建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

楊仟廈

【摘 要】本文主要針對(duì)幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性、建筑幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容、建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施分析以及幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，僅供參考。

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

一、幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性

幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑物設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部門，幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分重要，建筑幕墻的設(shè)計(jì)原則主要有以下幾點(diǎn)，從中我們可以看出建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要性。

1、國(guó)家技術(shù)經(jīng)濟(jì)政策方面

我國(guó)的幕墻設(shè)計(jì)比國(guó)外起步晚，但是無論是國(guó)外的幕墻設(shè)計(jì)還是國(guó)內(nèi)的幕墻設(shè)計(jì)，都要把幕墻的安全性擺在第一位。常見的幕墻技術(shù)規(guī)范有玻璃幕墻工程技術(shù)規(guī)范、建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范、金屬與石材幕墻工程技術(shù)規(guī)范、建筑玻璃應(yīng)用技術(shù)規(guī)范等，他們均需要符合安全、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)原則

2、建筑幕墻從設(shè)計(jì)到施工的任何環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)和建筑標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)重要前提就是保證幕墻的結(jié)構(gòu)安全。

3、在國(guó)家對(duì)建筑施工圖所進(jìn)行的二次審查中，結(jié)構(gòu)安全和公共利益都是審查的重點(diǎn)工作。

4、在對(duì)建筑幕墻實(shí)施驗(yàn)收時(shí)，要把工程的安全因素作為驗(yàn)收工作的重點(diǎn)考察內(nèi)容，另外也不可以忽視建筑幕墻的質(zhì)量。

5、“工程質(zhì)量無小事”，建筑物作為人們的居住、辦公、娛樂的場(chǎng)所，一旦發(fā)生事故，所造成的損失都會(huì)非常的巨大，我們要以這些故事為教訓(xùn)，嚴(yán)把工程的質(zhì)量關(guān)。幕墻設(shè)計(jì)作為工程的重要組成部分，也需要牢記事故教訓(xùn)，加強(qiáng)自身的質(zhì)量控制。

6、《建設(shè)工程質(zhì)量管理?xiàng)l例》對(duì)建筑物的質(zhì)量負(fù)責(zé)有著明確的規(guī)定即建筑物落成后，建筑單位要對(duì)建筑的質(zhì)量終身負(fù)責(zé)。以上就是建筑幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需要注意的幾點(diǎn)原則。

二、建筑幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容

幕墻結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代建筑的一種新型結(jié)構(gòu)型式，由于它兼具了美觀和實(shí)用等功能，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中以簡(jiǎn)潔、輕便為主要表現(xiàn)形式，所以在設(shè)計(jì)中必須要注意其結(jié)構(gòu)的安全性和功能特性。在建筑幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要注意以下幾點(diǎn)問題：

1、幕墻結(jié)構(gòu)是建筑物外觀結(jié)構(gòu)的一部分，它必須在滿足美觀和實(shí)用功能的同時(shí)，根據(jù)幕墻結(jié)構(gòu)的功能需求，對(duì)其構(gòu)件的設(shè)計(jì)充分考慮使用要求和足夠的強(qiáng)度、剛度，即在外力作用下的變形性的穩(wěn)定范圍。當(dāng)然有時(shí)某些結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要根據(jù)需求偏向于某一方面的設(shè)計(jì)要求，但必須是在安全的前提下進(jìn)行。

2、設(shè)計(jì)過程中，要考慮幕墻所可能承受的各種載荷，根據(jù)建筑物所處環(huán)境與建筑物結(jié)構(gòu)形狀分析可能的風(fēng)載荷、雪載荷、重力載荷，還要根據(jù)當(dāng)期氣候條件分析溫度變化或自然災(zāi)害可能帶來的載荷影響，以及這些載荷變化帶來的幕墻結(jié)構(gòu)外形的變化，充分設(shè)計(jì)幕墻結(jié)構(gòu)的承載能力，保證結(jié)構(gòu)的安全性。

3、幕墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中還需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的功能條件和載荷設(shè)計(jì)能力，合理取值，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。避免在設(shè)計(jì)中片面強(qiáng)調(diào)經(jīng)濟(jì)性而忽略了安全性能，也要避免過度浪費(fèi)。

