建筑幕墻結構設計與優化探究

王 巖

（江蘇炯源裝飾幕墻工程有限公司，江蘇 南京 210000）

為了提升城市的美觀程度，確保建筑的不同特色，幕墻的應用和發展有著重要的作用。根據建筑幕墻在結構、材料以及支撐力等方面的不同，它有著相應的設計方式，作為一個完整的結構體系，建筑幕墻與建筑主體之間具有一定的獨立性，它本身并不承擔相應的荷載，是由面板以及支撐結構組合而成，具有一定的位移能力。在設計的過程中需要考慮到建筑幕墻的性能，使其具有一定的抗震性、保溫性以及氣密性，從而延長它的使用壽命，確保在使用中的穩定性，有關人員可以就此進行具體地研究，圍繞幕墻結構設計展開探討。

1 建筑幕墻結構設計的要點

1.1 構件式幕墻的結構設計

構件式幕墻是建筑幕墻的重要組成部分，它可以分為隱框、明框等不同的類型，需要在工廠中進行構件的設計和加工，將其運輸到現場后進行組裝。構件式幕墻在設計中需要考慮到整體性，將其與主體結構有效地結合到一起，注意工序之間的有效交接，從而確保構件式幕墻結構在應用中的穩定性。首先，工作人員需要對幕墻的構件尺寸進行設計，對涉及到的技術參數以及相關信息進行獲取，明確建筑工程的高度、橫截面積等不同的信息，根據相關的質量文件以及規范標準，對幕墻的結構形式進行選擇，包括明框式、半隱框等，從而確定構件的數量、規格型號等，對其進行合理的編號，在結構設計中還需要考慮到后續的可安裝性和可維護性，盡量確保幕墻的拆卸結構，按照施工操作進行合理地設置。另外，在構件式幕墻的結構設計中，需要將幕墻與主體通過浮動連接、主桿等方式結合到一起，做好各個階段的受力分析，明確在建筑安裝中所受到的作用力，是否滿足建筑幕墻結構的布置條件，對桿件、預埋件的位置進行劃分，在埋件的設計工作中需要確保錨筋、螺紋鋼等零部件嚴格按照規范標準的尺寸進行設計，并且根據實際需求對連接件進行選擇。

1.2 單元式幕墻的結構設計

單元式幕墻具有工業化的建筑特點，它是對框架以及面板等部件的體系設計，在高層建筑中有著廣泛的應用。單元式幕墻的結構設計具有一定的簡便性，而且可以將玻璃、鋁板等材料組裝到同一個單元件中，提高它的施工效率，在設計工作中需要從以下幾個方面進行規劃。首先，單元式幕墻主要分為不同的單元體系，有著一定的結構特點，在設計過程中需要考慮到它的主要形式，從截面、受力等方面進行考慮，盡可能地減少過程中的復雜程度，將性能與結構有效地結合到一起，確保幕墻在縫隙連接上的有效性。其次，在單元幕墻的結構設計工作中，有關人員需要從它的組合板塊、支座安裝以及防水等方面進行綜合設計，根據單元幕墻的安裝方式采取不同的方案設計，對現場的實際情況進行調研，做好實地勘測工作，提高數據和信息的有效性。另外，在單元式幕墻的設計工作中，有關人員還需要做好細節方面的規劃，從可操作的角度對不同的流程進行管理，例如將引腳設計安裝到橫梁上，通過額外的荷載傳遞到幕墻的垂直角度上，保證結構體系的整體性。

1.3 全玻璃幕墻的結構設計

全玻璃幕墻是由玻璃肋和玻璃面板組合而成的結構體系，它在應用中可以確保幕墻的美觀性和一體性，在一些辦公大樓中有著廣泛的應用，可以將其分成不同的格子，提高它的采光性，并且減少建筑幕墻豎向、橫向之間的縫隙，提高它的整體觀賞效果。首先，在全玻璃幕墻的結構設計中，工作人員需要對玻璃面板進行設計，明確它的玻璃類型，從建筑的抗震等級、環境等不同的因素上進行分析，對玻璃的表面結構、強度以及腐蝕性等性能進行設計，確保玻璃面板的有效應用，同時按照它的應力曲線等進行計算，對玻璃面板的制作流程進行設計，從它的力學、密封性以及材料特點等方面進行綜合考慮。另外，在全玻璃幕墻的設計工作中，有關人員還需要對它的支撐體系進行設計，包括材料、工作原理、密封情況等，可以采用鋼材、鋁合金等材料提高荷載強度，同時通過效應組合的方式進行計算，保證全玻璃幕墻結構體系在應用中的安全性和穩定性。

