建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化探討

摘? ? 要：建筑幕墻是一種不承重的外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，通過對面板、橫梁、立柱等結(jié)構(gòu)的材料選擇，根據(jù)設(shè)計理念的不同及幕墻行業(yè)的不斷發(fā)展，如今建筑幕墻的種類可以分成很多種。本文從建筑幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化出發(fā)，分析設(shè)計中的難點(diǎn)，提出對幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化的有效措施。

關(guān)鍵詞：建筑幕墻;結(jié)構(gòu)設(shè)計;優(yōu)化

1? 引言

建筑幕墻的歷史從1851年倫敦的世博水晶宮的玻璃帷幕開始，而我國改革開放以后，建筑幕墻行業(yè)才逐漸發(fā)展，以1983長城飯店的玻璃幕墻為標(biāo)志，歷經(jīng)幾十年，大型建筑物對建筑幕墻越來越重視，而我國的建筑幕墻行業(yè)通過技術(shù)引進(jìn)、開發(fā)產(chǎn)品等手段在建筑幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化方面有了長足的進(jìn)展。

2? 建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中的難點(diǎn)

2.1? 沒有現(xiàn)代化的設(shè)計觀念

多年以來建筑幕墻的設(shè)計觀念落后，建筑幕墻的未來發(fā)展方向必然是裝配便捷、綠色環(huán)保、智能信息，保證這些的同時，追求外觀上的美麗、舒適。當(dāng)前的設(shè)計觀念很多還停留在保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)，在傳統(tǒng)的材料中選擇進(jìn)行建筑幕墻的施工，建筑幕墻設(shè)計一定要結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計、功能設(shè)計、美學(xué)設(shè)計等多方面因素，才能實(shí)現(xiàn)精品。

2.2? 施工單位主體不一致

主體施工方與幕墻施工方主體不一致，影響整個施工進(jìn)度，且在結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選擇方面出現(xiàn)種種問題。

2.3? 設(shè)計人員能力不足

設(shè)計人員的美學(xué)能力與設(shè)計能力不一定能夠都滿足幕墻的設(shè)計要求，最后不能設(shè)計出讓人滿意的方案，影響幕墻最后的質(zhì)量和美觀。

3? 建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計原則與內(nèi)容

3.1? 建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計原則

3.1.1? 外觀設(shè)計

在保證結(jié)構(gòu)和功能的前提下，盡量結(jié)合建筑的整體風(fēng)格和周圍環(huán)境設(shè)計出更具美感的外觀。

3.1.2? 受力設(shè)計

建筑幕墻作為外部結(jié)構(gòu)，在受力設(shè)計時只需要考慮建筑幕墻本身的受力情況及風(fēng)載荷、雪載荷等因素即可。幕墻本身的受力設(shè)計需要考慮到溫度變化、地理位置等因素的影響，對幕墻的橫梁、立柱、連接件等其他結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行受力方面的計算，保證各個部件都具有足夠的強(qiáng)度，另外還要保證幕墻與主體結(jié)構(gòu)之間要有相對位移的能力，充分保證建筑幕墻的安全[1]。

3.2? 建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容

3.2.1? 設(shè)計方案的選定

建筑幕墻的主要結(jié)構(gòu)有：半隱式、全隱式、明框式等結(jié)構(gòu);建筑幕墻的主要材料有：玻璃、石材、金屬板、以及光電等。在建筑幕墻的設(shè)計時應(yīng)該結(jié)合對建筑幕墻需要的功能和外觀的藝術(shù)效果來選擇結(jié)構(gòu)和材料，設(shè)計結(jié)構(gòu)時應(yīng)該按照室內(nèi)室外的實(shí)際情況，來選擇合適的幕墻結(jié)構(gòu)，而考慮到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及重量輕便的原因，現(xiàn)在大多采用鋁合金的框架幕墻。橫梁和立柱也一樣用鋁合金的較多，如果結(jié)構(gòu)復(fù)雜對材料的強(qiáng)度要求較高，可以適當(dāng)采用鋼質(zhì)的立柱，而立柱的受力分析則是通過主體結(jié)構(gòu)的支撐點(diǎn)進(jìn)行計算[1]。

3.2.2? 建筑結(jié)構(gòu)的受力分析

建筑幕墻結(jié)構(gòu)的受力分析需要根據(jù)選擇的材料和面板的受力情況和強(qiáng)度，對建筑機(jī)構(gòu)進(jìn)行受力分析，對承載壓力的大小和方向進(jìn)行計算，然后要根據(jù)地理位置的天氣環(huán)境因素考慮，如風(fēng)載荷、雪載荷、雨載荷等，按照最大值進(jìn)行計算選取適合的材料，使建筑幕墻的變形在可控范圍內(nèi)，保證建筑幕墻的安全性。

