建筑幕墻結構設計及優化措施探討

張騰飛

摘要：建筑幕墻屬于一種外圍結構，由面板和支撐結構組成，廣泛應用于現代建筑中。作為外觀裝潢的新方案，幕墻以其美觀和多樣性受到了很多設計者的追捧。最近兩年來我國的建筑幕墻板塊脫落事故層出不窮，給人民的生命和財產帶來了嚴重的威脅。為了更加安全的使用建筑幕墻，對其結構設計和優化勢在必行，本文在對建筑幕墻的結構設計和優化措施進行闡述時，重點對玻璃幕墻的優化施工做出了分析，以供行業參考。

關鍵詞：建筑幕墻;結構設計;優化

1 建筑幕墻結構設計原則

在設計幕墻時，既要充分考慮它的功能性、美觀性以及整體結構，也要考慮整個工程要表達的風格和理念。外觀設計原則。外觀的設計要與周圍的環境相融合，在確保安全和功能健全的前提下，提高其外在的美感。受力設計原則。作為建筑物外圍結構的幕墻，沒有承受整個建筑物的負載，所以設計幕墻時需要考慮幕墻自身的重量和風的負載。同時也要考慮到幕墻的熱脹冷縮、整體建筑的變形和移位、地質變化及地震對幕墻產生的影響。幕墻所在的柱子、梁和用到的連接件，也要有足夠的強度，幕墻與主體結構的結合要有位移能力，這些條件都滿足的情況下，才能保證幕墻不變形、不破裂。安全是幕墻設計的前提。

2 建筑幕墻結構設計內容

2.1 方案的選定

幕墻的結構和面板材料，要根據建筑整體的設計效果、功能要求和設計的造型來選定。設計的結構形式有半隱式、全隱式、干法隱框幕墻、明框樣式等;普遍的幕墻板有玻璃、石材和金屬，還有最近新推出的光電幕墻板，根據室內或者室外的外觀要求，來確定設計的結構形式。在眾多的幕墻材料中，選擇鋁合金的比較多，因為可以減輕自重和增加耐用性。在一些跨度比較大的項目中，會選擇鋼立柱，因為要考慮到硬度的需要;一般的項目選擇鋁合金立柱比較多;如果設計視野比較寬闊的項目，還可以用支點結構設計[1]。

2.2 建筑結構的受力分析

幕墻的結構受力，因素有風荷載、溫度漲力、自身重力等，如果在下雪的地區，還要考慮到雪的壓力。測試中一定要測試其極限值，確保設計的安全性。也可以通過控制幕墻材料的彈性、平面變形和風壓變形來調節其結構的受力，以確保結構的安全性[2]。

2.3 材料的選擇

通常用到的材料有石材、陶瓷類、玻璃類、金屬類、雙層中空玻璃、膠合板玻璃等，根據要達到的美觀度和效果，選擇最適合的幕墻材料。如泉州市城東區海峽體育館旁的中駿財富廣場SHOPPINGMALL項目，外墻由玻璃、鋁塑板、鋁單板、石材幕墻組成，因為設計需要，選取了多種幕墻材料。