2 建筑幕墻結構設計中存在的問題

2.1 設計原則的問題

通過對當前建筑幕墻結構設計過程的觀察和分析來看，當前存在的主要問題就是設計原則存在一定的漏洞，沒有做好前期的準備以及策劃工作，沒有將幕墻結構與連接件、抗震等內容結合到一起，設計人員沒有遵循具體標準，使得幕墻的結構設計在懸掛以及安裝等工作中存在相應的漏洞。造成這種現象的主要原因是由于設計人員忽略了設計與現場、施工之間的有效協調，缺乏對于建筑工程資料和概況的審核工作，導致幕墻的結構設計具有一定的片面性，沒有真正的與地震、風力荷載以及溫差等外界因素結合到一起，不利于建筑幕墻結構在應用中的穩定性。

2.2 設計計算的問題

在建筑幕墻的結構設計中，它包含不同的數據和公式，需要根據幕墻的荷載以及組合方式對預應力、強度設計等結合到一起，但是就現階段來說，建筑幕墻在結構設計中需要經歷不同的階段和流程，而且設計過程具有一定的復雜性，涉及到的內容較多，常常出現計算方面的問題，包括連接強度計算、荷載計算等。造成計算問題的主要原因包括以下幾個方面。首先，工作人員對于建筑幕墻結構設計的理解意圖存在一定的偏差，沒有對過程中的數據和信息進行具體的分類，導致計算的數值并不準確，沒有實現對于相關作用力的有效整合。另一方面來說，設計人員也存在一定的問題，能力水平較低，對于大規模的計算工作存在不同的漏洞，不能確保計算數據的準確性，可能會存在漏項、重復計算等問題。同時，有關部門并沒有加強對于計算過程以及數據結果的審核工作，這就導致在實際的施工作業中可能會出現質量問題和安全事故。

2.3 設計方法的問題

在時代的發展下，建筑幕墻的結構設計更加復雜，需要將不同的理論知識結合到一起，并且明確互相之間的邏輯關系，根據建筑幕墻的標準規范以及等級需要采取設計管理。但是在幕墻的結構設計中，設計方案存在一定的滯后性，沒有將其與信息技術有效結合到一起，沒有推動設計過程的現代化發展，這對于幕墻結構設計的有效性有著一定的限制，有關人員需要做好這方面的分析工作，找到優化的合理方式。

3 建筑幕墻結構設計的優化思路

3.1 功能性優化

在建筑幕墻結構設計的優化過程中，有關人員需要強調功能性在其中的重要性，明確建筑幕墻的初衷，在設計優化中需要從基本性能入手，對設計中的工藝技術、材料以及連接件等進行全面地分析，對結構設計功能的影響因素進行了解和明確，從而采取針對性的優化措施，做好建筑幕墻結構的試驗工作，考慮到建筑等方面的限制，充分發揮建筑幕墻的結構功能。

3.2 安全性優化

安全是建筑幕墻結構設計的重要內容，它與后續的施工以及幕墻使用有著密切的關系，如果由于結構設計中的漏洞導致安全事故的發生，可能會造成較為嚴重的后果。在建筑幕墻結構設計安全性的優化過程中，有關人員需要明確它的作用力以及荷載強度，是否會隨著溫度、自然環境等進行相應的變化，在結構設計中將相關內容進行優化，從而實現對于風險問題的有效規避，保證建筑幕墻在使用中可以達到平衡的目的。

3.3 經濟性優化

在建筑幕墻結構設計的優化過程中，有關人員還應該將節能以及經濟等理念應用到其中，包括在材料選擇以及結構的選型上，應該盡量考慮到幕墻的造價成本，保證性能的同時，降低成本。避免實際設計時，造成大量不合理的設計形成資源浪費，結構設計盡可能按照簡潔的方式進行設計，保證幕墻安全可靠的同時，對成本進行有效地把控。

