建筑幕墙结构设计及优化措施探讨

张腾飞

摘要：建筑幕墙属于一种外围结构，由面板和支撑结构组成，广泛应用于现代建筑中。作为外观装潢的新方案，幕墙以其美观和多样性受到了很多设计者的追捧。最近两年来我国的建筑幕墙板块脱落事故层出不穷，给人民的生命和财产带来了严重的威胁。为了更加安全的使用建筑幕墙，对其结构设计和优化势在必行，本文在对建筑幕墙的结构设计和优化措施进行阐述时，重点对玻璃幕墙的优化施工做出了分析，以供行业参考。

关键词：建筑幕墙;结构设计;优化

1 建筑幕墙结构设计原则

在设计幕墙时，既要充分考虑它的功能性、美观性以及整体结构，也要考虑整个工程要表达的风格和理念。外观设计原则。外观的设计要与周围的环境相融合，在确保安全和功能健全的前提下，提高其外在的美感。受力设计原则。作为建筑物外围结构的幕墙，没有承受整个建筑物的负载，所以设计幕墙时需要考虑幕墙自身的重量和风的负载。同时也要考虑到幕墙的热胀冷缩、整体建筑的变形和移位、地质变化及地震对幕墙产生的影响。幕墙所在的柱子、梁和用到的连接件，也要有足够的强度，幕墙与主体结构的结合要有位移能力，这些条件都满足的情况下，才能保证幕墙不变形、不破裂。安全是幕墙设计的前提。

2 建筑幕墙结构设计内容

2.1 方案的选定

幕墙的结构和面板材料，要根据建筑整体的设计效果、功能要求和设计的造型来选定。设计的结构形式有半隐式、全隐式、干法隐框幕墙、明框样式等;普遍的幕墙板有玻璃、石材和金属，还有最近新推出的光电幕墙板，根据室内或者室外的外观要求，来确定设计的结构形式。在众多的幕墙材料中，选择铝合金的比较多，因为可以减轻自重和增加耐用性。在一些跨度比较大的项目中，会选择钢立柱，因为要考虑到硬度的需要;一般的项目选择铝合金立柱比较多;如果设计视野比较宽阔的项目，还可以用支点结构设计[1]。

2.2 建筑结构的受力分析

幕墙的结构受力，因素有风荷载、温度涨力、自身重力等，如果在下雪的地区，还要考虑到雪的压力。测试中一定要测试其极限值，确保设计的安全性。也可以通过控制幕墙材料的弹性、平面变形和风压变形来调节其结构的受力，以确保结构的安全性[2]。

2.3 材料的选择

通常用到的材料有石材、陶瓷类、玻璃类、金属类、双层中空玻璃、胶合板玻璃等，根据要达到的美观度和效果，选择最适合的幕墙材料。如泉州市城东区海峡体育馆旁的中骏财富广场SHOPPINGMALL项目，外墙由玻璃、铝塑板、铝单板、石材幕墙组成，因为设计需要，选取了多种幕墙材料。

3 建筑幕墙设计中存在的问题

3.1 设计理念陈旧

多年来，幕墙的设计理念没有得到发展，很多企业都是用到的时候才开始选购和设计，因为不够重视，所以影响了工程的工期。

3.2 建筑施工与幕墙施工之间存在矛盾

工程的建设过程中，工程的整体施工与幕墙的施工存在一定的矛盾，各施工方不能很好地协调，导致幕墙的施工质量无法满足技术规范要求。

3.3 设计人员专业能力不足

幕墙设计人员的专业水平太差，不能根据工程的整体结构选择最合适的幕墙设计方案，影响了施工的质量和整体的美观。

4 完善建筑幕墙设计的策略

4.1 安全优化

进行幕墙设计工作的时候，应该着重关注垂直幕墙侧重点为，它的刚度以及结构的平稳性，出现很多的幕墙脱落情况，主要是垂直幕墻方面。必须要对要对各个结构最重要部分进行关注，保障它们的安全性及平稳性，特别是要注意玻璃幕墙，因为其极易被温度的高低影响，从而发生爆裂的状况。所以对于玻璃幕墙节点的设置，必须设置好相应的缓和空隙，特别是玻璃边缘和镶嵌槽底板间的配合，避免由于挤压造成玻璃毁坏。如果条件许可，最好使用双层玻璃，或者是对玻璃进行贴膜处理。即使出现玻璃损坏，会作为整体被稳固在一定范围内，并不会急烈脱落造成危险，从而在安全层次方面获得极大的提升。至于玻璃采光顶而言，在实现保障采光的时候，还应该要充分设置它的防雷情况、耐火程度以及硬化度，避免高空坠物带来损坏的情况。另外，必须也要对消防进行关注，避免由于火灾带来的碎裂。还有，在开启窗设置时，必须充分考虑其安全性，这是由于多地都发生了因为设置问题及维护短板所造成的窗户脱落情况，而此类的事故概率只是低于玻璃爆裂。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，在开启扇的下面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距离过长，与标准要求不相符合。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，可以采用增加截面尺寸、增加厚度或，加装钢衬等措施以提升横龙骨刚度[3]。

4.2 荷载设计和优化

幕墙设计时，要根据结构的设计模式和选材来计算幕墙的负载极限，如封闭结构的幕墙，要按照风压的正负条件取-0.2/0.2，部分体型系数是指保护件的从属范围A≤1m2;如果范围超过10m2，局域风压的系数就能减到0.8;当1m2≤A≤10m2，体型系数能根据A的对数线性差值判断风的负载高低。选取新的幕墙材料，在保证轻的前提下，还要保持与周围环境、当地风俗和传统建筑的统一性。

因为现在的幕墙经常会选择使用相对轻质的材料以实现重量的减轻，有些材料的强度会随着厚度的减少而降低，所以需要考虑额外的加筋和翻边技术。在玻璃幕墙施工中，应掌握有机硅结构胶的质量，计算胶层的宽度和厚度。在框架幕墙结构体系里，因为梁、柱是主要承重构件，所以有必要对它的承载力开展计算，确定合理的截面面积和厚度，考虑安全性和经济性，选用合适的材料。

4.3 环保节能方面的优化

实现确保幕墙的安全性以及功能性后，应考虑幕墙的长期使用情况。借助使用新技术从而实现大大降低建筑物能耗的目的。例如，近年来流行的双层幕墙结构，通过利用气压差和烟囱效应，在控制进、出风口时，可以实现双层幕墙之间的空气自然循环。借助自然通风，在不增加能源消耗的情况下，可以有效改善幕墙的热绝缘性能，提高人们工作和生活环境的舒适性。它还可以利用光伏幕墙为建筑物提供清洁能源。即使在最初的阶段投资上会相对较大，可是它的长期经济利益以及环境层面上的效益是非常大的[4]。

5 结语

经过对相关技术的更新和使用新材料以及施工工艺的使用，能够对幕墙行业的安全性能起到极大的促进作用，促使幕墙的使用周期大大提升。而且在进行幕墙后期维护工作时，相关的维护方必须要有高度的责任心，对幕墙进行维修养护。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，最后事项我国幕墙建筑行业的积极发展。

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]董利生.建筑幕墙施工的质量问题及控制措施[J].绿色环保建材，2019（7）：187.

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

[4]高利红.论述建筑幕墙的节能设计[J].建材与装饰，2018（28）.