻璃幕墙的设计时，必须事先预留玻璃边缘与镶嵌槽底板之间的配合间隙，避免因为玻璃被挤压而出现应力被破坏的问题。如果现场条件允许的话，设计人员应该尽可能的选用夹层玻璃或者贴膜玻璃设计建筑玻璃幕墙结构。采用这种设计方法，即便是玻璃出现了破碎的情况，也会因为其被固定于整体的框架上，不会在短时间内发生脱落的情况，为后续维修更换工作的开展赢得了充足的时间，促进了幕墙结构使用的安全性。在进行玻璃采光顶的设计时，不仅要满足建筑室内采光的要求，而且还应对玻璃采光顶的防雷、耐火、刚度、消防等各方面予以充分的重视，避免因为火灾发生时发生爆裂火灾塌落的情况，威胁到人们的生命安全。此外，开启窗设计也是建筑幕墙设计的重要内容之一，经过深入的调查研究发现，很多建筑都因为建筑幕墙存在的设计缺陷和维护管理不到位等因素，而出现了开启窗脱落的现象。由于开启窗的结构复杂程度较高，很多设计人员在设计建筑幕墙时都存在着不重视开启窗设计的问题。就目前来说，常见的开启窗设计缺陷主要有顶框与横龙骨、扣板连接传力稳定性较差、开启扇底部没有铝合金或不锈钢托条等。如果设计人员选择的摩擦式铰链开启窗设计方式的话，必须严格的按照开启窗重量与开启角度结合部位产生的风压大小，选择符合要求的铰链。同时在铰链连接部位还应采取适当增加铝合金型材厚度的方式，提高开启窗的强度。

4.2 承载力的优化

为了有效的减轻建筑幕墙的自重，设计人员在设计建筑幕墙时，一般都会采用轻质材料，随着材料厚度的降低，幕墙结构的强度也随之降低。所以，设计人员在设计建筑幕墙时，必须采取在外部增加筋肋并使用折边工艺进行建筑幕墙的设计。设计人员在设计玻璃幕墙结构时，必须严格的按照要求控制硅酮结构胶的质量，详细的计算和分析玻璃幕墙结构的粘结宽度与厚度，并在确定幕墙结构的承载力后，按照安全性与经济性的原则，选择符合要求的材料，进行建筑幕墙结构的设计和施工。

4.3 环保节能方面的优化

设计人员必须在确保幕墙结构安全性与功能性的前提下，将幕墙结构长期使用的效益，作为幕墙设计的首要目标。在建筑幕墙设计中，合理运用新型的技术不仅有助于建筑能耗的降低，同时也提高了建筑幕墙结构的稳定性与安全性。比如，近年来比较流行的双层幕墙结构，就是充分利用气压差与烟囱效应，通过对进风口和排风口的有效控制，实现双层幕墙间空气自然循环的目的。这种利用自然通风换气的方式，提高幕墙保温隔热性能，降低建筑能源消耗的设计方式，因为自身具有的显著的节能降耗优势而被广泛应用于建筑幕墙的结构设计中。另外，光电幕墙结构设计方法的应用，主要是通过为建筑提供清洁能源的方式，降低建筑的能源消耗。虽然光电幕墙结构设计方式初期的投入较大，但是，随着幕墙结构使用时间的不断增加，其经济效益与环境效益自然也就越来越显著。

4.4 采用更新的设计技术

现阶段我国建筑行业中广泛应用的BIM技术同样也可应用于建筑幕墙的设计中。设计人员借助可视化模型，不仅实现了优化建筑幕墙结构设计，减少碰撞点与返工现象发生的几率，而且促进了工程施工质量的有效提升，降低了建筑幕墙施工的成本。

5 结束语

总之，随着新技术、新材料以及新施工工艺在建筑幕墙设计中的推广和应用，不仅彻底解决了长期以来困扰建筑幕墙行业的安全问题，而且对于建筑幕墙结构使用寿命的延长也有着极大的促进作用。另外，为了充分发挥出建筑幕墙结构在建筑设计中的积极性作用，幕墙施工企业应该充分重视幕墙后期的维护与管理工作，在向业主交付建筑幕墙时，必须按照相关的规定和要求，同时向业主提供幕墙的维护使用说明书以及相关技术资料，以便于业主根据实际的情况，开展日常的维护与管理工作，延长幕墙结构的使用寿命，推动我国建筑幕墙产业的健康可持续发展。