建筑幕墙结构设计与优化探讨

徐静

（中建八局装饰工程有限公司，上海 201206）

前言

一、建筑幕墙的分类及特点

为了更好地进行幕墙设计，实现设计优化，首先需要对幕墙的组成和分类有一个清晰的认识，明确了幕墙的特点后，对设计师来说，优化幕墙设计更为有利。

（一）单元式幕墙

单元式应用广泛，具有巨大的发展潜力在当前建筑行业中非单元式幕墙莫属。由于采用了一流的技术，质量完全可以达到国家标准，工厂的生产速度也非常高效。单元式幕墙自始至终在工厂内制造，生产精度高，周期短，可大规模生产，给施工部门带来显著的经济效益。因此，整个幕墙不需要使用密封剂和其他材料，因此不需要考虑影响幕墙质量的天气因素。

（二）全玻幕墙

全玻璃幕墙是一种整体玻璃幕墙，使用全玻璃幕墙的目的是在建筑中创造透明度，玻璃材质也便于人们从外面直接看到内部结构，提高了幕墙的美观性，这样幕墙不仅起到了保护外壳的作用，而且还有一种装饰效果，为整个建筑增添了艺术气息，使建筑空间更具立体感和视觉效果。所有玻璃幕墙均采用轻质材料，在施工过程中舒适且易于清洁。使用后的效果是其他类型幕墙的无敌性，为建筑增添了艺术美。

（三）智能型呼吸式幕墙

呼吸式幕墙是建筑的“双层绿色外套”，幕墙的双层结构具有显著的消声作用，其结构特点也给建筑带来了“呼吸效应”，使得建筑能耗显著降低。智能幕墙是呼吸墙的延伸。它是在智能建筑的基础上对建筑支撑技术（供暖、供热、照明和电力）进行适当管理。高效利用窗帘和太阳能，通过计算机网络有效调节室内空气、温度和光线，在施工过程中节约能源，降低生产和施工成本。

（四）幕墙钢结构

幕墙钢结构具有自重轻、安装容易、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等综合优势，与钢筋混凝土结构相比，更具有在“高、大、轻”三个方面发展的独特优势。因此在高层建筑、大型公共建筑（如体育馆、机场、剧院、大型厂房）等建筑领域得以广泛应用。幕墙钢结构主要特点：先进设计：采用最先进的设计方法，充分利用钢材的力学性能，节约大量钢材。现代结构：一种显著扩展建筑空间、具有强烈时间感的优秀结构。快速安装：构件标准，做得好，施工安装简单、快捷、安全。技术齐全：技术体系完善，施工工艺相结合。

（五）点支式幕墙

点支式幕墙主要特点：支撑结构具有不同的形状，可以满足不同建筑师和项目业主的需求，从而影响建筑物和立面的施工；结构稳定美观，元素精巧实用，将金属结构和玻璃的渗透性与建筑内外的和谐统一融为一体；玻璃和连接钉连接在球头上，球头具有很强的变形吸收能力。

（六）光电幕墙

光电幕墙是集发电、隔音、保温、装饰于一体的新型功能幕墙，它通过光伏电池和半导体材料收集和处理自然光，然后连接建筑物的能源网络，为建筑物提供可靠的能源支持。

（七）金属屋面

体现了清新明快的自然环境和现代建筑创新的独特艺术模式是因为金属屋顶集完美的采光、通风和建筑艺术于一体。产品特点：新系统设计，建筑结构安全的全面整合；先进的防漏、防水和防冷凝技术将建筑玻璃的美感展现得淋漓尽致；先进的能源环保理念，减少能源消耗和对人类的危害；一系列新技术（防火、防腐、遮阳、控制）的综合应用屋顶的安全性和可用性得到了改善。

