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

張騰飛

摘要：建筑幕墻屬于一種外圍結(jié)構(gòu)，由面板和支撐結(jié)構(gòu)組成，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代建筑中。作為外觀裝潢的新方案，幕墻以其美觀和多樣性受到了很多設(shè)計(jì)者的追捧。最近兩年來(lái)我國(guó)的建筑幕墻板塊脫落事故層出不窮，給人民的生命和財(cái)產(chǎn)帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅。為了更加安全的使用建筑幕墻，對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化勢(shì)在必行，本文在對(duì)建筑幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化措施進(jìn)行闡述時(shí)，重點(diǎn)對(duì)玻璃幕墻的優(yōu)化施工做出了分析，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

1 建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

在設(shè)計(jì)幕墻時(shí)，既要充分考慮它的功能性、美觀性以及整體結(jié)構(gòu)，也要考慮整個(gè)工程要表達(dá)的風(fēng)格和理念。外觀設(shè)計(jì)原則。外觀的設(shè)計(jì)要與周圍的環(huán)境相融合，在確保安全和功能健全的前提下，提高其外在的美感。受力設(shè)計(jì)原則。作為建筑物外圍結(jié)構(gòu)的幕墻，沒(méi)有承受整個(gè)建筑物的負(fù)載，所以設(shè)計(jì)幕墻時(shí)需要考慮幕墻自身的重量和風(fēng)的負(fù)載。同時(shí)也要考慮到幕墻的熱脹冷縮、整體建筑的變形和移位、地質(zhì)變化及地震對(duì)幕墻產(chǎn)生的影響。幕墻所在的柱子、梁和用到的連接件，也要有足夠的強(qiáng)度，幕墻與主體結(jié)構(gòu)的結(jié)合要有位移能力，這些條件都滿足的情況下，才能保證幕墻不變形、不破裂。安全是幕墻設(shè)計(jì)的前提。

2 建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.1 方案的選定

幕墻的結(jié)構(gòu)和面板材料，要根據(jù)建筑整體的設(shè)計(jì)效果、功能要求和設(shè)計(jì)的造型來(lái)選定。設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式有半隱式、全隱式、干法隱框幕墻、明框樣式等;普遍的幕墻板有玻璃、石材和金屬，還有最近新推出的光電幕墻板，根據(jù)室內(nèi)或者室外的外觀要求，來(lái)確定設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)形式。在眾多的幕墻材料中，選擇鋁合金的比較多，因?yàn)榭梢詼p輕自重和增加耐用性。在一些跨度比較大的項(xiàng)目中，會(huì)選擇鋼立柱，因?yàn)橐紤]到硬度的需要;一般的項(xiàng)目選擇鋁合金立柱比較多;如果設(shè)計(jì)視野比較寬闊的項(xiàng)目，還可以用支點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[1]。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)的受力分析

幕墻的結(jié)構(gòu)受力，因素有風(fēng)荷載、溫度漲力、自身重力等，如果在下雪的地區(qū)，還要考慮到雪的壓力。測(cè)試中一定要測(cè)試其極限值，確保設(shè)計(jì)的安全性。也可以通過(guò)控制幕墻材料的彈性、平面變形和風(fēng)壓變形來(lái)調(diào)節(jié)其結(jié)構(gòu)的受力，以確保結(jié)構(gòu)的安全性[2]。

2.3 材料的選擇

通常用到的材料有石材、陶瓷類、玻璃類、金屬類、雙層中空玻璃、膠合板玻璃等，根據(jù)要達(dá)到的美觀度和效果，選擇最適合的幕墻材料。如泉州市城東區(qū)海峽體育館旁的中駿財(cái)富廣場(chǎng)SHOPPINGMALL項(xiàng)目，外墻由玻璃、鋁塑板、鋁單板、石材幕墻組成，因?yàn)樵O(shè)計(jì)需要，選取了多種幕墻材料。

3 建筑幕墻設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

3.1 設(shè)計(jì)理念陳舊

多年來(lái)，幕墻的設(shè)計(jì)理念沒(méi)有得到發(fā)展，很多企業(yè)都是用到的時(shí)候才開(kāi)始選購(gòu)和設(shè)計(jì)，因?yàn)椴粔蛑匾?，所以影響了工程的工期?/p>

