建筑幕墙结构设计与优化探讨

摘    要：建筑幕墙是一种不承重的外墙围护结构，通过对面板、横梁、立柱等结构的材料选择，根据设计理念的不同及幕墙行业的不断发展，如今建筑幕墙的种类可以分成很多种。本文从建筑幕墙的结构设计与优化出发，分析设计中的难点，提出对幕墙结构设计与优化的有效措施。

关键词：建筑幕墙;结构设计;优化

1  引言

建筑幕墙的历史从1851年伦敦的世博水晶宫的玻璃帷幕开始，而我国改革开放以后，建筑幕墙行业才逐渐发展，以1983长城饭店的玻璃幕墙为标志，历经几十年，大型建筑物对建筑幕墙越来越重视，而我国的建筑幕墙行业通过技术引进、开发产品等手段在建筑幕墙的结构设计和优化方面有了长足的进展。

2  建筑幕墙结构设计中的难点

2.1  没有现代化的设计观念

多年以来建筑幕墙的设计观念落后，建筑幕墙的未来发展方向必然是装配便捷、绿色环保、智能信息，保证这些的同时，追求外观上的美丽、舒适。当前的设计观念很多还停留在保证强度的基础，在传统的材料中选择进行建筑幕墙的施工，建筑幕墙设计一定要结合结构设计、功能设计、美学设计等多方面因素，才能实现精品。

2.2  施工单位主体不一致

主体施工方与幕墙施工方主体不一致，影响整个施工进度，且在结构设计、材料选择方面出现种种问题。

2.3  设计人员能力不足

设计人员的美学能力与设计能力不一定能够都满足幕墙的设计要求，最后不能设计出让人满意的方案，影响幕墙最后的质量和美观。

3  建筑幕墙结构设计原则与内容

3.1  建筑幕墙结构设计原则

3.1.1  外观设计

在保证结构和功能的前提下，尽量结合建筑的整体风格和周围环境设计出更具美感的外观。

3.1.2  受力设计

建筑幕墙作为外部结构，在受力设计时只需要考虑建筑幕墙本身的受力情况及风载荷、雪载荷等因素即可。幕墙本身的受力设计需要考虑到温度变化、地理位置等因素的影响，对幕墙的横梁、立柱、连接件等其他结构部件进行受力方面的计算，保证各个部件都具有足够的强度，另外还要保证幕墙与主体结构之间要有相对位移的能力，充分保证建筑幕墙的安全[1]。

3.2  建筑幕墙结构设计内容

3.2.1  设计方案的选定

建筑幕墙的主要结构有：半隐式、全隐式、明框式等结构;建筑幕墙的主要材料有：玻璃、石材、金属板、以及光电等。在建筑幕墙的设计时应该结合对建筑幕墙需要的功能和外观的艺术效果来选择结构和材料，设计结构时应该按照室内室外的实际情况，来选择合适的幕墙结构，而考虑到结构稳定及重量轻便的原因，现在大多采用铝合金的框架幕墙。横梁和立柱也一样用铝合金的较多，如果结构复杂对材料的强度要求较高，可以适当采用钢质的立柱，而立柱的受力分析则是通过主体结构的支撑点进行计算[1]。

3.2.2  建筑结构的受力分析

建筑幕墙结构的受力分析需要根据选择的材料和面板的受力情况和强度，对建筑机构进行受力分析，对承载压力的大小和方向进行计算，然后要根据地理位置的天气环境因素考虑，如风载荷、雪载荷、雨载荷等，按照最大值进行计算选取适合的材料，使建筑幕墙的变形在可控范围内，保证建筑幕墙的安全性。

3.3.3  材料的选择

建筑幕墙的材料选择需要根据其受力分析计算出的各项数据进行选择，在满足条件的情况下追求重量更轻、功能更强、外观更美的材料，市场主要的材料有：石材、双层玻璃、胶合玻璃、微晶玻璃、金属板、陶瓷等。

4  建筑幕墙结构设计中的优化措施

4.1  安全性优化

在设计建筑幕墙的时候要注重垂直幕墙的安全性，因为垂直幕墙容易发生安全脱落，在设计垂直幕墙时要注意其结构的受力稳定。垂直幕墙材料如果用的是玻璃，要注意温度对玻璃幕墙的影响，因为玻璃幕墙受温度的冷热变化容易出现爆裂的情况，而且在设计玻璃幕墙的时候应该在边缘处留出与镶嵌槽之间的缝隙，以免玻璃幕墙被挤压而损坏。另外如果经济条件允许，可以用夹层玻璃或者是贴膜玻璃来作为幕墙的材料，这两种玻璃材料的幕墙如果因被挤压发生破碎性损坏时，不会立即成碎片式脱离，而是会成为一个整体状的玻璃被固定在框架上，给安全提供了保障，并为维修提供便利，极大的提高了安全性。玻璃幕墙还应该注意防雷性、防火性及自身强度，防止因为雷火因素玻璃幕墙碎裂从高空坠落，加强玻璃幕墙的消防管理的设计，保证安全性[2]。

仅次于玻璃幕墙爆裂的安全隐患就是开启窗的脱落，因维持不利或者是设计有问题等原因，窗户出现脱落等问题，所以我们要加强窗户方面的安全性设计。开启窗主要设计问题在框和龙骨上，因各结构的连接不当，或者是连接缝隙大，总成窗户受力结构不稳定，而且窗户材料本身还要考虑到玻璃的重量等问题，因此要对窗户的材料强度有足够的保证，提高开启窗方面的安全性。

4.2  材料上的优化

在玻璃幕墙的构造体系中，横梁和立柱是要主要保证的受力稳定的部位，在选择横梁和立柱时，先对其承载力计划，然后在保证材料强度稳定的前提下，在经济允许范围内尽量选择质量更好的材料，对材料受力进行计算，优化材料选择。

4.3  环保节能方面的优化

在环保节能方面可以选择双层幕墙的结构，因为双层结构幕墙的原理是烟囱效应，在气压差下通过控制进风口、出风口来实现双层幕墙之间的空气自然流通，可以提高双层幕墙的保温性能和隔热性能，降低了能源消耗，在节能环保方面有着极大的优化，极大的提高了环境的舒适性[2]。

4.4  技术方面的更新优化

应该积极寻找能用在建筑幕墙方面的技术，如果新技术能够在结构方面、材料方面、节能方面、安全方面等方向实现优化，可以在建筑幕墙上广泛应用新型技术，提高建筑幕墙的质量和安全性，降低建筑幕墙的成本。

5  结束语

综上所述，根据建筑幕墙行业的现状，通过对安全性的提高、对材料的选择、对设计理念的更新以及对技术手段的引进等措施，能夠良好的完成建筑幕墙结构中的设计与优化。

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] 周振华.浅谈建筑幕墙结构设计及优化措施[J].中国住宅设施，2018（12）：90～91.

作者简介：

张浩（1985—）男，汉，湖北武汉，本科，工程师，研究方向：建筑管理工程。