卵巢成熟性畸胎瘤为最常见的生殖细胞肿瘤，约占卵巢肿瘤的10%～20%，卵巢成熟性畸胎瘤恶变是从畸胎瘤中不同的成熟组织发生，其内任何一种成分均有可能恶变，最常见的为鳞癌，其次有腺癌、癌样瘤、黑色素瘤、肉瘤等，其恶变率低，文献报道仅为1%～2%[1-4]，其中腺癌变约占7%[5]。本病发病年龄多为50～60岁，绝经后以及围绝经期女性多见[6]。目前其恶变机制尚不清楚，研究表明，可能与卵巢反复损伤、激素水平失调等引起的基因突变有关[7]。

二、建筑幕墙结构设计通则

在设计幕墙时，主要设计其功能性、美学和整体结构，必须考虑建筑物作为一个整体表达的静默和概念，并按照以下原则实施：

（一）外观设计

外观设计必须在保证技术设计安全和良好运行的基础上，与周围环境相结合，同时提高外部美感，在设计外观时，应充分考虑建筑与周围环境的相互作用。只有这样，立面的设计才能发挥更大的作用。

（二）受力设计

由于建筑的幕墙仅用作建筑的外围护结构，因此不必承受主建筑的荷载。在设计幕墙时，应充分考虑温度变化、主体结构变形、位移等因素引起的热膨胀和冷度；影响地质变化和地震对幕墙的影响。幕墙中的柱、梁和连接件除了具有足够的强度外，还应具有相对于主体建筑的位移能力，简言之，在建造幕墙时，我们应该通过建造一堵墙来确保安全性，并在此基础上创造出符合建筑功能和成本预算的美丽幕墙。

三、建筑幕墙设计思路

（一）功能性与安全性折衷设计

在实际施工和应用过程中，建筑幕墙的负担并不是沉重的，而是对建筑外围的保护和保护，这在一定程度上也与建筑的安全息息相关。在设计幕墙时，幕墙设计的美学和安全性，不允许为艺术目的进行过多的精细装饰，忽视幕墙本身的抗压性和其他因素，使建筑处于危险之中[1]。

（二）各种突发情况下的稳定性设计

该建筑的幕墙对应于整个建筑中的第一道防护墙。当建筑受到外力冲击时，幕墙是第一个受到冲击的，因此，如果我们在设计上只看幕墙的美观而忽视其稳定性，当我们遇到风、雨、闪电等自然天气的突发情况时，幕墙可能会太大，必须计算这些自然应力，并将其考虑到幕墙的结构中，以确保其稳定性[2]。

（三）各种性质的综合考虑

在设计幕墙时，必须考虑各个方面：一是要注意幕墙的结构，二是要考虑安全因素。在设计时，我们不仅仅考虑如何将其融入建筑设计中，我们必须考虑项目的可行性和成本要求，通过设计确保幕墙的安全性，创造高质量的幕墙。为了安全，我们需要注意幕墙的压力施工。作为建筑的外围结构，幕墙不会承载建筑本身的荷载，但这并不意味着它不会承载荷载。这是幕墙应该承受的。幕墙的后续修改，例如：幕墙结构的设计必须充分保证所使用的连接线具有足够的强度，能够承受外界因素的侵袭，增加幕墙的位移能力。确保幕墙安全需要考虑哪些先决条件。

四、建筑幕墙结构设计内容

（一）方案的选定

根据整体设计效果，选择建筑、结构和防护墙面板材料的功能要求和设计方法。石材和金属，以及最近激活的光电毯面板。根据内部或外部外观的要求制定设计。铝从多种窗帘覆盖物中有更多选择，因为硬度需要考虑。一般来说，许多项目都选择铝合金柱。如果设计项目视野开阔，也可以采用支架设计。

（二）建筑结构的受力分析

幕墙中的结构应力因素包括风压、温升、自重等，如果在受力区域，试验期间应测试极限值，以确保设计安全。还可通过检查弹性、平面变形和窗帘材料风压变形来调整结构应力，以确保结构安全。

五、建筑幕墙设计中存在的问题

（一）设计理念不受到重视

在建筑行业，幕墙已经发展了很长一段时间，但设计理念没有得到有效发展，因为大多数公司都会在必要时实施临时项目，并且没有对幕墙的设计给予足够的重视，同时也没有考虑到影响项目发展的一些现存问题[3]。