3.2 建筑施工與幕墻施工之間存在矛盾

工程的建設(shè)過(guò)程中，工程的整體施工與幕墻的施工存在一定的矛盾，各施工方不能很好地協(xié)調(diào)，導(dǎo)致幕墻的施工質(zhì)量無(wú)法滿足技術(shù)規(guī)范要求。

3.3 設(shè)計(jì)人員專業(yè)能力不足

幕墻設(shè)計(jì)人員的專業(yè)水平太差，不能根據(jù)工程的整體結(jié)構(gòu)選擇最合適的幕墻設(shè)計(jì)方案，影響了施工的質(zhì)量和整體的美觀。

4 完善建筑幕墻設(shè)計(jì)的策略

4.1 安全優(yōu)化

進(jìn)行幕墻設(shè)計(jì)工作的時(shí)候，應(yīng)該著重關(guān)注垂直幕墻側(cè)重點(diǎn)為，它的剛度以及結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)性，出現(xiàn)很多的幕墻脫落情況，主要是垂直幕墻方面。必須要對(duì)要對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)最重要部分進(jìn)行關(guān)注，保障它們的安全性及平穩(wěn)性，特別是要注意玻璃幕墻，因?yàn)槠錁O易被溫度的高低影響，從而發(fā)生爆裂的狀況。所以對(duì)于玻璃幕墻節(jié)點(diǎn)的設(shè)置，必須設(shè)置好相應(yīng)的緩和空隙，特別是玻璃邊緣和鑲嵌槽底板間的配合，避免由于擠壓造成玻璃毀壞。如果條件許可，最好使用雙層玻璃，或者是對(duì)玻璃進(jìn)行貼膜處理。即使出現(xiàn)玻璃損壞，會(huì)作為整體被穩(wěn)固在一定范圍內(nèi)，并不會(huì)急烈脫落造成危險(xiǎn)，從而在安全層次方面獲得極大的提升。至于玻璃采光頂而言，在實(shí)現(xiàn)保障采光的時(shí)候，還應(yīng)該要充分設(shè)置它的防雷情況、耐火程度以及硬化度，避免高空墜物帶來(lái)?yè)p壞的情況。另外，必須也要對(duì)消防進(jìn)行關(guān)注，避免由于火災(zāi)帶來(lái)的碎裂。還有，在開(kāi)啟窗設(shè)置時(shí)，必須充分考慮其安全性，這是由于多地都發(fā)生了因?yàn)樵O(shè)置問(wèn)題及維護(hù)短板所造成的窗戶脫落情況，而此類的事故概率只是低于玻璃爆裂。由于開(kāi)啟窗結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)人員往往由于理解不透徹，或者不重視，而造成設(shè)計(jì)上的缺陷。目前，開(kāi)啟窗設(shè)計(jì)上的缺陷主要有：頂框與橫龍骨、扣板的連接傳力不可靠，在開(kāi)啟扇的下面沒(méi)有設(shè)計(jì)鋁合金或不銹鋼托條，框與龍骨連接處的螺釘設(shè)計(jì)距離過(guò)長(zhǎng)，與標(biāo)準(zhǔn)要求不相符合。選用摩擦式鉸鏈時(shí)，要根據(jù)開(kāi)啟窗的重量和開(kāi)啟角度結(jié)合開(kāi)啟部位的風(fēng)壓，來(lái)計(jì)算和合理選擇鉸鏈。在鉸鏈連接處，要合理增加鋁合金型材的厚度，必要時(shí)內(nèi)部增加鋼襯提高局部強(qiáng)度，并采用相應(yīng)規(guī)格的不銹鋼拉鉚釘固定。采用掛鉤式框扇連接時(shí)，由于開(kāi)啟扇上的橫龍骨除了承受上玻璃板塊的自重，還要承受開(kāi)啟扇自重，因此所需要的剛度要遠(yuǎn)大于其它位置處橫龍骨。要單獨(dú)對(duì)其剛度進(jìn)行計(jì)算，可以采用增加截面尺寸、增加厚度或，加裝鋼襯等措施以提升橫龍骨剛度[3]。

