建筑幕墻結構設計與優化探討

徐靜

（中建八局裝飾工程有限公司，上海 201206）

前言

一、建筑幕墻的分類及特點

為了更好地進行幕墻設計，實現設計優化，首先需要對幕墻的組成和分類有一個清晰的認識，明確了幕墻的特點后，對設計師來說，優化幕墻設計更為有利。

（一）單元式幕墻

單元式應用廣泛，具有巨大的發展潛力在當前建筑行業中非單元式幕墻莫屬。由于采用了一流的技術，質量完全可以達到國家標準，工廠的生產速度也非常高效。單元式幕墻自始至終在工廠內制造，生產精度高，周期短，可大規模生產，給施工部門帶來顯著的經濟效益。因此，整個幕墻不需要使用密封劑和其他材料，因此不需要考慮影響幕墻質量的天氣因素。

（二）全玻幕墻

全玻璃幕墻是一種整體玻璃幕墻，使用全玻璃幕墻的目的是在建筑中創造透明度，玻璃材質也便于人們從外面直接看到內部結構，提高了幕墻的美觀性，這樣幕墻不僅起到了保護外殼的作用，而且還有一種裝飾效果，為整個建筑增添了藝術氣息，使建筑空間更具立體感和視覺效果。所有玻璃幕墻均采用輕質材料，在施工過程中舒適且易于清潔。使用后的效果是其他類型幕墻的無敵性，為建筑增添了藝術美。

（三）智能型呼吸式幕墻

呼吸式幕墻是建筑的“雙層綠色外套”，幕墻的雙層結構具有顯著的消聲作用，其結構特點也給建筑帶來了“呼吸效應”，使得建筑能耗顯著降低。智能幕墻是呼吸墻的延伸。它是在智能建筑的基礎上對建筑支撐技術（供暖、供熱、照明和電力）進行適當管理。高效利用窗簾和太陽能，通過計算機網絡有效調節室內空氣、溫度和光線，在施工過程中節約能源，降低生產和施工成本。

（四）幕墻鋼結構

幕墻鋼結構具有自重輕、安裝容易、施工周期短、抗震性能好、投資回收快、環境污染少等綜合優勢，與鋼筋混凝土結構相比，更具有在“高、大、輕”三個方面發展的獨特優勢。因此在高層建筑、大型公共建筑（如體育館、機場、劇院、大型廠房）等建筑領域得以廣泛應用。幕墻鋼結構主要特點：先進設計：采用最先進的設計方法，充分利用鋼材的力學性能，節約大量鋼材。現代結構：一種顯著擴展建筑空間、具有強烈時間感的優秀結構。快速安裝：構件標準，做得好，施工安裝簡單、快捷、安全。技術齊全：技術體系完善，施工工藝相結合。

（五）點支式幕墻

點支式幕墻主要特點：支撐結構具有不同的形狀，可以滿足不同建筑師和項目業主的需求，從而影響建筑物和立面的施工；結構穩定美觀，元素精巧實用，將金屬結構和玻璃的滲透性與建筑內外的和諧統一融為一體；玻璃和連接釘連接在球頭上，球頭具有很強的變形吸收能力。

（六）光電幕墻

光電幕墻是集發電、隔音、保溫、裝飾于一體的新型功能幕墻，它通過光伏電池和半導體材料收集和處理自然光，然后連接建筑物的能源網絡，為建筑物提供可靠的能源支持。

（七）金屬屋面

體現了清新明快的自然環境和現代建筑創新的獨特藝術模式是因為金屬屋頂集完美的采光、通風和建筑藝術于一體。產品特點：新系統設計，建筑結構安全的全面整合；先進的防漏、防水和防冷凝技術將建筑玻璃的美感展現得淋漓盡致；先進的能源環保理念，減少能源消耗和對人類的危害；一系列新技術（防火、防腐、遮陽、控制）的綜合應用屋頂的安全性和可用性得到了改善。