4 建筑幕墻結構設計優化的具體措施

4.1 結構材料的優化

材料是結構設計中的關鍵內容，材料的力學、強度等性能與建筑幕墻的使用壽命以及穩定性有著密切的關系，有關人員需要加強結構材料方面的優化工作，從支撐體系，幕墻面板兩方面進行規劃。首先，在支撐體系的材料中，主要以鋼材為主，工作人員需要在結構設計之前對鋼材的基本物理性能進行選擇，對它的密度、膨脹系數等技術參數的變化范疇進行設定，確保它在應用中的強度設計值、標準值以及極限值，而且鋼材在結構支撐體系的設計中還包括焊縫上的優化工作，對厚度、焊條型號等進行明確的規定，考慮到螺栓連接不同等級下所呈現的抗剪、抗拉等能力值，嚴格按照規范要求進行操作。另外，在幕墻面板材料的優化設計中，主要以玻璃為主，工作人員需要對鋼化玻璃、鍍膜玻璃以及夾層玻璃等類型進行全面地了解，根據它們的自重、張力以及性能等進行有效的選擇，同時對玻璃的力學性能進行檢測，由專業技術人員明確設計值強度范疇，從而確保在建筑幕墻結構設計中的合理應用。

4.2 結構計算設計的優化

計算是建筑幕墻結構設計的重要組成部分，需要將相關的數據和信息代入到相應的模型以及公式中，從而對設計方案中的技術參數進行設計，確保具體尺寸與施工過程結合到一起。首先，就建筑幕墻的面板計算來說，根據框式幕墻、全玻璃幕墻等類型的不同有著相應的計算方法，工作人員需要做好前期的準備工作，實現對于資料的收集，采取解析以及有限元的計算方法，簡化原有的復雜流程，考慮到荷載作用下面板的變形情況，需要從線形、非線性等不同的角度進行考慮，確保它的平衡性，從而對面板的應力等進行計算，將涉及到的系數應用到其中。另外，還需要對建筑幕墻的支撐體系進行計算，根據建筑工程的實際概況，對水平方面以及豎直方向的荷載進行計算，將作用效應分項系數應用到其中，對組合設計值進行計算，必要時可以建立相應的模型，確保計算過程中邏輯關系的有效性。

4.3 結構設計方法的優化

在傳統的建筑幕墻結構設計中，它的優化內容需要通過工作人員在遵循一定原則和規范的基礎上進行操作，需要經過不同流程以及計算過程，耗費大量的時間，而且設計結果并不精確，存在不同的漏洞和隱患，在時代的發展下，為了確保結構設計的有效性，有關人員需要加強在方法上的優化工作，將信息技術應用到其中，從不同的角度上提高設計效率和質量。首先，有關人員可以將BIM技術應用到結構設計中，BIM技術具有三維可視化的特點，還可以與計算機的不同功能軟件結合到一起，為設計工作提供相應的平臺，實現信息的交流和共享，根據建筑工程現場的實際情況對結構設計進行優化。另外，還可以將智能技術應用到其中，包括機器學習、神經網絡等，從而對數據和計算過程進行有效的控制，可以在短時間內完成不同數據的計算，確保精確性。

4.4 設計人員的優化

在建筑幕墻結構的設計優化中，有關部門需要強化設計人員的綜合素質和能力水平，明確他們的專業技能以及實踐經驗，在設計工作開始之前需要經過系統的培訓工作，強化設計人員的整體性，通過相關的考核測試后才可以進入到建筑幕墻的設計中，保證各項工作的有序性，及時就問題進行處理。

5 結語

綜上所述，在建筑幕墻的結構設計中，有著單元式幕墻、構件式幕墻以及全玻璃幕墻等不同的結構體系，有關人員需要就幕墻的設計要點進行具體地研究，并且就設計中存在的問題進行了解，包括計算等方面，從而找到結構設計優化的主要思路，從功能性、安全性以及經濟性入手，加強材料、設計方法以及計算等方面的優化工作，確保建筑幕墻可以有效地應用到其中，延長幕墻的使用壽命。