4.2 荷載設(shè)計(jì)和優(yōu)化

幕墻設(shè)計(jì)時(shí)，要根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)模式和選材來(lái)計(jì)算幕墻的負(fù)載極限，如封閉結(jié)構(gòu)的幕墻，要按照風(fēng)壓的正負(fù)條件取-0.2/0.2，部分體型系數(shù)是指保護(hù)件的從屬范圍A≤1m2;如果范圍超過(guò)10m2，局域風(fēng)壓的系數(shù)就能減到0.8;當(dāng)1m2≤A≤10m2，體型系數(shù)能根據(jù)A的對(duì)數(shù)線性差值判斷風(fēng)的負(fù)載高低。選取新的幕墻材料，在保證輕的前提下，還要保持與周圍環(huán)境、當(dāng)?shù)仫L(fēng)俗和傳統(tǒng)建筑的統(tǒng)一性。

因?yàn)楝F(xiàn)在的幕墻經(jīng)常會(huì)選擇使用相對(duì)輕質(zhì)的材料以實(shí)現(xiàn)重量的減輕，有些材料的強(qiáng)度會(huì)隨著厚度的減少而降低，所以需要考慮額外的加筋和翻邊技術(shù)。在玻璃幕墻施工中，應(yīng)掌握有機(jī)硅結(jié)構(gòu)膠的質(zhì)量，計(jì)算膠層的寬度和厚度。在框架幕墻結(jié)構(gòu)體系里，因?yàn)榱?、柱是主要承重?gòu)件，所以有必要對(duì)它的承載力開(kāi)展計(jì)算，確定合理的截面面積和厚度，考慮安全性和經(jīng)濟(jì)性，選用合適的材料。

4.3 環(huán)保節(jié)能方面的優(yōu)化

實(shí)現(xiàn)確保幕墻的安全性以及功能性后，應(yīng)考慮幕墻的長(zhǎng)期使用情況。借助使用新技術(shù)從而實(shí)現(xiàn)大大降低建筑物能耗的目的。例如，近年來(lái)流行的雙層幕墻結(jié)構(gòu)，通過(guò)利用氣壓差和煙囪效應(yīng)，在控制進(jìn)、出風(fēng)口時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)雙層幕墻之間的空氣自然循環(huán)。借助自然通風(fēng)，在不增加能源消耗的情況下，可以有效改善幕墻的熱絕緣性能，提高人們工作和生活環(huán)境的舒適性。它還可以利用光伏幕墻為建筑物提供清潔能源。即使在最初的階段投資上會(huì)相對(duì)較大，可是它的長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)利益以及環(huán)境層面上的效益是非常大的[4]。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)對(duì)相關(guān)技術(shù)的更新和使用新材料以及施工工藝的使用，能夠?qū)δ粔π袠I(yè)的安全性能起到極大的促進(jìn)作用，促使幕墻的使用周期大大提升。而且在進(jìn)行幕墻后期維護(hù)工作時(shí)，相關(guān)的維護(hù)方必須要有高度的責(zé)任心，對(duì)幕墻進(jìn)行維修養(yǎng)護(hù)。在交付業(yè)主時(shí)，必須按照規(guī)定，提供詳細(xì)的幕墻維護(hù)說(shuō)明書，和交底技術(shù)資料，便于業(yè)主的日常維護(hù)和管理，延長(zhǎng)幕墻的使用壽命，最后事項(xiàng)我國(guó)幕墻建筑行業(yè)的積極發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]姜銳.建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化探討[J].環(huán)球市場(chǎng)， 2017（32）.

[2]董利生.建筑幕墻施工的質(zhì)量問(wèn)題及控制措施[J].綠色環(huán)保建材，2019（7）：187.

[3]趙萬(wàn)輝.關(guān)于建筑幕墻的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].建材與裝飾，2018（26）.

[4]高利紅.論述建筑幕墻的節(jié)能設(shè)計(jì)[J].建材與裝飾，2018（28）.