建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

徐蛟

沈陽(yáng)遠(yuǎn)大鋁業(yè)工程有限公司 遼寧沈陽(yáng) 110027

1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化概述

設(shè)計(jì)師對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化是一項(xiàng)專業(yè)性較強(qiáng)的工作。在明確建筑設(shè)計(jì)目的、使用功能的基礎(chǔ)上，用恰當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，建筑設(shè)計(jì)先制定多種對(duì)比方案，綜合考慮外立面的設(shè)計(jì)，再結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中安全實(shí)用和可行性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)方案，對(duì)項(xiàng)目的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行綜合的考慮。因?yàn)榻ㄖこ躺婕暗拿姹容^廣，因此對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)涉及豐富的內(nèi)容，主要包括建筑方案優(yōu)化和結(jié)構(gòu)、成本方案優(yōu)化。如果再進(jìn)一步細(xì)分，建筑方案優(yōu)化包括總圖規(guī)劃方案、戶型方案、建筑風(fēng)格等方面的優(yōu)化等等；結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)包括：基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)選型方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計(jì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)等等。設(shè)計(jì)師通過(guò)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以合理分配固定資源和有限空間，最大化使用建筑設(shè)備和建筑材料，保證建成的房屋具有美觀，安全和舒適等特點(diǎn)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化主要是合理分配資源，并且對(duì)資源進(jìn)一步加強(qiáng)固定。在造價(jià)方面，經(jīng)過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)的房屋更加節(jié)省[1]。

2 建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施

2.1 結(jié)構(gòu)安全優(yōu)化

在幕墻的設(shè)計(jì)中，必須特別注意垂直幕墻的剛度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。幕墻掉落事故多發(fā)生在垂直幕墻上。保證各種結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，特別是玻璃幕墻的連接的穩(wěn)定性和可靠性是必要的。它受溫度的影響很大，容易爆裂。因此，在設(shè)計(jì)玻璃幕墻節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)注意保留玻璃邊緣與鑲嵌地板之間的空隙，以免玻璃因擠壓應(yīng)力而損壞。

在條件允許的情況下，盡量選用疊層玻璃，也可以使用薄膜玻璃。這樣，當(dāng)玻璃破碎時(shí)，也會(huì)固定在整體的框架上，在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)脫落。會(huì)有一定的維護(hù)和更換時(shí)間，可以大大提高安全性。

對(duì)于玻璃照明屋頂，在保證照明的同時(shí)，需要考慮其防雷、防火和剛度，防止高空墜落物體的破壞，并在防火設(shè)計(jì)中防止火災(zāi)時(shí)的爆裂和倒塌。

此外，開(kāi)放式窗戶的安全設(shè)計(jì)也不容忽視。各地都出現(xiàn)了因設(shè)計(jì)缺陷和維護(hù)管理不善而造成的窗戶脫落現(xiàn)象。事故發(fā)生率僅次于玻璃爆裂。由于開(kāi)窗結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)人員往往因理解不佳或缺乏關(guān)注而有設(shè)計(jì)缺陷。目前開(kāi)窗設(shè)計(jì)中的主要缺陷有：頂框與橫向龍骨的連接力，扣板不可靠，開(kāi)扇底部沒(méi)有鋁合金或不銹鋼托架，而且車架與龍骨之間的螺釘設(shè)計(jì)距離過(guò)大，不符合規(guī)范要求。在選擇摩擦鉸鏈時(shí)，必須根據(jù)開(kāi)啟窗的重量和開(kāi)啟角度，結(jié)合開(kāi)啟現(xiàn)場(chǎng)的風(fēng)壓，對(duì)鉸鏈進(jìn)行計(jì)算和合理選擇。在鉸鏈連接處，應(yīng)合理增加鋁合金型材的厚度，增加內(nèi)部鋼襯，以增加局部強(qiáng)度。

2.2 承載力的優(yōu)化

由于現(xiàn)代的幕墻通常使用輕量材料以減少自重，有些材料會(huì)隨著厚度的減少而有自身的強(qiáng)度降低，因此需要考慮額外的局部肋和折疊過(guò)程。在玻璃幕墻的施工中，需要掌握硅膠結(jié)構(gòu)膠的質(zhì)量，并計(jì)算出相應(yīng)的粘結(jié)寬度和厚度。在框架幕墻施工系統(tǒng)中，由于梁、柱是受力的主要部件，應(yīng)計(jì)算梁的承載能力，以確定適當(dāng)?shù)慕孛婷娣e和厚度，在選材時(shí)應(yīng)考慮安全性和經(jīng)濟(jì)性。

