建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化探究

郝曉祎 山東兗礦技師學(xué)院

1 前言

我國(guó)建筑行業(yè)發(fā)展至今，其建設(shè)技術(shù)和建設(shè)規(guī)模已經(jīng)領(lǐng)先其他發(fā)展中國(guó)家，趕超發(fā)達(dá)國(guó)家，為我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)貢獻(xiàn)力量。在現(xiàn)代生活中，建筑物的作用不單純地局限在為人們遮風(fēng)擋雨，其在滿足人們基本生存需求的基礎(chǔ)上，還為人們提供舒適的生活環(huán)境。

建筑工程施工實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化，能夠?yàn)槿藗儎?chuàng)造出優(yōu)質(zhì)的居住環(huán)境，這也是當(dāng)前建筑建設(shè)階段遵照的一項(xiàng)基本原則。建筑幕墻因自身外圍結(jié)構(gòu)擁有很大優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為當(dāng)下建筑施工領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2 建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

在幕墻設(shè)計(jì)中，不僅要充分考慮其功能性、美觀性和整體結(jié)構(gòu)，還要考慮整個(gè)工程的風(fēng)格和理念。在幕墻設(shè)計(jì)中，最重要的一個(gè)因素就是要考慮建筑的受力作用，以此來(lái)保障建筑的安全性，在保障美觀和建筑風(fēng)格的同時(shí)，也要考慮建筑的安全性能。

（1）外觀設(shè)計(jì)。外觀設(shè)計(jì)應(yīng)在保證工程結(jié)構(gòu)安全和良好功能的基礎(chǔ)上，與周圍環(huán)境相互結(jié)合，同時(shí)提高外部美感。在對(duì)外觀進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要充分考慮建筑與周圍環(huán)境的相互作用，只有這樣，外觀設(shè)計(jì)才可以發(fā)揮出更大的作用。

（2）受力設(shè)計(jì)。幕墻作為建筑的外圍結(jié)構(gòu)，不用承受整個(gè)建筑的荷載，因此，在設(shè)計(jì)幕墻的時(shí)候，必須要考慮幕墻本身的重量和風(fēng)荷載。與此同時(shí)，還應(yīng)考慮幕墻的熱膨脹和冷縮、整個(gè)建筑的變形和位移、地質(zhì)變化以及地震對(duì)幕墻的影響。幕墻所處的柱、梁、連接件也應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，幕墻與主體結(jié)構(gòu)的組合應(yīng)具有位移能力。只有滿足這些條件，幕墻才能合理范圍內(nèi)變形、不破碎。安全性是幕墻變形合適或不破壞。安全是幕墻設(shè)計(jì)的前提。

3 建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

3.1 石材幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

3.1.1 獨(dú)立性強(qiáng)

在拼裝幕墻使用時(shí)間，一般來(lái)說(shuō)會(huì)應(yīng)用到先天紋理與雕刻等方式，以此保證幕墻在美觀性方面具有較好的表現(xiàn)。在此當(dāng)中，將使用到較多的石材，為了使施工在有序性方面具有較好表現(xiàn)，則需要在石材背部做好編號(hào)處理，做好方向的標(biāo)注。在施工當(dāng)中，要做好對(duì)石材的編號(hào)處理，能夠根據(jù)石材編號(hào)情況進(jìn)行安裝施工。在此當(dāng)中，不同石材在安裝獨(dú)立性方面都具有好的表現(xiàn)，如果其中的某一塊材料在質(zhì)量方面存在問(wèn)題，則可以針對(duì)性更換該石材，且該項(xiàng)操作并不會(huì)影響到其余石材施工，以此使建筑具有較好的施工效率。

3.1.2 防雷連接技術(shù)