卵巢成熟性畸胎瘤為最常見的生殖細胞腫瘤，約占卵巢腫瘤的10%～20%，卵巢成熟性畸胎瘤惡變是從畸胎瘤中不同的成熟組織發生，其內任何一種成分均有可能惡變，最常見的為鱗癌，其次有腺癌、癌樣瘤、黑色素瘤、肉瘤等，其惡變率低，文獻報道僅為1%～2%[1-4]，其中腺癌變約占7%[5]。本病發病年齡多為50～60歲，絕經后以及圍絕經期女性多見[6]。目前其惡變機制尚不清楚，研究表明，可能與卵巢反復損傷、激素水平失調等引起的基因突變有關[7]。

二、建筑幕墻結構設計通則

在設計幕墻時，主要設計其功能性、美學和整體結構，必須考慮建筑物作為一個整體表達的靜默和概念，并按照以下原則實施：

（一）外觀設計

外觀設計必須在保證技術設計安全和良好運行的基礎上，與周圍環境相結合，同時提高外部美感，在設計外觀時，應充分考慮建筑與周圍環境的相互作用。只有這樣，立面的設計才能發揮更大的作用。

（二）受力設計

由于建筑的幕墻僅用作建筑的外圍護結構，因此不必承受主建筑的荷載。在設計幕墻時，應充分考慮溫度變化、主體結構變形、位移等因素引起的熱膨脹和冷度；影響地質變化和地震對幕墻的影響。幕墻中的柱、梁和連接件除了具有足夠的強度外，還應具有相對于主體建筑的位移能力，簡言之，在建造幕墻時，我們應該通過建造一堵墻來確保安全性，并在此基礎上創造出符合建筑功能和成本預算的美麗幕墻。

三、建筑幕墻設計思路

（一）功能性與安全性折衷設計

在實際施工和應用過程中，建筑幕墻的負擔并不是沉重的，而是對建筑外圍的保護和保護，這在一定程度上也與建筑的安全息息相關。在設計幕墻時，幕墻設計的美學和安全性，不允許為藝術目的進行過多的精細裝飾，忽視幕墻本身的抗壓性和其他因素，使建筑處于危險之中[1]。

（二）各種突發情況下的穩定性設計

該建筑的幕墻對應于整個建筑中的第一道防護墻。當建筑受到外力沖擊時，幕墻是第一個受到沖擊的，因此，如果我們在設計上只看幕墻的美觀而忽視其穩定性，當我們遇到風、雨、閃電等自然天氣的突發情況時，幕墻可能會太大，必須計算這些自然應力，并將其考慮到幕墻的結構中，以確保其穩定性[2]。

（三）各種性質的綜合考慮

在設計幕墻時，必須考慮各個方面：一是要注意幕墻的結構，二是要考慮安全因素。在設計時，我們不僅僅考慮如何將其融入建筑設計中，我們必須考慮項目的可行性和成本要求，通過設計確保幕墻的安全性，創造高質量的幕墻。為了安全，我們需要注意幕墻的壓力施工。作為建筑的外圍結構，幕墻不會承載建筑本身的荷載，但這并不意味著它不會承載荷載。這是幕墻應該承受的。幕墻的后續修改，例如：幕墻結構的設計必須充分保證所使用的連接線具有足夠的強度，能夠承受外界因素的侵襲，增加幕墻的位移能力。確保幕墻安全需要考慮哪些先決條件。

四、建筑幕墻結構設計內容

（一）方案的選定

根據整體設計效果，選擇建筑、結構和防護墻面板材料的功能要求和設計方法。石材和金屬，以及最近激活的光電毯面板。根據內部或外部外觀的要求制定設計。鋁從多種窗簾覆蓋物中有更多選擇，因為硬度需要考慮。一般來說，許多項目都選擇鋁合金柱。如果設計項目視野開闊，也可以采用支架設計。

（二）建筑結構的受力分析

幕墻中的結構應力因素包括風壓、溫升、自重等，如果在受力區域，試驗期間應測試極限值，以確保設計安全。還可通過檢查彈性、平面變形和窗簾材料風壓變形來調整結構應力，以確保結構安全。

五、建筑幕墻設計中存在的問題

（一）設計理念不受到重視

在建筑行業，幕墻已經發展了很長一段時間，但設計理念沒有得到有效發展，因為大多數公司都會在必要時實施臨時項目，并且沒有對幕墻的設計給予足夠的重視，同時也沒有考慮到影響項目發展的一些現存問題[3]。

