建筑幕墻結構設計與優化探究

郝曉祎 山東兗礦技師學院

1 前言

我國建筑行業發展至今，其建設技術和建設規模已經領先其他發展中國家，趕超發達國家，為我國基礎建設貢獻力量。在現代生活中，建筑物的作用不單純地局限在為人們遮風擋雨，其在滿足人們基本生存需求的基礎上，還為人們提供舒適的生活環境。

建筑工程施工實現現代化，能夠為人們創造出優質的居住環境，這也是當前建筑建設階段遵照的一項基本原則。建筑幕墻因自身外圍結構擁有很大優勢，已經成為當下建筑施工領域中的關鍵技術之一。

2 建筑幕墻結構設計原則

在幕墻設計中，不僅要充分考慮其功能性、美觀性和整體結構，還要考慮整個工程的風格和理念。在幕墻設計中，最重要的一個因素就是要考慮建筑的受力作用，以此來保障建筑的安全性，在保障美觀和建筑風格的同時，也要考慮建筑的安全性能。

（1）外觀設計。外觀設計應在保證工程結構安全和良好功能的基礎上，與周圍環境相互結合，同時提高外部美感。在對外觀進行設計的時候，要充分考慮建筑與周圍環境的相互作用，只有這樣，外觀設計才可以發揮出更大的作用。

（2）受力設計。幕墻作為建筑的外圍結構，不用承受整個建筑的荷載，因此，在設計幕墻的時候，必須要考慮幕墻本身的重量和風荷載。與此同時，還應考慮幕墻的熱膨脹和冷縮、整個建筑的變形和位移、地質變化以及地震對幕墻的影響。幕墻所處的柱、梁、連接件也應具有足夠的強度，幕墻與主體結構的組合應具有位移能力。只有滿足這些條件，幕墻才能合理范圍內變形、不破碎。安全性是幕墻變形合適或不破壞。安全是幕墻設計的前提。

3 建筑幕墻結構設計與優化

3.1 石材幕墻結構設計與優化

3.1.1 獨立性強

在拼裝幕墻使用時間，一般來說會應用到先天紋理與雕刻等方式，以此保證幕墻在美觀性方面具有較好的表現。在此當中，將使用到較多的石材，為了使施工在有序性方面具有較好表現，則需要在石材背部做好編號處理，做好方向的標注。在施工當中，要做好對石材的編號處理，能夠根據石材編號情況進行安裝施工。在此當中，不同石材在安裝獨立性方面都具有好的表現，如果其中的某一塊材料在質量方面存在問題，則可以針對性更換該石材，且該項操作并不會影響到其余石材施工，以此使建筑具有較好的施工效率。

3.1.2 防雷連接技術

在現今建筑建設當中，石材幕墻應用較多，在整體工程當中，防雷系統是其中的關鍵部分，如果建筑數量較多、整體較為密集，系統質量則將會對建筑運行安全、耐久產生影響。在實際防雷連接處理當中，需要能夠充分結合實際添加防雷網結構，保證其相互間具有一定的關聯性，同時要采取措施保護導線，以此使結構在防雷水平方面具有好的表現。在保護導線工作當中，經常需要在結構表面位置覆蓋內膜，對內墻防雷網進行焊接處理。在節點位置，需要采取措施進行防銹，有效延長系統運行壽命，以此使建筑整體在防雷方面能夠滿足要求。

3.1.3 石板材安裝

在石板材安裝工作進行前，需要能夠細致梳理建筑外表面情況，確定石材板安裝槽石村，在確定完成安裝槽規格之后，再安裝石材板。一般情況下，石材板安裝槽長度控制確定為10cm，寬度0.8cm，以此能夠較好地安插石材板丁字端。在完成安裝槽設置之后，則需要在上下兩端對安全槽進行安裝。在完成設置后，則需要在其他位置安裝安全槽，具體要求，保證安裝位置同掛件之間具有一定的距離。其設定意義，即能夠合理的控制螺栓對中間鋼板的厚度，保證在鋼板厚度方面能夠滿足要求。

3.2 工業內窺鏡建筑幕墻安全性鑒定

3.2.1 可視化檢測

將內窺鏡插入檢測孔內，即可實現對幕墻內部龍骨、連接件的可視化檢測，通過調整蛇管插入長度、對蛇管進行適當彎曲、合理選用正視和側視視角，即可對重點檢測部位進行視頻采集或圖像采集。由于本次檢測所采用內窺鏡鏡頭為定焦鏡頭，故圖像清晰程度需要靠人工調整鏡頭離待測點距離來保證，增加了操作難度，后續可對設備進行改良，提高檢測效率。

3.2.2 檢測孔恢復

由于委托方提出了不影響整體美觀的要求，故本次檢測方案設計時，考慮了對微破損檢測點的修復。某工程檢測孔直徑為Φ14mm，與之相對應地采購了Φ12mm圓形塑料孔蓋對檢測孔進行封堵，封堵時檢測孔邊沿涂抹硅酮結構密封膠，封堵后孔蓋表面及周邊再次涂抹硅酮結構密封膠，以保障檢測孔封堵后具有較好的防水性、密封性。此外，成品圓形塑料孔蓋有多種規格和顏色可供選擇，可直接購買與外墻相似顏色或采購白色再噴涂成墻體的顏色，達到修復后不影響整體美觀的要求。