在現(xiàn)今建筑建設(shè)當(dāng)中，石材幕墻應(yīng)用較多，在整體工程當(dāng)中，防雷系統(tǒng)是其中的關(guān)鍵部分，如果建筑數(shù)量較多、整體較為密集，系統(tǒng)質(zhì)量則將會(huì)對(duì)建筑運(yùn)行安全、耐久產(chǎn)生影響。在實(shí)際防雷連接處理當(dāng)中，需要能夠充分結(jié)合實(shí)際添加防雷網(wǎng)結(jié)構(gòu)，保證其相互間具有一定的關(guān)聯(lián)性，同時(shí)要采取措施保護(hù)導(dǎo)線，以此使結(jié)構(gòu)在防雷水平方面具有好的表現(xiàn)。在保護(hù)導(dǎo)線工作當(dāng)中，經(jīng)常需要在結(jié)構(gòu)表面位置覆蓋內(nèi)膜，對(duì)內(nèi)墻防雷網(wǎng)進(jìn)行焊接處理。在節(jié)點(diǎn)位置，需要采取措施進(jìn)行防銹，有效延長(zhǎng)系統(tǒng)運(yùn)行壽命，以此使建筑整體在防雷方面能夠滿足要求。

3.1.3 石板材安裝

在石板材安裝工作進(jìn)行前，需要能夠細(xì)致梳理建筑外表面情況，確定石材板安裝槽石村，在確定完成安裝槽規(guī)格之后，再安裝石材板。一般情況下，石材板安裝槽長(zhǎng)度控制確定為10cm，寬度0.8cm，以此能夠較好地安插石材板丁字端。在完成安裝槽設(shè)置之后，則需要在上下兩端對(duì)安全槽進(jìn)行安裝。在完成設(shè)置后，則需要在其他位置安裝安全槽，具體要求，保證安裝位置同掛件之間具有一定的距離。其設(shè)定意義，即能夠合理的控制螺栓對(duì)中間鋼板的厚度，保證在鋼板厚度方面能夠滿足要求。

3.2 工業(yè)內(nèi)窺鏡建筑幕墻安全性鑒定

3.2.1 可視化檢測(cè)

將內(nèi)窺鏡插入檢測(cè)孔內(nèi)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)幕墻內(nèi)部龍骨、連接件的可視化檢測(cè)，通過(guò)調(diào)整蛇管插入長(zhǎng)度、對(duì)蛇管進(jìn)行適當(dāng)彎曲、合理選用正視和側(cè)視視角，即可對(duì)重點(diǎn)檢測(cè)部位進(jìn)行視頻采集或圖像采集。由于本次檢測(cè)所采用內(nèi)窺鏡鏡頭為定焦鏡頭，故圖像清晰程度需要靠人工調(diào)整鏡頭離待測(cè)點(diǎn)距離來(lái)保證，增加了操作難度，后續(xù)可對(duì)設(shè)備進(jìn)行改良，提高檢測(cè)效率。

3.2.2 檢測(cè)孔恢復(fù)

由于委托方提出了不影響整體美觀的要求，故本次檢測(cè)方案設(shè)計(jì)時(shí)，考慮了對(duì)微破損檢測(cè)點(diǎn)的修復(fù)。某工程檢測(cè)孔直徑為Φ14mm，與之相對(duì)應(yīng)地采購(gòu)了Φ12mm圓形塑料孔蓋對(duì)檢測(cè)孔進(jìn)行封堵，封堵時(shí)檢測(cè)孔邊沿涂抹硅酮結(jié)構(gòu)密封膠，封堵后孔蓋表面及周邊再次涂抹硅酮結(jié)構(gòu)密封膠，以保障檢測(cè)孔封堵后具有較好的防水性、密封性。此外，成品圓形塑料孔蓋有多種規(guī)格和顏色可供選擇，可直接購(gòu)買與外墻相似顏色或采購(gòu)白色再噴涂成墻體的顏色，達(dá)到修復(fù)后不影響整體美觀的要求。

