建筑幕墻結構設計與優化措施探討

張恒　徐健

摘 要：建筑幕墻是由面板、支承結構體系組成的裝飾性輕質墻體，屬于建筑物的外墻圍護結構，相對建筑主體結構有一定位移能力，但不分擔主體結構所受作用，設計時，應秉承著安全適用、技術先進、經濟合理兼顧的原則，并盡量提升其安全性，合理設計幕墻分格，優化其結構。

關鍵詞：建筑幕墻;結構設計;優化措施;探討

在城市化建設過程中，一幢幢高樓大廈拔地而起，成為了現代化都市的一種象征，而建筑幕墻，幾乎成為了當前高層建筑的標配。建筑幕墻是指由玻璃、石板、陶瓷板、金屬板等面板及玻璃肋、鋼結構、鋼絞線、鋁橫梁立柱等支承結構組成的裝飾性輕質墻體，屬于建筑物的外墻圍護結構，相對建筑主體有一定位移能力，但不分擔主體結構所受作用 [1]。建筑幕墻結構設計關系到其性能及安全性，優化設計方案，能夠更好地發揮幕墻在建筑中的作用。

1.建筑幕墻結構設計的原則及內容分析

1.1設計原則

在開展建筑幕墻結構設計時，應秉承著安全適用、技術先進、經濟合理兼顧的原則，延續建筑設計的主題和風格。首先，在外觀設計中，應該融合周邊環境，作出合理設計，確保建筑在外觀上與外界環境相協調;其次，應秉承大震不倒、中震可修、小震不壞的原則，在受力設計中需考慮幕墻自重、風荷載、地震荷載、溫度作用、主體結構位移等因素，采光頂上人或積雪的斜玻璃幕墻多應考慮恒荷載和雪荷載的組合。計量結構設計時，應根據可同時出現的荷載按承載能力極限狀態和正常使用極限狀態分別進行荷載組合，荷載和作用產生效應，應按結構設計條件和要求進行組合，以最不利的組合作為設計依據。因此應適當提升幕墻立柱、橫梁及相關連接件的強度，同時應該讓幕墻具備相對主體結構有一定的位移能力，以提升其荷載能力，避免發生破裂、變形的情況。

1.2設計內容

進行建筑幕墻結構設計時，首先應該綜合考慮幕墻功能要求、藝術裝飾效果，設計造型，選定其結構形式及面板材質。當前，常見的幕墻形式有明框式、全隱式、半隱式，可供選作幕墻面板的材質有玻璃、石材、金屬板及光電幕墻等。設計單位應該根據建筑內外在美觀性上的需求，合理選擇幕墻形式，如若要視野開闊，可設計點支結構，基于主體結構的可支撐點，計算立柱受力設計相關模型;如若想延長幕墻使用年限，減輕自重，一般會選擇鋁合金框架幕墻，選用鋁合金立柱;如若跨度較大，為確保其剛度與強度，應選擇鋼立柱或鋼鋁結合立柱[2]。

確定設計方案后，再對建筑幕墻結構受力展開分析，明確荷載方向，精確計算壓力大小，對一般受力模型用解析法計算、對復雜受力模型可選用有限元建模分析，根據不同地區不同位置的幕墻來確定各類參數。合理設計，將幕墻的彈性狀態、風壓變形、平面變形控制在合理范圍內，確保幕墻在使用階段的安全性。不同結構形式的建筑幕墻，其受力形式存在差異，因此應該細化受力分析過程，根據所選材料特性合理分析、計算。

幕墻由于良好的藝術裝飾效果，在建筑建設中得到廣泛應用，在社會需求刺激下，新型幕墻材料不斷被研發出現，其性能更為優越。除了傳統的玻璃幕墻、石板幕墻、陶瓷板幕墻、金屬板幕墻之外，還可選擇微晶玻璃、GRC板及千思板等材料，確保設計方案達到最佳效果。

2.建筑幕墻結構設計的優化措施分析

2.1安全性的優化

從目前來看，我國建筑幕墻存在較多安全隱患，因此，在設計過程中，首要的優化因素就在于其安全性。為降低幕墻脫落事故發生率，應優化建筑幕墻結構設計方案，確保幕墻結構各連接點的穩固性和可靠性，確保其強度、剛度和穩定性達標。玻璃幕墻由于采光效果、裝飾效果好，應用廣泛，但是這些材料受溫度影響大，容易爆裂，故而設計時，應優化幕墻節點設計，在玻璃邊緣及鑲嵌槽底板間預留一定間隙，以防玻璃受溫度變化應力擠壓而爆裂，如若條件允許，可以選擇夾膠玻璃或貼膜玻璃，這樣即使玻璃爆裂，短時間仍會整體固定于框架上，不會立刻脫落，可供維修更換，其安全性得到保障。除此之外，開啟窗的安全性設計也是建筑幕墻結構安全設計的重點內容，如若存在設計缺陷，很容易出現窗戶脫落現象。開啟窗結構復雜，存在框與龍骨連接處螺釘設計間距過大、開啟扇底部未設計鋁合金或不銹鋼托條等設計缺陷，應格外注意。開啟窗設計有著嚴謹的要求，以掛鉤式框扇連接的設計為例，開啟扇上橫龍骨的剛度應該單獨計算，因為它需同時承受上玻璃板塊自重及開啟扇自重，其剛度要求遠高于其他位置的橫龍骨，確定剛度要求后，可通過加大橫龍骨截面尺寸、增加橫龍骨壁厚、加裝鋼襯等措施來達到既定剛度[3]。

2.2荷載設計優化

為減輕建筑幕墻自重，通常會選用輕質材料，這些材料相較而言強度更低，需要優化荷載設計。在設計過程中，根據幕墻結構和材料選擇，精確計算荷載極限。如玻璃幕墻，為確保其轉接件荷載設計強度，會采取增加局部筋肋和折邊工藝的方式來提升其強度。如硅酮結構膠的計算，需要重點計算主要受理部分，即橫梁和立柱的承載力，再計算出粘結寬度、厚度從而確定其截面積，以達到安全適用、技術先進、經濟合理的目的。

3.結語

在建筑幕墻施工中，受到設計方案不完善、產品質量不達標、缺乏既定行業標準等因素的影響，施工質量得不到保障，再加上相關單位缺乏對幕墻的有效維護和管理，埋下安全隱患，在使用過程中很容易出現安全事故。隨著科學技術的進步，建筑幕墻材料種類增加，加工工藝逐步完善，為建筑幕墻結構設計提供了更多的可能性，相關單位應以健全幕墻功能和提升幕墻結構安全為前提，優化建筑幕墻結構設計，推動建筑幕墻行業長效發展。

參考文獻

[1]鄧治良，陳恩莉，董彪.從設計角度談裝配式幕墻的施工安裝——體系優化? 高效作業[J].四川建筑，2019，39（05）：50-52.

[2]趙全斌，王嘉川，李國華，王成.基于BIM技術的建筑幕墻裂紋損傷強度智能評價系統設計[J].現代電子技術，2019，42（08）：175-178.

[3]朱向前，龔靜華，李信橋，劉鐵燕，房明，李利華.單層索網幕墻結構在高層建筑中的設計與施工[J].建筑結構，2016，46（19）：57-61.