3.3 單層索網幕墻結構設計與優化

邊界條件，當前的高層建筑設計表明，單層索網幕墻結構是常用的，但是有必要在設計位置將兩個不同的主體結構或單個主體以凹形連接起來，從而提高了建筑質量。由于索網結構在施工過程中需要應用水平和垂直索網，可以有效抵抗預應力，并繼續抵抗幕墻結構的外力，邊界結構不受大索力的影響。因此可以在主體結構的建造過程中獲得更好的平衡。

在這種設計模式下，如果不可能有效地形成抵抗傾斜張力的自平衡系統，則設計人員必須通過邊界結構不斷提高結構剛度。例如，某高層建筑物的主立面使用了寬約40.5m，高約53m的索網幕墻結構。

設計采用一體式索網結構，橫向索網的兩端固定在結構的兩側，主鋼筋混凝土柱可以獲得良好的固定效果。因此，有必要在計算過程中充分考慮鋼柱的弊端。難以有效地承受索網的結構索網強度。這時，有必要在鐵柱的兩側增加地板桁架。

內力及初始應力，垂直索網不僅可以支撐整個幕墻的重量，而且還可以完美地確保側面索網的強度穩定。如果在使用過程中交叉索網損壞，也可以防止整個幕墻掉落。在屋頂雙向索網幕墻的結構中，長寬比也必須得到很好的控制。換句話說，兩者之間的差距不應太大。水平索網和垂直索網都必須能夠同時承受垂直負載。當長寬比大于1.5時，短索網可以有效地承受垂直負載，而長索網則只需穩定下來。

高層建筑中的索網結構靈活。施加初始預張力后，整個結構可以更好地承受正常載荷。如果在施工過程中僅施加一個預應力，它將無法很好地承受水平力。外部載荷的逐漸增加給邊界結構增加了負擔，這在設計過程中違反了經濟合理性原則。在良好的預應力下，常用的控制方法約為索網斷裂張力的15～30。同樣，在控制索網內部力的過程中，直接方向是選擇索網直徑。

3.4 點支式玻璃幕墻結構設計與優化

點支式玻璃幕墻施工工藝特點，與全玻璃幕墻相比，點支式玻璃幕墻克服了傳統全玻超過6m高度時無法選用鋼化玻璃的缺點。點支式玻璃幕墻可將玻璃分成較小板塊，使用強度高、較薄的鋼化玻璃，確保使用安全。同時，選用2個螺栓即可固定截面高度小的玻璃肋，最多選用3個螺栓即可固定截面高度較大的玻璃肋，玻璃肋無須用不銹鋼板連接。

與全玻璃幕墻面板和玻璃肋的連接膠縫采用硅酮結構密封膠現場打注的工藝相比，通常，由于點式幕墻存在密封問題，因此只用密封膠進行密封，無需用結構膠。

后置埋件安裝。后置埋件安裝必須達到設計規范的相關標準要求，滿足與主體連接牢固、平整的質量目標。在安裝前，要剔鑿主體結構不平整的地方，待用角磨機將剔鑿位置磨平后再進行后置埋件安裝。

某工程在混凝土梁柱結構位置對埋件進行安裝，因而采用沖擊鉆孔的方法。在鉆孔過程中，嚴格按照建筑結構件寬度與厚度要求的規定，遵守邊距和間距規范，以此可對施工中出現的材料破碎剝落和裂縫問題進行有效預防。

其次，錨固深度應在鉆孔深度之下，為了確保錨固達到設計強度，鉆孔完畢后應將孔中粉屑、雜質進行清除。

再次，對埋板加工尺寸、孔距、防腐等加工質量進行檢查，符合質量要求后采用專用手電鉆在已經打好的孔內送入藥劑與螺栓，對螺桿進行高速攪拌，并對其進行調整安裝，待螺桿鎖緊洞口外露少量混合物后即可停止?；瘜W螺栓施工完成應等待其內是否會產生化學反應，在凝固完成后才能進行下道工序的施工。

3.5 玻璃幕墻結構設計與優化

嚴格把關控制幕墻玻璃材料質量，若能購置與安裝低輻射玻璃，則在炎炎夏日其能反射陽光內的紅外線，減少建筑內開空調耗用的電費；冬天能將室內的熱量重新反射至室內，降低熱量流失量。

斷熱型材主要是將低導熱性的隔離物插進內外兩種高導熱性金屬框料之間，借此方式形成了有效的斷熱層，對熱量通過門窗框或窗扇型材散失過程能形成一定阻礙作用。斷熱型材有構造合理、結合穩固、強度高、剛性優良、熱阻值大、隔聲節能、抗風及氣密性好等諸多優勢，故而可以將其列為建筑玻璃幕墻施工的首選材料。

構件預埋，為確保目前和主體結構能穩定連接，預埋件施工階段，應依照工程設計的數目、方位及方法進行預埋操作。明確要求預埋件及零部件的材料品種、尺寸、性能等符合設計要求，確保埋設穩定可靠、方位精確。

若施工階段采用的是錨板與對稱配置的直錨筋構成的受力預埋件時，當剪力、法向壓力與彎矩共同作用時，可以結合依照剪力設計值、法向拉力、彎矩設計值、鋼筋直徑等去測算出錨筋的總截面面積。

4 結束語

總之，隨著建筑業的不斷發展，幕墻設計也在不斷地發展，幕墻的形式和材質都發生了很大的變化，對于幕墻結構來說，需要結合設計考慮功能性和安全性。科學測量施工荷載、采光等因素，在保證經濟性的基礎上進行優化，以提高建筑業的施工質量，促進建筑業的快速發展。