建筑幕墻結構設計及優化措施探討①

陳加雁

摘 要 近年來建筑幕墻憑借其多樣性和美觀性已經受到眾多設計者的追捧，在現代建筑中得到廣泛應用。建筑幕墻作為整個建筑體的保護外殼，其結構設計的好壞直接影響整個建筑的優劣。為了能夠更加安全地使用建筑幕墻，就需要對其結構設計進行優化和改善。本文主要從建筑幕墻的結構設計內容以及目前設計中存在的主要問題進行論述，并提出幾點合理的措施，以供行業參考。

關鍵詞 建筑幕墻;結構設計;優化措施

建筑幕墻具有色彩絢麗、外觀時尚的特點，并且憑借其良好的景觀和采光效果，在我國得到廣泛的應用。在近30年的時間里，我國建筑幕墻現有使用面積已高達2億多平方米。但是由于幕墻結構設計、施工工藝、材料質量等各方面的不完善，且缺乏嚴格的行業標準，以及使用單位缺乏日常檢查和維護，導致近年來發生多起幕墻板塊脫落等安全事故。因此加強對建筑幕墻結構設計的優化，以減少幕墻使用過程中的安全隱患是一件迫在眉睫的要事。

1建筑幕墻的結構設計內容

1.1 選定設計方案

設計方案主要包括幕墻結構形式和面板材料的選擇這兩方面內容。首先需要根據建筑的功能要求、設計效果以及幕墻面板的布置來確定幕墻主體結構的支撐、結構形式和邊界條件。結構形式主要有半隱式、全隱式、明框樣式、干法隱框樣式幕墻等，在幕墻結構設計時還需要綜合考慮結構的載荷設計能力和功能條件，以優化結構的經濟指標。隨著技術的不斷發展，幕墻材料也越加多樣化、輕質化和功能化，常見的幕墻板有玻璃、石材和金屬，以及新興的光電幕墻板。在進行材料選擇時需要考慮幕墻結構的受力要求、施工條件以及施工成本等因素，以此來確定材料的類型、型號和數量。其中由于鋁合金材料自重輕、耐用性強，在設計中使用最為普遍[1]。總之幕墻結構形式和面板材料的選擇既需要依托整體建筑的設計方案，又要充分考慮設計想要達到的效果，以實現功能性和美觀性的結合。

1.2 對建筑結構進行受力分析

在對建筑幕墻進行結構受力分析時，需要精確計算其承載的壓力大小和方向。

幕墻結構受力的影響因素有自身重力、風荷載以及溫度張力等，對于北方地區還應該考慮雪載荷，并且通過測試其極限值來確保設計的安全性。因此在幕墻結構的受力分析過程中除了考慮一些常規影響因素，還應根據當地氣候條件進行溫度變化分析以及自然災害可能帶來的載荷影響，并且對這些載荷變化導致的幕墻結構外形變化進行事先預估評判。在設計過程中通常可以通過控制幕墻材料的彈性、平面變形以及風壓變形等來調節其結構的受力，以確保幕墻結構的安全性。

2建筑幕墻設計中存在的主要問題

2.1 缺乏突發情況穩定性設計

建筑幕墻作為整個建筑的保護外殼，在遭遇突發狀況時，將會最先受到外力的侵襲。隨著行業標準的不斷完善以及人們安全意識的不斷提高，近年來幕墻設計中的安全問題已經引起人們的廣泛關注，但是通過調查發現在幕墻設計過程中仍然普遍缺乏考慮自然災害等突發狀況對幕墻造成的外力沖擊影響。一旦發生突發性情況，比如風雨雷電等自然現象，幕墻受到外力侵襲，導致載荷過大發生安全事故。因此在設計過程中，要盡可能準確的估算突發情況的極限載荷，并考慮到幕墻的結構中去，以保證其穩定性。

2.2 缺乏功能性和經濟性的綜合考慮

隨著現代建筑形式和結構的多樣化，對幕墻整體結構在力學性能、安全性能和其他功能需求的設計中提出了更高的要求。建筑幕墻不僅需要具有美化建筑的作用，還需要具有采光保溫的功效以及高度的安全性保證。但是在實際幕墻設計中，由于各種設計因素以及施工因素的影響，導致很多幕墻結構設計中在采光、安全性、節能性等方面存在著諸多不足。比如在使用玻璃幕墻的時候，在保證其采光性的同時往往無法兼顧其保溫隔熱的效果。

3建筑幕墻結構設計中的優化措施

3.1 安全穩定性優化

通過對多起建筑幕墻安全事故的調查分析，發現大多數幕墻脫落事故，均發生在垂直幕墻上，因此在進行幕墻設計時要特別注意垂直幕墻的剛度和結構的穩定性，要確保各結構關鍵節點的連接穩定可靠。尤其在使用玻璃幕墻時，由于玻璃材料易受溫度影響，發生爆裂現象。因此在進行玻璃幕墻節點設計時，要注意邊界問題，需要預留玻璃邊緣和鑲嵌槽底板間的配合間隙，避免玻璃遭受擠壓應力而破裂[2]。

此外幕墻結構的另一個重點設計環節是遭遇突發事件時的安全穩定性保證。

比如對于采光頂的消防設計，較大型的玻璃采光頂需要使用耐火極限高于0.25h的三級耐火級吊頂。在滿足幕墻結構的防火要求時，需要同時滿足其他（如防高空墜物、防雷、防冰雹等）設計要求。在抗震設計中，要保證玻璃幕墻的鑲嵌深度可靠固定，合理布置幕墻結構消防安全通道，重點做好各構件連接點的設計優化。

3.2 功能性和經濟性優化

在對建筑幕墻的設計過程中要綜合考慮幕墻功能性和經濟性的平衡，要在滿足設計以及其他所需功能的基礎上，盡量減少經濟成本。

在現代幕墻的設計中為了減輕幕墻的自重，通常采用比較輕質的材料。對于大部分材料，其自身強度會隨厚度的減少而降低，因此在設計過程中需要額外增加局部的筋肋和折邊工藝。在進行荷載和結構尺寸計算時，需要尋找最優設計方案，避免因為設計不合理造成資源和成本的消耗。對于玻璃幕墻，需要加強對硅酮結構膠質量的監控，并精確計算其粘結寬度和厚度;在框格幕墻設計中，需要對橫梁和立柱的承載力進行計算，以確定合適的截面積和厚度[3]。在結構形式上通過采用更為實用簡單的結構，在保證結構可靠性的同時，實現功能性和經濟性的平衡。

4結束語

建筑物的幕墻結構不僅能夠提高建筑物的美觀性，而且具有十分重要的實用功能。本文針對目前幕墻設計中的某些不足，從安全性、功能性和結構經濟性三個方面提出幾點優化措施，為實現建筑幕墻低成本、節約能源、安全可靠的設計目標和推動我國幕墻建筑行業的健康發展貢獻微薄力量。

參考文獻

[1] 王曙芬.建筑幕墻結構設計及優化措施探討[J].河南建材，2019，（6）：249-250.

[2] 何旭陽.建筑幕墻結構設計與優化[J].住宅與房地產，2018，（27）：88.

[3] 陳雯.建筑幕墻結構設計與優化[J].門窗，2014，（7）：62-63.