（二）设计人员专业能力不足

幕墙施工人员专业技能低也是幕墙质量不高的原因，在设计过程中，设计师不能结合工程实际情况考虑幕墙设计的需要，导致最终设计不符合预期，不能体现幕墙的美。

（三）建筑施工与幕墙施工之间缺乏沟通

在实际施工过程中，由于各方沟通不到位，幕墙的设计与整体设计存在冲突，最终幕墙质量不能满足设计要求。

六、进行结构设计的优化措施

（一）安全性的优化

在设计幕墙时，应特别注意垂直幕墙的刚度和结构稳定性。大多数因事故而坠落的幕墙发生在垂直幕墙上。必须确保每个结构中心节点的连接稳定性和可靠性，即受温度强烈影响的玻璃墙，因此，在设计玻璃纤维节点时应注意在玻璃边缘和嵌入式底板之间留出适当的空间。如果可能使用夹层玻璃或覆冰，这样当玻璃破碎时，它也会附着在整个框架上，而不会在短时间内脱落。鉴于将有一段时间的维护和更换，这将大大提高安全性。而对于嵌装玻璃，在确保照明、防雷、防火和刚度的同时，应将其视为防止对坠落物体造成损坏，此外还应设计为防火设计，以防止发生火灾时爆炸和倒塌。开放式窗户的安全设计也是不容忽视的问题，由于设计缺陷和各地维护管理不善，窗户结构复杂，设计师往往因理解不透彻或注意力不足而存在设计缺陷[4]。目前，窗户设计中的主要缺陷有：顶部框架与交叉冷却器之间的连接；以及铸板不可靠，开口风机底部无铝合金或不锈钢托条，机架与冷却连接处螺钉设计距离过大，选择摩擦悬挂时，应根据开启窗的重量、开启角度和开启部分的风压，计算并合理选择铰链。如有必要，应在内部增加钢衬以提高局部强度，并使用类似规格的不锈钢木片进行固定。当采用钩式风机连接时，由于开口风机上的交叉冷却不仅承载顶板的重量，但同时考虑到开启风扇自身的重量，所需的刚度远大于其他位置的交叉冷却。增加横截面、增加厚度或增加钢衬以提高横截面刚度。

（二）采光保温等功能性优化

建筑的幕墙不仅要保证建筑的整体美观，而且出于安全考虑也不能忽视。在实际使用中，幕墙还应体现其自身的性能。保温和采光是幕墙的主要性能，但同一幕墙上两个特征的设计会产生一定的冲突，鉴于这种情况必须使用具有不同传热系数的玻璃幕墙进行设计优化，这不仅可以确保幕墙的日常功能，还可以实现隔热效果。也可用于提高幕墙的质量。

（三）环保节能方面的优化

为了确保幕墙的安全性和功能性，我们还应考虑到使用幕墙的长期效益，通过引入新技术，可以显著降低建筑能耗。近年来，公共双冲击天平利用空气压差和烟囱效应，在可控进排气口的影响下，实现了两层幕墙之间空气的自然循环。通过自然通风，可以在不增加能耗的情况下改善人们工作和生活环境的舒适性。光电幕墙也可以为建筑提供清洁能源。虽然初期投资较高，但其长期经济和环境效益也非常显著。

（四）结构经济性优化

除了美感之外安全和其他因素还必须考虑到设计过程的成本效益，设计中应尽可能使用最合适的材料，以确保性能，同时降低成本。避免在实际设计中大量不合理的施工造成资源浪费，设计必须尽可能简洁，以确保防护装置的安全性和可靠性，并有效控制成本。

七、结束语

总之，随着建筑业的不断发展，幕墙工程也朝着新的方向发展，在幕墙的施工中，必须考虑功能性和安全性，并结合实际情况进行设计，根据保障经济，提高建造业质量，促进建造业快速发展的需要进行优化。