建筑幕墙结构设计与优化探讨王兰

建筑幕墙结构设计与优化探讨王兰

王兰

中建鼎元建设工程有限公司湖北武汉430000

摘要：在实际施工中，很多幕墙设计方案因受到设计、施工因素的影响，暴露了诸多不足。如安全性、稳定性等方面，影响了整个建筑结构的安全与质量，整体上达不到幕墙设计策略最初的设想效果。为此，在接下来的文章中，将围绕建筑幕墙结构设计与优化方面展开详细探讨，希望促使建筑幕墙实现最优设计的同时，也能为相关人士提供重要的参考价值。

关键词：建筑幕墙；结构设计；优化

引言：建筑幕墙是建筑物中不承重的外围墙，建筑幕墙是现代建筑中不可缺少的部分。在现代建筑中建筑幕墙直接影响着建筑物的整体形象，建筑幕墙的质量也直接关系着建筑物的整体质量，在建筑设计中加强建筑幕墙的结构设计是保证建筑幕墙质量的关键，同时也是提升建筑幕墙整体性能的重要措施。

一、幕墙结构设计的重要性以及设计理念简析

（一）幕墙结构设计的重要性

我国的幕墙设计比国外起步晚，但是无论是国外的幕墙设计还是国内的幕墙设计，都要把幕墙的安全性摆在第一位。常见的幕墙技术规范有玻璃幕墙工程技术规范、建筑结构荷载规范、金属与石材幕墙工程技术规范、建筑玻璃应用技术规范等，他们均需要符合安全、经济的设计原则。建筑幕墙从设计到施工的任何环节，其设计和建筑标准的一个重要前提就是保证幕墙的结构安全。在国家对建筑施工图所进行的二次审查中，结构安全和公共利益都是审查的重点工作。在对建筑幕墙实施验收时，要把工程的安全因素作为验收工作的重点考察内容，另外也不可以忽视建筑幕墙的质量。“工程质量无小事”，建筑物作为人们的居住、办公、娱乐的场所，一旦发生事故，所造成的损失都会非常的巨大，我们要以这些故事为教训，严把工程的质量关。幕墙设计作为工程的重要组成部分，也需要牢记事故教训，加强自身的质量控制。《建设工程质量管理条例》对建筑物的质量负责有着明确的规定即建筑物落成后，建筑单位要对建筑的质量终身负责。

（二）幕墙的设计理念

以概率理论为基础进行设计的方法在我国是认可的，并且逐渐代替了经验为基础的设计方法，由于幕墙形成后会受到其它作用力的挤压，所以内部受力情况十分复杂，幕墙的设计标准是在正常外力作用下对幕墙本身不产生损坏，所以幕墙在设计是会考虑其弹性性能。幕墙材料主要有玻璃、石材、金属面板、彩钢板、结构硅酮胶等，这些材料都有自己的性能上的特点。所以在设计时应根据实际的自然环境来选择幕墙材料的使用。在金属幕墙中的铝板幕墙一直是人们常用的材料，因为其重量轻、防水、防腐蚀、防污染等特点。在施工和加工过程中也方便加工，还有方便运输和安装的特点。概念设计指不用经过计算，尤其是一些难以精确计算其精准数值或规范中难以规定的问题，根据幕墙整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、在经验中获得的设计思想和原则，从不同的角度和方法对幕墙结构的整体布置和细节方面的设计有了宏观的控制。所以幕墙的结构设计要概念清晰、定性正确，避免后期设计的繁琐。一个好的幕墙设计必须选择一个经济合理的结构方案，还要选择一个结构符合相应条件的设计方案，结构体系的受力情况应明确，传力简捷。同一个结构单元不宜混用不同结构体系，力求平面和竖向规则。结构计算是在计算简图的基础上进行的，选择恰当的计算简图是很重要的，计算简图应该有结构措施来保证，计算简图的误差应在设计允许范围。

二、建筑结构幕墙的分类及特点

（一）单元式幕墙

单元式幕墙，以工厂统一生产组装、高标准技术、耗时短等综合优势，成为幕墙领域最具普及价值和发展潜力的幕墙形式。单元式幕墙主要特点：第一，从生产到组装全程工业化，组装精度高，有效控制了施工周期，经济效益和社会效益明显；第二，单元之间采用结构密封，适应主体结构位移能力强，适用于超高层建筑和钢结构高层建筑；第三，不需要在现场填注密封胶，不受天气对打胶的影响；第四，具有优良的气密性、水密性、风压变形及平面变形能力，可达到较高的环保节能要求。

