建筑幕墙结构设计与优化措施探讨

张恒　徐健

摘 要：建筑幕墙是由面板、支承结构体系组成的装饰性轻质墙体，属于建筑物的外墙围护结构，相对建筑主体结构有一定位移能力，但不分担主体结构所受作用，设计时，应秉承着安全适用、技术先进、经济合理兼顾的原则，并尽量提升其安全性，合理设计幕墙分格，优化其结构。

关键词：建筑幕墙;结构设计;优化措施;探讨

在城市化建设过程中，一幢幢高楼大厦拔地而起，成为了现代化都市的一种象征，而建筑幕墙，几乎成为了当前高层建筑的标配。建筑幕墙是指由玻璃、石板、陶瓷板、金属板等面板及玻璃肋、钢结构、钢绞线、铝横梁立柱等支承结构组成的装饰性轻质墙体，属于建筑物的外墙围护结构，相对建筑主体有一定位移能力，但不分担主体结构所受作用 [1]。建筑幕墙结构设计关系到其性能及安全性，优化设计方案，能够更好地发挥幕墙在建筑中的作用。

1.建筑幕墙结构设计的原则及内容分析

1.1设计原则

在开展建筑幕墙结构设计时，应秉承着安全适用、技术先进、经济合理兼顾的原则，延续建筑设计的主题和风格。首先，在外观设计中，应该融合周边环境，作出合理设计，确保建筑在外观上与外界环境相协调;其次，应秉承大震不倒、中震可修、小震不坏的原则，在受力设计中需考虑幕墙自重、风荷载、地震荷载、温度作用、主体结构位移等因素，采光顶上人或积雪的斜玻璃幕墙多应考虑恒荷载和雪荷载的组合。计量结构设计时，应根据可同时出现的荷载按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载组合，荷载和作用产生效应，应按结构设计条件和要求进行组合，以最不利的组合作为设计依据。因此应适当提升幕墙立柱、横梁及相关连接件的强度，同时应该让幕墙具备相对主体结构有一定的位移能力，以提升其荷载能力，避免发生破裂、变形的情况。

1.2设计内容

进行建筑幕墙结构设计时，首先应该综合考虑幕墙功能要求、艺术装饰效果，设计造型，选定其结构形式及面板材质。当前，常见的幕墙形式有明框式、全隐式、半隐式，可供选作幕墙面板的材质有玻璃、石材、金属板及光电幕墙等。设计单位应该根据建筑内外在美观性上的需求，合理选择幕墙形式，如若要视野开阔，可设计点支结构，基于主体结构的可支撑点，计算立柱受力设计相关模型;如若想延长幕墙使用年限，减轻自重，一般会选择铝合金框架幕墙，选用铝合金立柱;如若跨度较大，为确保其刚度与强度，应选择钢立柱或钢铝结合立柱[2]。

确定设计方案后，再对建筑幕墙结构受力展开分析，明确荷载方向，精确计算压力大小，对一般受力模型用解析法计算、对复杂受力模型可選用有限元建模分析，根据不同地区不同位置的幕墙来确定各类参数。合理设计，将幕墙的弹性状态、风压变形、平面变形控制在合理范围内，确保幕墙在使用阶段的安全性。不同结构形式的建筑幕墙，其受力形式存在差异，因此应该细化受力分析过程，根据所选材料特性合理分析、计算。

幕墙由于良好的艺术装饰效果，在建筑建设中得到广泛应用，在社会需求刺激下，新型幕墙材料不断被研发出现，其性能更为优越。除了传统的玻璃幕墙、石板幕墙、陶瓷板幕墙、金属板幕墙之外，还可选择微晶玻璃、GRC板及千思板等材料，确保设计方案达到最佳效果。

2.建筑幕墙结构设计的优化措施分析

2.1安全性的优化

从目前来看，我国建筑幕墙存在较多安全隐患，因此，在设计过程中，首要的优化因素就在于其安全性。为降低幕墙脱落事故发生率，应优化建筑幕墙结构设计方案，确保幕墙结构各连接点的稳固性和可靠性，确保其强度、刚度和稳定性达标。玻璃幕墙由于采光效果、装饰效果好，应用广泛，但是这些材料受温度影响大，容易爆裂，故而设计时，应优化幕墙节点设计，在玻璃边缘及镶嵌槽底板间预留一定间隙，以防玻璃受温度变化应力挤压而爆裂，如若条件允许，可以选择夹胶玻璃或贴膜玻璃，这样即使玻璃爆裂，短时间仍会整体固定于框架上，不会立刻脱落，可供维修更换，其安全性得到保障。除此之外，开启窗的安全性设计也是建筑幕墙结构安全设计的重点内容，如若存在设计缺陷，很容易出现窗户脱落现象。开启窗结构复杂，存在框与龙骨连接处螺钉设计间距过大、开启扇底部未设计铝合金或不锈钢托条等设计缺陷，应格外注意。开启窗设计有着严谨的要求，以挂钩式框扇连接的设计为例，开启扇上横龙骨的刚度应该单独计算，因为它需同时承受上玻璃板块自重及开启扇自重，其刚度要求远高于其他位置的横龙骨，确定刚度要求后，可通过加大横龙骨截面尺寸、增加横龙骨壁厚、加装钢衬等措施来达到既定刚度[3]。

2.2荷载设计优化

为减轻建筑幕墙自重，通常会选用轻质材料，这些材料相较而言强度更低，需要优化荷载设计。在设计过程中，根据幕墙结构和材料选择，精确计算荷载极限。如玻璃幕墙，为确保其转接件荷载设计强度，会采取增加局部筋肋和折边工艺的方式来提升其强度。如硅酮结构胶的计算，需要重点计算主要受理部分，即横梁和立柱的承载力，再计算出粘结宽度、厚度从而确定其截面积，以达到安全适用、技术先进、经济合理的目的。

3.结语

在建筑幕墙施工中，受到设计方案不完善、产品质量不达标、缺乏既定行业标准等因素的影响，施工质量得不到保障，再加上相关单位缺乏对幕墙的有效维护和管理，埋下安全隐患，在使用过程中很容易出现安全事故。随着科学技术的进步，建筑幕墙材料种类增加，加工工艺逐步完善，为建筑幕墙结构设计提供了更多的可能性，相关单位应以健全幕墙功能和提升幕墙结构安全为前提，优化建筑幕墙结构设计，推动建筑幕墙行业长效发展。

参考文献

[1]邓治良，陈恩莉，董彪.从设计角度谈装配式幕墙的施工安装——体系优化  高效作业[J].四川建筑，2019，39（05）：50-52.

[2]赵全斌，王嘉川，李国华，王成.基于BIM技术的建筑幕墙裂纹损伤强度智能评价系统设计[J].现代电子技术，2019，42（08）：175-178.

[3]朱向前，龚静华，李信桥，刘铁燕，房明，李利华.单层索网幕墙结构在高层建筑中的设计与施工[J].建筑结构，2016，46（19）：57-61.