建筑幕墙结构设计及优化措施探讨①

陈加雁

摘 要 近年来建筑幕墙凭借其多样性和美观性已经受到众多设计者的追捧，在现代建筑中得到广泛应用。建筑幕墙作为整个建筑体的保护外壳，其结构设计的好坏直接影响整个建筑的优劣。为了能够更加安全地使用建筑幕墙，就需要对其结构设计进行优化和改善。本文主要从建筑幕墙的结构设计内容以及目前设计中存在的主要问题进行论述，并提出几点合理的措施，以供行业参考。

关键词 建筑幕墙;结构设计;优化措施

建筑幕墙具有色彩绚丽、外观时尚的特点，并且凭借其良好的景观和采光效果，在我国得到广泛的应用。在近30年的时间里，我国建筑幕墙现有使用面积已高达2亿多平方米。但是由于幕墙结构设计、施工工艺、材料质量等各方面的不完善，且缺乏严格的行业标准，以及使用单位缺乏日常检查和维护，导致近年来发生多起幕墙板块脱落等安全事故。因此加强对建筑幕墙结构设计的优化，以减少幕墙使用过程中的安全隐患是一件迫在眉睫的要事。

1建筑幕墙的结构设计内容

1.1 选定设计方案

设计方案主要包括幕墙结构形式和面板材料的选择这两方面内容。首先需要根据建筑的功能要求、设计效果以及幕墙面板的布置来确定幕墙主体结构的支撑、结构形式和边界条件。结构形式主要有半隐式、全隐式、明框样式、干法隐框样式幕墙等，在幕墙结构设计时还需要综合考虑结构的载荷设计能力和功能条件，以优化结构的经济指标。随着技术的不断发展，幕墙材料也越加多样化、轻质化和功能化，常见的幕墙板有玻璃、石材和金属，以及新兴的光电幕墙板。在进行材料选择时需要考虑幕墙结构的受力要求、施工条件以及施工成本等因素，以此来确定材料的类型、型号和数量。其中由于铝合金材料自重轻、耐用性强，在设计中使用最为普遍[1]。总之幕墙结构形式和面板材料的选择既需要依托整体建筑的设计方案，又要充分考虑设计想要达到的效果，以实现功能性和美观性的结合。

1.2 对建筑结构进行受力分析

在对建筑幕墙进行结构受力分析时，需要精确计算其承载的压力大小和方向。

幕墙结构受力的影响因素有自身重力、风荷载以及温度张力等，對于北方地区还应该考虑雪载荷，并且通过测试其极限值来确保设计的安全性。因此在幕墙结构的受力分析过程中除了考虑一些常规影响因素，还应根据当地气候条件进行温度变化分析以及自然灾害可能带来的载荷影响，并且对这些载荷变化导致的幕墙结构外形变化进行事先预估评判。在设计过程中通常可以通过控制幕墙材料的弹性、平面变形以及风压变形等来调节其结构的受力，以确保幕墙结构的安全性。

2建筑幕墙设计中存在的主要问题

2.1 缺乏突发情况稳定性设计

建筑幕墙作为整个建筑的保护外壳，在遭遇突发状况时，将会最先受到外力的侵袭。随着行业标准的不断完善以及人们安全意识的不断提高，近年来幕墙设计中的安全问题已经引起人们的广泛关注，但是通过调查发现在幕墙设计过程中仍然普遍缺乏考虑自然灾害等突发状况对幕墙造成的外力冲击影响。一旦发生突发性情况，比如风雨雷电等自然现象，幕墙受到外力侵袭，导致载荷过大发生安全事故。因此在设计过程中，要尽可能准确的估算突发情况的极限载荷，并考虑到幕墙的结构中去，以保证其稳定性。

2.2 缺乏功能性和经济性的综合考虑

随着现代建筑形式和结构的多样化，对幕墙整体结构在力学性能、安全性能和其他功能需求的设计中提出了更高的要求。建筑幕墙不仅需要具有美化建筑的作用，还需要具有采光保温的功效以及高度的安全性保证。但是在实际幕墙设计中，由于各种设计因素以及施工因素的影响，导致很多幕墙结构设计中在采光、安全性、节能性等方面存在着诸多不足。比如在使用玻璃幕墙的时候，在保证其采光性的同时往往无法兼顾其保温隔热的效果。

3建筑幕墙结构设计中的优化措施

3.1 安全稳定性优化

通过对多起建筑幕墙安全事故的调查分析，发现大多数幕墙脱落事故，均发生在垂直幕墙上，因此在进行幕墙设计时要特别注意垂直幕墙的刚度和结构的稳定性，要确保各结构关键节点的连接稳定可靠。尤其在使用玻璃幕墙时，由于玻璃材料易受温度影响，发生爆裂现象。因此在进行玻璃幕墙节点设计时，要注意边界问题，需要预留玻璃边缘和镶嵌槽底板间的配合间隙，避免玻璃遭受挤压应力而破裂[2]。

此外幕墙结构的另一个重点设计环节是遭遇突发事件时的安全稳定性保证。

比如对于采光顶的消防设计，较大型的玻璃采光顶需要使用耐火极限高于0.25h的三级耐火级吊顶。在满足幕墙结构的防火要求时，需要同时满足其他（如防高空坠物、防雷、防冰雹等）设计要求。在抗震设计中，要保证玻璃幕墙的镶嵌深度可靠固定，合理布置幕墙结构消防安全通道，重点做好各构件连接点的设计优化。

3.2 功能性和经济性优化

在对建筑幕墙的设计过程中要综合考虑幕墙功能性和经济性的平衡，要在满足设计以及其他所需功能的基础上，尽量减少经济成本。

在现代幕墙的设计中为了减轻幕墙的自重，通常采用比较轻质的材料。对于大部分材料，其自身强度会随厚度的减少而降低，因此在设计过程中需要额外增加局部的筋肋和折边工艺。在进行荷载和结构尺寸计算时，需要寻找最优设计方案，避免因为设计不合理造成资源和成本的消耗。对于玻璃幕墙，需要加强对硅酮结构胶质量的监控，并精确计算其粘结宽度和厚度;在框格幕墙设计中，需要对横梁和立柱的承载力进行计算，以确定合适的截面积和厚度[3]。在结构形式上通过采用更为实用简单的结构，在保证结构可靠性的同时，实现功能性和经济性的平衡。

4结束语

建筑物的幕墙结构不仅能够提高建筑物的美观性，而且具有十分重要的实用功能。本文针对目前幕墙设计中的某些不足，从安全性、功能性和结构经济性三个方面提出几点优化措施，为实现建筑幕墙低成本、节约能源、安全可靠的设计目标和推动我国幕墙建筑行业的健康发展贡献微薄力量。

参考文献

[1] 王曙芬.建筑幕墙结构设计及优化措施探讨[J].河南建材，2019，（6）：249-250.

[2] 何旭阳.建筑幕墙结构设计与优化[J].住宅与房地产，2018，（27）：88.

[3] 陈雯.建筑幕墙结构设计与优化[J].门窗，2014，（7）：62-63.