2.3 環(huán)保節(jié)能方面的優(yōu)化

在保證幕墻的安全性和功能性的基礎(chǔ)上，也有必要考慮其長(zhǎng)期使用的好處。通過(guò)采用新技術(shù)，可以大大降低建筑物的能耗。例如，近年來(lái)流行的雙層幕墻結(jié)構(gòu)可以利用氣壓的差異和煙囪效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)雙層幕墻之間空氣的自然循環(huán)。通過(guò)自然通風(fēng)可以有效改善幕墻的隔熱性能，在不增加能耗的情況下提高人們工作生活環(huán)境的舒適性。

2.4 采光保溫等功能性優(yōu)化

建筑幕墻不僅需要有裝飾美觀的作用，還要具有安全性。其實(shí)不僅如此，它還發(fā)揮著采光保溫的功效，同樣也是建筑幕墻的主打功能之一。但是保溫和隔熱兩種功能在使用同一類型的幕墻時(shí)可能會(huì)發(fā)生沖突，比如在使用玻璃幕墻的時(shí)候，可以保證其采光性，但是保溫隔熱的效果就會(huì)變差。這時(shí)候要選擇不同傳熱系數(shù)的玻璃，對(duì)密封方式進(jìn)行優(yōu)化，必要時(shí)可以采用雙層幕墻，不僅可以加強(qiáng)幕墻的功能性，還更加節(jié)能環(huán)保。

2.5 建筑材料優(yōu)化

隨著社會(huì)技術(shù)的發(fā)展，在市場(chǎng)上有很多新型的節(jié)能環(huán)保材料可供選擇。對(duì)設(shè)計(jì)師而言，需要對(duì)新型的材料有敏銳的觸覺(jué)，能夠在設(shè)計(jì)時(shí)考慮采用合適的新型環(huán)保材料，以達(dá)到減少能耗、減少造價(jià)的優(yōu)化要求。如帶保溫、防火性能的外墻仿石材裝飾系統(tǒng)、鋼筋網(wǎng)片等的新型材料，都能對(duì)項(xiàng)目的優(yōu)化設(shè)計(jì)、降低工程造價(jià)、加快工程施工進(jìn)展帶來(lái)明顯的優(yōu)化效果。

2.6 優(yōu)化預(yù)埋件設(shè)計(jì)

在加固幕墻支護(hù)構(gòu)造時(shí)，主要使用的受力部件為預(yù)埋件，所以，必須重視其質(zhì)量。預(yù)埋件是由錨筋、錨板構(gòu)成的。較為常見(jiàn)的預(yù)埋件是平板式、槽型兩類。其中，錨板要求采用的鋼材型號(hào)是Q235B，而且必須在表面加以鍍鋅，鍍鋅膜厚度必須超過(guò)40μm，并且具有一定的抗腐、散熱效果。在生產(chǎn)預(yù)埋件時(shí)，幾乎無(wú)規(guī)定的錨筋、錨板處理方式，一般將之焊接為T形或是塞焊，不過(guò)必須確保其質(zhì)量合格，盡量采用坡口塞焊手段處理。

2.7 平面設(shè)計(jì)方案優(yōu)化

建筑的平面設(shè)計(jì)方案不同，建筑的合理使用性以及建筑成本的需求量也會(huì)不同。因此在多個(gè)建筑平面設(shè)計(jì)方案中選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)方案非常重要，要確定建筑的平面布局、柱網(wǎng)間距到樓層數(shù)、層高、建筑物的高度和房屋的基本類型等，同時(shí)房屋開(kāi)間大小和進(jìn)深對(duì)會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生影響。如果建筑房屋的性能相同，一般設(shè)計(jì)方案和最優(yōu)設(shè)計(jì)方案的成本不同。因此在優(yōu)化設(shè)計(jì)方案時(shí)要根據(jù)具體情況選擇側(cè)重點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上可知，隨著對(duì)建筑幕墻的結(jié)構(gòu)研究不斷深入，目前已經(jīng)出現(xiàn)了單元式幕墻、全玻璃幕墻等各類不同材質(zhì)、不同樣式的幕墻。在對(duì)幕墻進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要對(duì)功能性與安全性折中設(shè)計(jì)并且將各種性質(zhì)綜合考慮，主要可以對(duì)其安全性、載荷、采光保溫功能和結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行優(yōu)化，來(lái)滿足建筑行業(yè)日益發(fā)展的需求。