3.3.3? 材料的選擇

建筑幕墻的材料選擇需要根據(jù)其受力分析計算出的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇，在滿足條件的情況下追求重量更輕、功能更強(qiáng)、外觀更美的材料，市場主要的材料有：石材、雙層玻璃、膠合玻璃、微晶玻璃、金屬板、陶瓷等。

4? 建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中的優(yōu)化措施

4.1? 安全性優(yōu)化

在設(shè)計建筑幕墻的時候要注重垂直幕墻的安全性，因?yàn)榇怪蹦粔θ菀装l(fā)生安全脫落，在設(shè)計垂直幕墻時要注意其結(jié)構(gòu)的受力穩(wěn)定。垂直幕墻材料如果用的是玻璃，要注意溫度對玻璃幕墻的影響，因?yàn)椴Ａ粔κ軠囟鹊睦錈嶙兓菀壮霈F(xiàn)爆裂的情況，而且在設(shè)計玻璃幕墻的時候應(yīng)該在邊緣處留出與鑲嵌槽之間的縫隙，以免玻璃幕墻被擠壓而損壞。另外如果經(jīng)濟(jì)條件允許，可以用夾層玻璃或者是貼膜玻璃來作為幕墻的材料，這兩種玻璃材料的幕墻如果因被擠壓發(fā)生破碎性損壞時，不會立即成碎片式脫離，而是會成為一個整體狀的玻璃被固定在框架上，給安全提供了保障，并為維修提供便利，極大的提高了安全性。玻璃幕墻還應(yīng)該注意防雷性、防火性及自身強(qiáng)度，防止因?yàn)槔谆鹨蛩夭Ａ粔λ榱褟母呖諌嬄?，加?qiáng)玻璃幕墻的消防管理的設(shè)計，保證安全性[2]。

僅次于玻璃幕墻爆裂的安全隱患就是開啟窗的脫落，因維持不利或者是設(shè)計有問題等原因，窗戶出現(xiàn)脫落等問題，所以我們要加強(qiáng)窗戶方面的安全性設(shè)計。開啟窗主要設(shè)計問題在框和龍骨上，因各結(jié)構(gòu)的連接不當(dāng)，或者是連接縫隙大，總成窗戶受力結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，而且窗戶材料本身還要考慮到玻璃的重量等問題，因此要對窗戶的材料強(qiáng)度有足夠的保證，提高開啟窗方面的安全性。

4.2? 材料上的優(yōu)化

在玻璃幕墻的構(gòu)造體系中，橫梁和立柱是要主要保證的受力穩(wěn)定的部位，在選擇橫梁和立柱時，先對其承載力計劃，然后在保證材料強(qiáng)度穩(wěn)定的前提下，在經(jīng)濟(jì)允許范圍內(nèi)盡量選擇質(zhì)量更好的材料，對材料受力進(jìn)行計算，優(yōu)化材料選擇。

4.3? 環(huán)保節(jié)能方面的優(yōu)化

在環(huán)保節(jié)能方面可以選擇雙層幕墻的結(jié)構(gòu)，因?yàn)殡p層結(jié)構(gòu)幕墻的原理是煙囪效應(yīng)，在氣壓差下通過控制進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口來實(shí)現(xiàn)雙層幕墻之間的空氣自然流通，可以提高雙層幕墻的保溫性能和隔熱性能，降低了能源消耗，在節(jié)能環(huán)保方面有著極大的優(yōu)化，極大的提高了環(huán)境的舒適性[2]。

4.4? 技術(shù)方面的更新優(yōu)化

應(yīng)該積極尋找能用在建筑幕墻方面的技術(shù)，如果新技術(shù)能夠在結(jié)構(gòu)方面、材料方面、節(jié)能方面、安全方面等方向?qū)崿F(xiàn)優(yōu)化，可以在建筑幕墻上廣泛應(yīng)用新型技術(shù)，提高建筑幕墻的質(zhì)量和安全性，降低建筑幕墻的成本。

5? 結(jié)束語

綜上所述，根據(jù)建筑幕墻行業(yè)的現(xiàn)狀，通過對安全性的提高、對材料的選擇、對設(shè)計理念的更新以及對技術(shù)手段的引進(jìn)等措施，能夠良好的完成建筑幕墻結(jié)構(gòu)中的設(shè)計與優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王曙芬.建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化措施探討[J].河南建材，2019（6）：249～250.

[2] 周振華.淺談建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化措施[J].中國住宅設(shè)施，2018（12）：90～91.

作者簡介：

張浩（1985—）男，漢，湖北武漢，本科，工程師，研究方向：建筑管理工程。