3.3 單層索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

邊界條件，當(dāng)前的高層建筑設(shè)計(jì)表明，單層索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)是常用的，但是有必要在設(shè)計(jì)位置將兩個(gè)不同的主體結(jié)構(gòu)或單個(gè)主體以凹形連接起來(lái)，從而提高了建筑質(zhì)量。由于索網(wǎng)結(jié)構(gòu)在施工過(guò)程中需要應(yīng)用水平和垂直索網(wǎng)，可以有效抵抗預(yù)應(yīng)力，并繼續(xù)抵抗幕墻結(jié)構(gòu)的外力，邊界結(jié)構(gòu)不受大索力的影響。因此可以在主體結(jié)構(gòu)的建造過(guò)程中獲得更好的平衡。

在這種設(shè)計(jì)模式下，如果不可能有效地形成抵抗傾斜張力的自平衡系統(tǒng)，則設(shè)計(jì)人員必須通過(guò)邊界結(jié)構(gòu)不斷提高結(jié)構(gòu)剛度。例如，某高層建筑物的主立面使用了寬約40.5m，高約53m的索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)。

設(shè)計(jì)采用一體式索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，橫向索網(wǎng)的兩端固定在結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，主鋼筋混凝土柱可以獲得良好的固定效果。因此，有必要在計(jì)算過(guò)程中充分考慮鋼柱的弊端。難以有效地承受索網(wǎng)的結(jié)構(gòu)索網(wǎng)強(qiáng)度。這時(shí)，有必要在鐵柱的兩側(cè)增加地板桁架。

內(nèi)力及初始應(yīng)力，垂直索網(wǎng)不僅可以支撐整個(gè)幕墻的重量，而且還可以完美地確保側(cè)面索網(wǎng)的強(qiáng)度穩(wěn)定。如果在使用過(guò)程中交叉索網(wǎng)損壞，也可以防止整個(gè)幕墻掉落。在屋頂雙向索網(wǎng)幕墻的結(jié)構(gòu)中，長(zhǎng)寬比也必須得到很好的控制。換句話說(shuō)，兩者之間的差距不應(yīng)太大。水平索網(wǎng)和垂直索網(wǎng)都必須能夠同時(shí)承受垂直負(fù)載。當(dāng)長(zhǎng)寬比大于1.5時(shí)，短索網(wǎng)可以有效地承受垂直負(fù)載，而長(zhǎng)索網(wǎng)則只需穩(wěn)定下來(lái)。

高層建筑中的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)靈活。施加初始預(yù)張力后，整個(gè)結(jié)構(gòu)可以更好地承受正常載荷。如果在施工過(guò)程中僅施加一個(gè)預(yù)應(yīng)力，它將無(wú)法很好地承受水平力。外部載荷的逐漸增加給邊界結(jié)構(gòu)增加了負(fù)擔(dān)，這在設(shè)計(jì)過(guò)程中違反了經(jīng)濟(jì)合理性原則。在良好的預(yù)應(yīng)力下，常用的控制方法約為索網(wǎng)斷裂張力的15～30。同樣，在控制索網(wǎng)內(nèi)部力的過(guò)程中，直接方向是選擇索網(wǎng)直徑。

3.4 點(diǎn)支式玻璃幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

點(diǎn)支式玻璃幕墻施工工藝特點(diǎn)，與全玻璃幕墻相比，點(diǎn)支式玻璃幕墻克服了傳統(tǒng)全玻超過(guò)6m高度時(shí)無(wú)法選用鋼化玻璃的缺點(diǎn)。點(diǎn)支式玻璃幕墻可將玻璃分成較小板塊，使用強(qiáng)度高、較薄的鋼化玻璃，確保使用安全。同時(shí)，選用2個(gè)螺栓即可固定截面高度小的玻璃肋，最多選用3個(gè)螺栓即可固定截面高度較大的玻璃肋，玻璃肋無(wú)須用不銹鋼板連接。

與全玻璃幕墻面板和玻璃肋的連接膠縫采用硅酮結(jié)構(gòu)密封膠現(xiàn)場(chǎng)打注的工藝相比，通常，由于點(diǎn)式幕墻存在密封問(wèn)題，因此只用密封膠進(jìn)行密封，無(wú)需用結(jié)構(gòu)膠。