三、在建筑物的幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，在遵循以上設(shè)計(jì)原則基礎(chǔ)上進(jìn)行幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，全面考慮設(shè)計(jì)需求，確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：

1、幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的優(yōu)選。需要根據(jù)幕墻面板的布置及其分格，確定幕墻主體結(jié)構(gòu)的支撐（樓層及梁柱、屋面結(jié)構(gòu)等）、邊界條件、結(jié)構(gòu)形式要求等，設(shè)計(jì)幕墻結(jié)構(gòu)的最佳結(jié)構(gòu)形式，如索結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、單桿結(jié)構(gòu)、玻璃結(jié)構(gòu)、桁架結(jié)構(gòu)、或組合結(jié)構(gòu)等。

2、結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計(jì)選擇方案。材料選擇時(shí)要考慮結(jié)構(gòu)的受力要求、施工條件等因素，同時(shí)考慮施工成本的經(jīng)濟(jì)性，以此制定材料類型、型號(hào)、數(shù)量等，并編制施工條件和要求。

3、幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算。設(shè)計(jì)中的計(jì)算是對(duì)結(jié)構(gòu)承載安全系數(shù)、結(jié)構(gòu)外觀尺寸等，根據(jù)構(gòu)造要求來進(jìn)行的，包括節(jié)點(diǎn)極限狀態(tài)的驗(yàn)算、溫度應(yīng)力計(jì)算、結(jié)構(gòu)尺寸校核等。

四、建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施分析

建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)非常繁瑣的設(shè)計(jì)工作，它往往涉及很多復(fù)雜的應(yīng)力計(jì)算和安全設(shè)計(jì)，在保證安全、美觀、經(jīng)濟(jì)的前提下，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，是建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要工作。建筑幕墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，根據(jù)施工條件和建筑要求，可以進(jìn)行以下設(shè)計(jì)優(yōu)化措施：

1、安全性優(yōu)化

幕墻結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計(jì)除了要滿足結(jié)構(gòu)承載負(fù)荷的要求之外，整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的安全性也是與之相關(guān)的，幕墻結(jié)構(gòu)的安全性優(yōu)化除了需要滿足結(jié)構(gòu)的可靠性之外，還要充分考慮采光頂?shù)南涝O(shè)計(jì)。較大型的玻璃采光頂，必須使用耐火極限不低于0.25h的三級(jí)耐火級(jí)的吊頂，同時(shí)滿足結(jié)構(gòu)防火的要求，其他如防雷、防高空墜物、防冰雹等設(shè)計(jì)要求，在抗震設(shè)計(jì)中，玻璃幕墻的鑲嵌深度要保證可靠固定。重點(diǎn)做好各構(gòu)件連接點(diǎn)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，幕墻結(jié)構(gòu)消防安全通道的影響布置也很重要。

2、載荷優(yōu)化

建筑幕墻的設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)的載荷設(shè)計(jì)需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的形式和材料選擇來計(jì)算最為安全的載荷極限，比如對(duì)封閉式的建筑物，幕墻載荷按表面風(fēng)壓的正負(fù)情況取-0.2或0.2。局部體型系數(shù)是指適應(yīng)于圍護(hù)構(gòu)件的從屬面積Alm2時(shí)候；而當(dāng)從屬面積A10m時(shí)，此時(shí)的局部風(fēng)壓體型系數(shù)（10）即可以折減0.8的系數(shù)；在10m2A1m2時(shí)，體型系數(shù)（A）可按面積的對(duì)數(shù)線性插值來評(píng)估風(fēng)載荷標(biāo)準(zhǔn)值的大小。同時(shí)，選擇新型輕便材料作為幕墻結(jié)構(gòu)的主體材料時(shí)，需要根據(jù)局部單位面板所受風(fēng)載荷的承載力，適當(dāng)?shù)丶虞d筋肋，而且加筋肋要和折邊聯(lián)接。