（二）点支式幕墙

点支式幕墙主要特点：首先，支承结构形式多样，可满足不同建筑师及工程业主对建筑结构与外立面效果的需求；其次，结构稳固美观，构件精巧实用，可实现金属结构与玻璃的通透性能融为一体，建筑内外空间和谐统一；最后，玻璃与驳接爪件采用球铰连接，具有较强的吸收变形能力。

三、建筑幕墙主流设计思路

（一）功能性与安全性折衷设计

建筑幕墙大多数时候并不承担建筑承重任务，而像是一面悬挂的幕布披在建筑外围，因而得名。建筑幕墙在设计时最主要的注重点，还是从整体上增加建筑物的光彩及外型上的美观，为此，很多建筑幕墙在设计时极尽结构之复杂，选料之奢侈，却往往忽略了幕墙作为建筑结构的一部分，其关系到整座建筑的整体安全性。因此，在幕墙结构选材和设计时，要充分考虑到其在基础使用要求之下，幕墙的基本承重力，抗压力，耐牵扯力等[1]。

（二）在各种自然环境或突发状况下的稳定性

由于幕墙是整座建筑的外衣，一旦有外力作用在建筑体，最先承受压力的就是这层幕墙。只考虑外观效果的幕墙无法在不同环境或突发状况下，保证其结构的稳定性和安全性。设计师在设计幕墙时，需要充分考虑到一旦遭遇风、雨、雷、电等各种自然气象，幕墙的风载荷、雪载荷、电载荷等隐患，要计算出幕墙对于这些自然载荷或外力载荷的承力程度。

（三）功能性、安全性与经济性统一考虑

建筑物幕墙最主要的功能是美化建筑外观，其次是墙体承重，是现代建筑学在高新技术影响下自然衍生出来的产物。我们在设计建筑幕墙时，不能光想着怎样让外面看上去更光鲜亮丽，酷炫逼人，也要考虑到整个构造的耗料价值，整体安全性能，只有从这三方面折衷考虑，且都能基本达标的设计方案，才能称之为上乘之选。

四、建筑幕墙设计优化思路

（一）结构经济化

考虑幕墙结构的经济合理性，是整个工程项目预算的组成部分，影响到整个工程的开展进度与效率。合理的幕墙设计方案，既能满足基本的美观与安全性需求，同时在选材类别和量的方面，也能做到经济适用，不会造成铺张浪费，或大材小用[2]。

（二）结构安全优化

幕墙结构的安全设计主要包括载荷压力计算和幕墙结构安全性两大块，在保证了第一点达标之后，我们还需对结构的整体安全做一道防护工序。现实环境下，高层建筑不断受到各种恶劣天气的冲击，幕墙结构经常会面临着雨雪雷电的“腐蚀”，受到火灾的考验。因此，结构的防火、防雪、防雷、防震等性能，都是在设计方案中不得忽略的细节。

（三）载荷性能优化

设计师可以根据结构的选材和形式，来计算出幕墙结构的整体载荷极限。如果幕墙载荷极限过低，则很容易在周遭环境的变动下，发生安全隐患。设计师在考虑清楚这一点后，需要对整座建筑附近的地理、气候环境等因素作出评估，最后再根据计算出来的幕墙载荷极限，来选择耗材，设计墙体外观。

结论

实践证明，建筑物的幕墙结构对提升建筑物的美观及实用功能具备十分重要的意义，对于其结构的设计，因从安全性、功能性，经济性三方面折衷考虑，只有满足了以上三个条件，才能是合格、标准的幕墙设计方案，所设计出来的幕墙才能在安全、稳定的同时，又具备美观、大气的外形，这也是现代幕墙发展的主要方向[3]。

参考文献：

[1]龚文晔.关于建筑幕墙设计的问题与建议[J].河南建材，2012，（11）.

[2]郭金花.关于我国建筑幕墙设计行业的深化发展[J].科技创新导报，2012，（24）.

[3]张杰.议我国建筑幕墙设计发展趋势[J].经济技术协作信息，2012，（9）.