后置埋件安裝。后置埋件安裝必須達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足與主體連接牢固、平整的質(zhì)量目標(biāo)。在安裝前，要剔鑿主體結(jié)構(gòu)不平整的地方，待用角磨機(jī)將剔鑿位置磨平后再進(jìn)行后置埋件安裝。

某工程在混凝土梁柱結(jié)構(gòu)位置對(duì)埋件進(jìn)行安裝，因而采用沖擊鉆孔的方法。在鉆孔過(guò)程中，嚴(yán)格按照建筑結(jié)構(gòu)件寬度與厚度要求的規(guī)定，遵守邊距和間距規(guī)范，以此可對(duì)施工中出現(xiàn)的材料破碎剝落和裂縫問(wèn)題進(jìn)行有效預(yù)防。

其次，錨固深度應(yīng)在鉆孔深度之下，為了確保錨固達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，鉆孔完畢后應(yīng)將孔中粉屑、雜質(zhì)進(jìn)行清除。

再次，對(duì)埋板加工尺寸、孔距、防腐等加工質(zhì)量進(jìn)行檢查，符合質(zhì)量要求后采用專用手電鉆在已經(jīng)打好的孔內(nèi)送入藥劑與螺栓，對(duì)螺桿進(jìn)行高速攪拌，并對(duì)其進(jìn)行調(diào)整安裝，待螺桿鎖緊洞口外露少量混合物后即可停止?；瘜W(xué)螺栓施工完成應(yīng)等待其內(nèi)是否會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，在凝固完成后才能進(jìn)行下道工序的施工。

3.5 玻璃幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化

嚴(yán)格把關(guān)控制幕墻玻璃材料質(zhì)量，若能購(gòu)置與安裝低輻射玻璃，則在炎炎夏日其能反射陽(yáng)光內(nèi)的紅外線，減少建筑內(nèi)開(kāi)空調(diào)耗用的電費(fèi)；冬天能將室內(nèi)的熱量重新反射至室內(nèi)，降低熱量流失量。

斷熱型材主要是將低導(dǎo)熱性的隔離物插進(jìn)內(nèi)外兩種高導(dǎo)熱性金屬框料之間，借此方式形成了有效的斷熱層，對(duì)熱量通過(guò)門窗框或窗扇型材散失過(guò)程能形成一定阻礙作用。斷熱型材有構(gòu)造合理、結(jié)合穩(wěn)固、強(qiáng)度高、剛性優(yōu)良、熱阻值大、隔聲節(jié)能、抗風(fēng)及氣密性好等諸多優(yōu)勢(shì)，故而可以將其列為建筑玻璃幕墻施工的首選材料。

構(gòu)件預(yù)埋，為確保目前和主體結(jié)構(gòu)能穩(wěn)定連接，預(yù)埋件施工階段，應(yīng)依照工程設(shè)計(jì)的數(shù)目、方位及方法進(jìn)行預(yù)埋操作。明確要求預(yù)埋件及零部件的材料品種、尺寸、性能等符合設(shè)計(jì)要求，確保埋設(shè)穩(wěn)定可靠、方位精確。

若施工階段采用的是錨板與對(duì)稱配置的直錨筋構(gòu)成的受力預(yù)埋件時(shí)，當(dāng)剪力、法向壓力與彎矩共同作用時(shí)，可以結(jié)合依照剪力設(shè)計(jì)值、法向拉力、彎矩設(shè)計(jì)值、鋼筋直徑等去測(cè)算出錨筋的總截面面積。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展，幕墻設(shè)計(jì)也在不斷地發(fā)展，幕墻的形式和材質(zhì)都發(fā)生了很大的變化，對(duì)于幕墻結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，需要結(jié)合設(shè)計(jì)考慮功能性和安全性?？茖W(xué)測(cè)量施工荷載、采光等因素，在保證經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，以提高建筑業(yè)的施工質(zhì)量，促進(jìn)建筑業(yè)的快速發(fā)展。