3 建筑幕墻設計中存在的問題

3.1 設計理念陳舊

多年來，幕墻的設計理念沒有得到發展，很多企業都是用到的時候才開始選購和設計，因為不夠重視，所以影響了工程的工期。

3.2 建筑施工與幕墻施工之間存在矛盾

工程的建設過程中，工程的整體施工與幕墻的施工存在一定的矛盾，各施工方不能很好地協調，導致幕墻的施工質量無法滿足技術規范要求。

3.3 設計人員專業能力不足

幕墻設計人員的專業水平太差，不能根據工程的整體結構選擇最合適的幕墻設計方案，影響了施工的質量和整體的美觀。

4 完善建筑幕墻設計的策略

4.1 安全優化

進行幕墻設計工作的時候，應該著重關注垂直幕墻側重點為，它的剛度以及結構的平穩性，出現很多的幕墻脫落情況，主要是垂直幕墻方面。必須要對要對各個結構最重要部分進行關注，保障它們的安全性及平穩性，特別是要注意玻璃幕墻，因為其極易被溫度的高低影響，從而發生爆裂的狀況。所以對于玻璃幕墻節點的設置，必須設置好相應的緩和空隙，特別是玻璃邊緣和鑲嵌槽底板間的配合，避免由于擠壓造成玻璃毀壞。如果條件許可，最好使用雙層玻璃，或者是對玻璃進行貼膜處理。即使出現玻璃損壞，會作為整體被穩固在一定范圍內，并不會急烈脫落造成危險，從而在安全層次方面獲得極大的提升。至于玻璃采光頂而言，在實現保障采光的時候，還應該要充分設置它的防雷情況、耐火程度以及硬化度，避免高空墜物帶來損壞的情況。另外，必須也要對消防進行關注，避免由于火災帶來的碎裂。還有，在開啟窗設置時，必須充分考慮其安全性，這是由于多地都發生了因為設置問題及維護短板所造成的窗戶脫落情況，而此類的事故概率只是低于玻璃爆裂。由于開啟窗結構復雜，設計人員往往由于理解不透徹，或者不重視，而造成設計上的缺陷。目前，開啟窗設計上的缺陷主要有：頂框與橫龍骨、扣板的連接傳力不可靠，在開啟扇的下面沒有設計鋁合金或不銹鋼托條，框與龍骨連接處的螺釘設計距離過長，與標準要求不相符合。選用摩擦式鉸鏈時，要根據開啟窗的重量和開啟角度結合開啟部位的風壓，來計算和合理選擇鉸鏈。在鉸鏈連接處，要合理增加鋁合金型材的厚度，必要時內部增加鋼襯提高局部強度，并采用相應規格的不銹鋼拉鉚釘固定。采用掛鉤式框扇連接時，由于開啟扇上的橫龍骨除了承受上玻璃板塊的自重，還要承受開啟扇自重，因此所需要的剛度要遠大于其它位置處橫龍骨。要單獨對其剛度進行計算，可以采用增加截面尺寸、增加厚度或，加裝鋼襯等措施以提升橫龍骨剛度[3]。

4.2 荷載設計和優化

幕墻設計時，要根據結構的設計模式和選材來計算幕墻的負載極限，如封閉結構的幕墻，要按照風壓的正負條件取-0.2/0.2，部分體型系數是指保護件的從屬范圍A≤1m2;如果范圍超過10m2，局域風壓的系數就能減到0.8;當1m2≤A≤10m2，體型系數能根據A的對數線性差值判斷風的負載高低。選取新的幕墻材料，在保證輕的前提下，還要保持與周圍環境、當地風俗和傳統建筑的統一性。

因為現在的幕墻經常會選擇使用相對輕質的材料以實現重量的減輕，有些材料的強度會隨著厚度的減少而降低，所以需要考慮額外的加筋和翻邊技術。在玻璃幕墻施工中，應掌握有機硅結構膠的質量，計算膠層的寬度和厚度。在框架幕墻結構體系里，因為梁、柱是主要承重構件，所以有必要對它的承載力開展計算，確定合理的截面面積和厚度，考慮安全性和經濟性，選用合適的材料。

4.3 環保節能方面的優化

實現確保幕墻的安全性以及功能性后，應考慮幕墻的長期使用情況。借助使用新技術從而實現大大降低建筑物能耗的目的。例如，近年來流行的雙層幕墻結構，通過利用氣壓差和煙囪效應，在控制進、出風口時，可以實現雙層幕墻之間的空氣自然循環。借助自然通風，在不增加能源消耗的情況下，可以有效改善幕墻的熱絕緣性能，提高人們工作和生活環境的舒適性。它還可以利用光伏幕墻為建筑物提供清潔能源。即使在最初的階段投資上會相對較大，可是它的長期經濟利益以及環境層面上的效益是非常大的[4]。

5 結語

經過對相關技術的更新和使用新材料以及施工工藝的使用，能夠對幕墻行業的安全性能起到極大的促進作用，促使幕墻的使用周期大大提升。而且在進行幕墻后期維護工作時，相關的維護方必須要有高度的責任心，對幕墻進行維修養護。在交付業主時，必須按照規定，提供詳細的幕墻維護說明書，和交底技術資料，便于業主的日常維護和管理，延長幕墻的使用壽命，最后事項我國幕墻建筑行業的積極發展。

參考文獻：

[1]姜銳.建筑幕墻結構設計與優化探討[J].環球市場， 2017（32）.

[2]董利生.建筑幕墻施工的質量問題及控制措施[J].綠色環保建材，2019（7）：187.

[3]趙萬輝.關于建筑幕墻的設計要點分析[J].建材與裝飾，2018（26）.

[4]高利紅.論述建筑幕墻的節能設計[J].建材與裝飾，2018（28）.