建筑幕墙结构设计与优化

时间：2024-04-25

徐蛟

沈阳远大铝业工程有限公司辽宁沈阳 110027

1 建筑结构设计优化概述

设计师对建筑结构的优化是一项专业性较强的工作。在明确建筑设计目的、使用功能的基础上，用恰当的方法进行优化设计，建筑设计先制定多种对比方案，综合考虑外立面的设计，再结合结构设计中安全实用和可行性较强的设计方案，对项目的优化设计进行综合的考虑。因为建筑工程涉及的面比较广，因此对建筑结构的优化设计涉及丰富的内容，主要包括建筑方案优化和结构、成本方案优化。如果再进一步细分，建筑方案优化包括总图规划方案、户型方案、建筑风格等方面的优化等等；结构的优化设计包括：基础结构方案的优化设计、结构选型方案的优化设计和结构细部设计的优化设计等等。设计师通过建筑结构设计可以合理分配固定资源和有限空间，最大化使用建筑设备和建筑材料，保证建成的房屋具有美观，安全和舒适等特点。建筑结构设计优化主要是合理分配资源，并且对资源进一步加强固定。在造价方面，经过优化设计的房屋更加节省[1]。

2 建筑幕墙结构设计的优化措施

2.1 结构安全优化

在幕墙的设计中，必须特别注意垂直幕墙的刚度和结构稳定性。幕墙掉落事故多发生在垂直幕墙上。保证各种结构的关键节点，特别是玻璃幕墙的连接的稳定性和可靠性是必要的。它受温度的影响很大，容易爆裂。因此，在设计玻璃幕墙节点时，应注意保留玻璃边缘与镶嵌地板之间的空隙，以免玻璃因挤压应力而损坏。

在条件允许的情况下，尽量选用叠层玻璃，也可以使用薄膜玻璃。这样，当玻璃破碎时，也会固定在整体的框架上，在短时间内不会脱落。会有一定的维护和更换时间，可以大大提高安全性。

对于玻璃照明屋顶，在保证照明的同时，需要考虑其防雷、防火和刚度，防止高空坠落物体的破坏，并在防火设计中防止火灾时的爆裂和倒塌。

此外，开放式窗户的安全设计也不容忽视。各地都出现了因设计缺陷和维护管理不善而造成的窗户脱落现象。事故发生率仅次于玻璃爆裂。由于开窗结构复杂，设计人员往往因理解不佳或缺乏关注而有设计缺陷。目前开窗设计中的主要缺陷有：顶框与横向龙骨的连接力，扣板不可靠，开扇底部没有铝合金或不锈钢托架，而且车架与龙骨之间的螺钉设计距离过大，不符合规范要求。在选择摩擦铰链时，必须根据开启窗的重量和开启角度，结合开启现场的风压，对铰链进行计算和合理选择。在铰链连接处，应合理增加铝合金型材的厚度，增加内部钢衬，以增加局部强度。

2.2 承载力的优化

由于现代的幕墙通常使用轻量材料以减少自重，有些材料会随著厚度的减少而有自身的强度降低，因此需要考虑额外的局部肋和折叠过程。在玻璃幕墙的施工中，需要掌握硅胶结构胶的质量，并计算出相应的粘结宽度和厚度。在框架幕墙施工系统中，由于梁、柱是受力的主要部件，应计算梁的承载能力，以确定适当的截面面积和厚度，在选材时应考虑安全性和经济性。

2.3 环保节能方面的优化

在保证幕墙的安全性和功能性的基础上，也有必要考虑其长期使用的好处。通过采用新技术，可以大大降低建筑物的能耗。例如，近年来流行的双层幕墙结构可以利用气压的差异和烟囱效应，实现双层幕墙之间空气的自然循环。通过自然通风可以有效改善幕墙的隔热性能，在不增加能耗的情况下提高人们工作生活环境的舒适性。

2.4 采光保温等功能性优化

建筑幕墙不仅需要有装饰美观的作用，还要具有安全性。其实不仅如此，它还发挥着采光保温的功效，同样也是建筑幕墙的主打功能之一。但是保温和隔热两种功能在使用同一类型的幕墙时可能会发生冲突，比如在使用玻璃幕墙的时候，可以保证其采光性，但是保温隔热的效果就会变差。这时候要选择不同传热系数的玻璃，对密封方式进行优化，必要时可以采用双层幕墙，不仅可以加强幕墙的功能性，还更加节能环保。

2.5 建筑材料优化

随着社会技术的发展，在市场上有很多新型的节能环保材料可供选择。对设计师而言，需要对新型的材料有敏锐的触觉，能够在设计时考虑采用合适的新型环保材料，以达到减少能耗、减少造价的优化要求。如带保温、防火性能的外墙仿石材装饰系统、钢筋网片等的新型材料，都能对项目的优化设计、降低工程造价、加快工程施工进展带来明显的优化效果。

2.6 优化预埋件设计

在加固幕墙支护构造时，主要使用的受力部件为预埋件，所以，必须重视其质量。预埋件是由锚筋、锚板构成的。较为常见的预埋件是平板式、槽型两类。其中，锚板要求采用的钢材型号是Q235B，而且必须在表面加以镀锌，镀锌膜厚度必须超过40μm，并且具有一定的抗腐、散热效果。在生产预埋件时，几乎无规定的锚筋、锚板处理方式，一般将之焊接为T形或是塞焊，不过必须确保其质量合格，尽量采用坡口塞焊手段处理。

2.7 平面设计方案优化

建筑的平面设计方案不同，建筑的合理使用性以及建筑成本的需求量也会不同。因此在多个建筑平面设计方案中选择最优设计方案非常重要，要确定建筑的平面布局、柱网间距到楼层数、层高、建筑物的高度和房屋的基本类型等，同时房屋开间大小和进深对会对设计方案产生影响。如果建筑房屋的性能相同，一般设计方案和最优设计方案的成本不同。因此在优化设计方案时要根据具体情况选择侧重点。