建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化措施探討①

陳加雁

摘 要 近年來建筑幕墻憑借其多樣性和美觀性已經(jīng)受到眾多設(shè)計(jì)者的追捧，在現(xiàn)代建筑中得到廣泛應(yīng)用。建筑幕墻作為整個(gè)建筑體的保護(hù)外殼，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞直接影響整個(gè)建筑的優(yōu)劣。為了能夠更加安全地使用建筑幕墻，就需要對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化和改善。本文主要從建筑幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容以及目前設(shè)計(jì)中存在的主要問題進(jìn)行論述，并提出幾點(diǎn)合理的措施，以供行業(yè)參考。

關(guān)鍵詞 建筑幕墻;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);優(yōu)化措施

建筑幕墻具有色彩絢麗、外觀時(shí)尚的特點(diǎn)，并且憑借其良好的景觀和采光效果，在我國得到廣泛的應(yīng)用。在近30年的時(shí)間里，我國建筑幕墻現(xiàn)有使用面積已高達(dá)2億多平方米。但是由于幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工工藝、材料質(zhì)量等各方面的不完善，且缺乏嚴(yán)格的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及使用單位缺乏日常檢查和維護(hù)，導(dǎo)致近年來發(fā)生多起幕墻板塊脫落等安全事故。因此加強(qiáng)對(duì)建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，以減少幕墻使用過程中的安全隱患是一件迫在眉睫的要事。

1建筑幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容

1.1 選定設(shè)計(jì)方案

設(shè)計(jì)方案主要包括幕墻結(jié)構(gòu)形式和面板材料的選擇這兩方面內(nèi)容。首先需要根據(jù)建筑的功能要求、設(shè)計(jì)效果以及幕墻面板的布置來確定幕墻主體結(jié)構(gòu)的支撐、結(jié)構(gòu)形式和邊界條件。結(jié)構(gòu)形式主要有半隱式、全隱式、明框樣式、干法隱框樣式幕墻等，在幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)還需要綜合考慮結(jié)構(gòu)的載荷設(shè)計(jì)能力和功能條件，以優(yōu)化結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，幕墻材料也越加多樣化、輕質(zhì)化和功能化，常見的幕墻板有玻璃、石材和金屬，以及新興的光電幕墻板。在進(jìn)行材料選擇時(shí)需要考慮幕墻結(jié)構(gòu)的受力要求、施工條件以及施工成本等因素，以此來確定材料的類型、型號(hào)和數(shù)量。其中由于鋁合金材料自重輕、耐用性強(qiáng)，在設(shè)計(jì)中使用最為普遍[1]?？傊粔Y(jié)構(gòu)形式和面板材料的選擇既需要依托整體建筑的設(shè)計(jì)方案，又要充分考慮設(shè)計(jì)想要達(dá)到的效果，以實(shí)現(xiàn)功能性和美觀性的結(jié)合。

1.2 對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析

在對(duì)建筑幕墻進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析時(shí)，需要精確計(jì)算其承載的壓力大小和方向。

幕墻結(jié)構(gòu)受力的影響因素有自身重力、風(fēng)荷載以及溫度張力等，對(duì)于北方地區(qū)還應(yīng)該考慮雪載荷，并且通過測(cè)試其極限值來確保設(shè)計(jì)的安全性。因此在幕墻結(jié)構(gòu)的受力分析過程中除了考慮一些常規(guī)影響因素，還應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件進(jìn)行溫度變化分析以及自然災(zāi)害可能帶來的載荷影響，并且對(duì)這些載荷變化導(dǎo)致的幕墻結(jié)構(gòu)外形變化進(jìn)行事先預(yù)估評(píng)判。在設(shè)計(jì)過程中通常可以通過控制幕墻材料的彈性、平面變形以及風(fēng)壓變形等來調(diào)節(jié)其結(jié)構(gòu)的受力，以確保幕墻結(jié)構(gòu)的安全性。

2建筑幕墻設(shè)計(jì)中存在的主要問題

2.1 缺乏突發(fā)情況穩(wěn)定性設(shè)計(jì)

建筑幕墻作為整個(gè)建筑的保護(hù)外殼，在遭遇突發(fā)狀況時(shí)，將會(huì)最先受到外力的侵襲。隨著行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善以及人們安全意識(shí)的不斷提高，近年來幕墻設(shè)計(jì)中的安全問題已經(jīng)引起人們的廣泛關(guān)注，但是通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)在幕墻設(shè)計(jì)過程中仍然普遍缺乏考慮自然災(zāi)害等突發(fā)狀況對(duì)幕墻造成的外力沖擊影響。一旦發(fā)生突發(fā)性情況，比如風(fēng)雨雷電等自然現(xiàn)象，幕墻受到外力侵襲，導(dǎo)致載荷過大發(fā)生安全事故。因此在設(shè)計(jì)過程中，要盡可能準(zhǔn)確的估算突發(fā)情況的極限載荷，并考慮到幕墻的結(jié)構(gòu)中去，以保證其穩(wěn)定性。