3、采光、保溫等功能優(yōu)化

建筑幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅僅是對(duì)建筑物的美觀設(shè)計(jì)，同時(shí)，幕墻結(jié)構(gòu)帶來的采光和保溫等實(shí)用功能才是幕墻結(jié)構(gòu)得以快速發(fā)展的主要功能，而保溫隔熱和采光有時(shí)其功能會(huì)發(fā)生沖突，如玻璃幕墻的采光效果好，但保溫隔熱差，因此，選擇不同傳熱系數(shù)的玻璃，采用隔熱斷橋鋁型材作為框架結(jié)構(gòu)，同時(shí)優(yōu)化密封方式，采用雙層幕墻，相對(duì)于單層傳統(tǒng)幕墻，在采暖時(shí)可以節(jié)省能源約40%}-50%，制冷時(shí)可以節(jié)約能源約40%-600/bo

4、結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性需要根據(jù)幕墻結(jié)構(gòu)的面板布置以及主體結(jié)構(gòu)的支撐等條件，考慮結(jié)構(gòu)型式的經(jīng)濟(jì)合理性，在對(duì)載荷與結(jié)構(gòu)尺寸要求的計(jì)算上，合理的選擇最佳方案，避免設(shè)計(jì)尺寸過大或性能條件取值過高而造成材料浪費(fèi)。在結(jié)構(gòu)型式上盡量采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)支梁或雙支點(diǎn)梁結(jié)構(gòu)，合理利用材料的力學(xué)性能，提高結(jié)構(gòu)的可靠性，實(shí)現(xiàn)成本控制。

5、玻璃幕墻未來的發(fā)展

由于玻璃幕墻的建筑形式越來越多，所以，需要?jiǎng)?chuàng)新相關(guān)設(shè)計(jì)，通過巧妙的構(gòu)思降低樣式結(jié)構(gòu)的雷同率和復(fù)制率。另外，還需要充分展示玻璃本身的藝術(shù)造詣、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和創(chuàng)意風(fēng)格?，F(xiàn)如今，建筑業(yè)朝著高速度、高節(jié)奏的方向發(fā)展，施工時(shí)間往往比較短，對(duì)施工的要求也越來越高。所以，需要對(duì)全部構(gòu)件進(jìn)行精加工，確保使用的材料符合質(zhì)量要求和設(shè)計(jì)定位，要將玻璃幕墻的設(shè)計(jì)、加工、現(xiàn)場(chǎng)施工等各個(gè)環(huán)節(jié)緊密結(jié)合在一起。而每個(gè)環(huán)節(jié)都需要專業(yè)的技術(shù)人才作支撐，因此，需要培養(yǎng)大量的專業(yè)人員，提高玻璃幕墻的整體競(jìng)爭(zhēng)力。

五、幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1、在進(jìn)行幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，要謙虛征求來自設(shè)計(jì)院的意見，加強(qiáng)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員的交流。盡量在設(shè)計(jì)前期就做好對(duì)整個(gè)工程的預(yù)測(cè)與把控，防止設(shè)計(jì)不當(dāng)造成后期的工程返工。

2、雖然幕墻結(jié)構(gòu)本身，對(duì)于美觀性有一定的要求，但是不能為了追求設(shè)計(jì)的美觀，忽視對(duì)建筑安全的考慮。因此，對(duì)于幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定來進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)型式定位，確保把安全作為幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的大前提。

3、幕墻由于是建筑物的外圍結(jié)構(gòu)，所以不用承受主體建筑的負(fù)荷，但是這并不意味著，幕墻的設(shè)計(jì)就無需考慮主體建筑的需求。主體建筑發(fā)生形變，同樣會(huì)影響到幕墻的結(jié)構(gòu)安全。因此，幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要將主體建筑的形變考慮在內(nèi)。

結(jié)束語：

隨著城市化建設(shè)水平的提高，城市建筑建設(shè)中對(duì)于外觀要求也逐漸增加，加強(qiáng)建筑物的幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于提高建筑物的美觀程度有十分重要的作用。但是由于建筑物幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在建筑物中的應(yīng)用時(shí)間比較短，一些相關(guān)的設(shè)計(jì)并不十分完善。在今后的幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要充分考慮幕墻結(jié)構(gòu)的材料選擇，型式選擇，遵守相應(yīng)的設(shè)計(jì)原則。建筑物幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還需要充分考慮其負(fù)荷能力，減少外力的影響，保障其能夠完善建筑物結(jié)構(gòu)，提高建筑物的建設(shè)水平。

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