（二）設計人員專業能力不足

幕墻施工人員專業技能低也是幕墻質量不高的原因，在設計過程中，設計師不能結合工程實際情況考慮幕墻設計的需要，導致最終設計不符合預期，不能體現幕墻的美。

（三）建筑施工與幕墻施工之間缺乏溝通

在實際施工過程中，由于各方溝通不到位，幕墻的設計與整體設計存在沖突，最終幕墻質量不能滿足設計要求。

六、進行結構設計的優化措施

（一）安全性的優化

在設計幕墻時，應特別注意垂直幕墻的剛度和結構穩定性。大多數因事故而墜落的幕墻發生在垂直幕墻上。必須確保每個結構中心節點的連接穩定性和可靠性，即受溫度強烈影響的玻璃墻，因此，在設計玻璃纖維節點時應注意在玻璃邊緣和嵌入式底板之間留出適當的空間。如果可能使用夾層玻璃或覆冰，這樣當玻璃破碎時，它也會附著在整個框架上，而不會在短時間內脫落。鑒于將有一段時間的維護和更換，這將大大提高安全性。而對于嵌裝玻璃，在確保照明、防雷、防火和剛度的同時，應將其視為防止對墜落物體造成損壞，此外還應設計為防火設計，以防止發生火災時爆炸和倒塌。開放式窗戶的安全設計也是不容忽視的問題，由于設計缺陷和各地維護管理不善，窗戶結構復雜，設計師往往因理解不透徹或注意力不足而存在設計缺陷[4]。目前，窗戶設計中的主要缺陷有：頂部框架與交叉冷卻器之間的連接；以及鑄板不可靠，開口風機底部無鋁合金或不銹鋼托條，機架與冷卻連接處螺釘設計距離過大，選擇摩擦懸掛時，應根據開啟窗的重量、開啟角度和開啟部分的風壓，計算并合理選擇鉸鏈。如有必要，應在內部增加鋼襯以提高局部強度，并使用類似規格的不銹鋼木片進行固定。當采用鉤式風機連接時，由于開口風機上的交叉冷卻不僅承載頂板的重量，但同時考慮到開啟風扇自身的重量，所需的剛度遠大于其他位置的交叉冷卻。增加橫截面、增加厚度或增加鋼襯以提高橫截面剛度。

（二）采光保溫等功能性優化

建筑的幕墻不僅要保證建筑的整體美觀，而且出于安全考慮也不能忽視。在實際使用中，幕墻還應體現其自身的性能。保溫和采光是幕墻的主要性能，但同一幕墻上兩個特征的設計會產生一定的沖突，鑒于這種情況必須使用具有不同傳熱系數的玻璃幕墻進行設計優化，這不僅可以確保幕墻的日常功能，還可以實現隔熱效果。也可用于提高幕墻的質量。

（三）環保節能方面的優化

為了確保幕墻的安全性和功能性，我們還應考慮到使用幕墻的長期效益，通過引入新技術，可以顯著降低建筑能耗。近年來，公共雙沖擊天平利用空氣壓差和煙囪效應，在可控進排氣口的影響下，實現了兩層幕墻之間空氣的自然循環。通過自然通風，可以在不增加能耗的情況下改善人們工作和生活環境的舒適性。光電幕墻也可以為建筑提供清潔能源。雖然初期投資較高，但其長期經濟和環境效益也非常顯著。

（四）結構經濟性優化

除了美感之外安全和其他因素還必須考慮到設計過程的成本效益，設計中應盡可能使用最合適的材料，以確保性能，同時降低成本。避免在實際設計中大量不合理的施工造成資源浪費，設計必須盡可能簡潔，以確保防護裝置的安全性和可靠性，并有效控制成本。

七、結束語

總之，隨著建筑業的不斷發展，幕墻工程也朝著新的方向發展，在幕墻的施工中，必須考慮功能性和安全性，并結合實際情況進行設計，根據保障經濟，提高建造業質量，促進建造業快速發展的需要進行優化。