2.2 缺乏功能性和經(jīng)濟(jì)性的綜合考慮

隨著現(xiàn)代建筑形式和結(jié)構(gòu)的多樣化，對(duì)幕墻整體結(jié)構(gòu)在力學(xué)性能、安全性能和其他功能需求的設(shè)計(jì)中提出了更高的要求。建筑幕墻不僅需要具有美化建筑的作用，還需要具有采光保溫的功效以及高度的安全性保證。但是在實(shí)際幕墻設(shè)計(jì)中，由于各種設(shè)計(jì)因素以及施工因素的影響，導(dǎo)致很多幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中在采光、安全性、節(jié)能性等方面存在著諸多不足。比如在使用玻璃幕墻的時(shí)候，在保證其采光性的同時(shí)往往無法兼顧其保溫隔熱的效果。

3建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的優(yōu)化措施

3.1 安全穩(wěn)定性優(yōu)化

通過對(duì)多起建筑幕墻安全事故的調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)幕墻脫落事故，均發(fā)生在垂直幕墻上，因此在進(jìn)行幕墻設(shè)計(jì)時(shí)要特別注意垂直幕墻的剛度和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，要確保各結(jié)構(gòu)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的連接穩(wěn)定可靠。尤其在使用玻璃幕墻時(shí)，由于玻璃材料易受溫度影響，發(fā)生爆裂現(xiàn)象。因此在進(jìn)行玻璃幕墻節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，要注意邊界問題，需要預(yù)留玻璃邊緣和鑲嵌槽底板間的配合間隙，避免玻璃遭受擠壓應(yīng)力而破裂[2]。

此外幕墻結(jié)構(gòu)的另一個(gè)重點(diǎn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是遭遇突發(fā)事件時(shí)的安全穩(wěn)定性保證。

比如對(duì)于采光頂?shù)南涝O(shè)計(jì)，較大型的玻璃采光頂需要使用耐火極限高于0.25h的三級(jí)耐火級(jí)吊頂。在滿足幕墻結(jié)構(gòu)的防火要求時(shí)，需要同時(shí)滿足其他（如防高空墜物、防雷、防冰雹等）設(shè)計(jì)要求。在抗震設(shè)計(jì)中，要保證玻璃幕墻的鑲嵌深度可靠固定，合理布置幕墻結(jié)構(gòu)消防安全通道，重點(diǎn)做好各構(gòu)件連接點(diǎn)的設(shè)計(jì)優(yōu)化。

3.2 功能性和經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化

在對(duì)建筑幕墻的設(shè)計(jì)過程中要綜合考慮幕墻功能性和經(jīng)濟(jì)性的平衡，要在滿足設(shè)計(jì)以及其他所需功能的基礎(chǔ)上，盡量減少經(jīng)濟(jì)成本。

在現(xiàn)代幕墻的設(shè)計(jì)中為了減輕幕墻的自重，通常采用比較輕質(zhì)的材料。對(duì)于大部分材料，其自身強(qiáng)度會(huì)隨厚度的減少而降低，因此在設(shè)計(jì)過程中需要額外增加局部的筋肋和折邊工藝。在進(jìn)行荷載和結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算時(shí)，需要尋找最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，避免因?yàn)樵O(shè)計(jì)不合理造成資源和成本的消耗。對(duì)于玻璃幕墻，需要加強(qiáng)對(duì)硅酮結(jié)構(gòu)膠質(zhì)量的監(jiān)控，并精確計(jì)算其粘結(jié)寬度和厚度;在框格幕墻設(shè)計(jì)中，需要對(duì)橫梁和立柱的承載力進(jìn)行計(jì)算，以確定合適的截面積和厚度[3]。在結(jié)構(gòu)形式上通過采用更為實(shí)用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，在保證結(jié)構(gòu)可靠性的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)功能性和經(jīng)濟(jì)性的平衡。

4結(jié)束語

建筑物的幕墻結(jié)構(gòu)不僅能夠提高建筑物的美觀性，而且具有十分重要的實(shí)用功能。本文針對(duì)目前幕墻設(shè)計(jì)中的某些不足，從安全性、功能性和結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)性三個(gè)方面提出幾點(diǎn)優(yōu)化措施，為實(shí)現(xiàn)建筑幕墻低成本、節(jié)約能源、安全可靠的設(shè)計(jì)目標(biāo)和推動(dòng)我國幕墻建筑行業(yè)的健康發(fā)展貢獻(xiàn)微薄力量。

參考文獻(xiàn)

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[3] 陳雯.建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].門窗，2014，（7）：62-63.