浅谈建筑幕墙结构设计及优化措施程洁

浅谈建筑幕墙结构设计及优化措施程洁

程洁

中交一航局第二工程有限公司山东青岛266071

摘要：新时代我国经济发展稳步提升，房地产作为我国国民经济的支柱产业也在飞速发展。当前新建项目越来越多的采用幕墙这项技术，如其中的玻璃幕墙，因其外观时尚且色彩绚丽斑斓，已经成为城市建筑标新立异的特征，且在大量的工程项目中得以广泛应用及推广。但在实践生产应用过程中，因产品质量的良莠不齐、施工工艺的不完善、施工操作人员的手艺参差不齐及玻璃幕墙后期使用中缺乏较为完善的自检、维护措施，给人们的生活带来了严重的安全隐患，使得人们对玻璃幕墙的安全性产生担忧。因此虽然近些年来新材料、新工艺的不断涌现，但还需要针对建筑幕墙的结构设计进行改进和优化，牢固基础。本文基于笔者实践工作的相关经历，对建筑幕墙结构设计及优化措施进行简要的剖析，旨在为不断优化与改进建筑幕墙设计与施工提供一些理论参考与借鉴。

关键词：建筑幕墙结构；设计；优化措施

TalkingabouttheStructureDesignandOptimizationMeasuresofBuildingCurtainWall

ChengJie

（SecondEngineeringCo.，Ltd.ofChinaJiaotongFirstAirportBureau，Qingdao266071，ShandongProvince）

[abstract]Inthenewera，China'seconomicdevelopmenthassteadilyimproved，andrealestateasapillarindustryofChina'snationaleconomyisalsodevelopingrapidly.Atpresent，moreandmorenewcurtain-walltechnologiesareusedinnewprojects.Forexample，theglasscurtainwallhasbecomeadistinctivefeatureofurbanarchitecturebecauseofitsstylishappearanceandcolorfulcolors，andhasbeenwidelyappliedandpopularizedinalargenumberofengineeringprojects.However，intheprocessofpracticalproductionandapplication，duetotheunevenqualityoftheproducts，theimperfectconstructiontechnology，theunevennessoftheconstructionoperators'workmanshipandthelackofrelativelyperfectself-inspectionandmaintenancemeasuresinthelateruseoftheglasscurtainwall，itbringspeople'slives.Serioussafetyhazardshavecausedpeopletoworryaboutthesafetyofglasscurtainwalls.Therefore，althoughnewmaterialsandnewprocesseshaveemergedinrecentyears，itisnecessarytoimproveandoptimizethestructuraldesignofthebuildingcurtainwall.Basedontherelevantexperienceoftheauthor'spracticalwork，thispaperbrieflyanalyzesthedesignandoptimizationmeasuresofthebuildingcurtainwall，aimingtoprovidesometheoreticalreferencesandreferencesforthecontinuousoptimizationandimprovementofthedesignandconstructionofthebuildingcurtainwall.

[Keywords]Buildingcurtainwallstructure；Design；Optimizationmeasures

引言

幕墙作为时尚的建筑外墙装饰方式，越来越受到人们的追捧和喜爱，但在实践生产应用过程中，因没有做好建筑幕墙的结构设计以及改进，导致出现的安全隐患甚至事故层出不穷，据相关新闻以及资料反馈，在2016至2018年就有上海时代金融中心、四川绵阳长虹世纪城、沈阳世茂铂晶宫、杭州来福士、大连安和大厦等多地发生玻璃幕墙的脱落事故，轻则造成安全隐患，重则危害到人们的生命财产安全。鉴于此，全国多地相继推出一些旨在改善建筑幕墙现状的有效措施与相关行业规定。对当前幕墙的建造实施过程中的管理、维护和责任划分进行了更加详尽的落实。因此，基于上述情况，为了使得大家在建筑幕墙建筑中更好的生活与工作，对其结构设计与不断改进优化势在必行，本文将根据笔者实际施工经验对建筑幕墙的结构设计以及优化的相关措施进行相关阐述，重点针对当前主流的幕墙形式-玻璃幕墙的设计要点进行分析，以供行业相关人士共同探讨。

1、工程概况

青岛阜外心血管病医院改扩建工程心脏中心大楼建筑面积70491平方米，其中地上21层，建筑面积52610平方米，地下3层，建筑面积17881平方米，建筑总高度92.145米，裙房高度为32.80米，本工程采用石材幕墙与玻璃幕墙相结合的施工方式，石材幕墙饰面采用青岛特有的崂山红石材，施工面积约8518.09平方米；玻璃幕墙采用LOW-E钢化中空玻璃，施工面积约4993.29平方米。本项目设计规模为大型公共建筑，设计使用年限50年。

2、建筑幕墙结构设计通则

在开展实施幕墙设计的过程中，主要是对其功能性、美观性和整体结构进行设计，充分考虑整体建筑的风格以及自身表达的概念，实践中应按照以下原则进行：

2.1外观设计

建筑幕墙的外观是表达建筑特色形象的关键，因此在开展落实外观设计的过程中，需要充分考虑建筑物周围的环境，在确保幕墙结构的安全性、适用性的基础上，充分结合建筑物整体外观来进行相关设计工作。

2.2受力设计

建筑幕墙作为建筑的外部围护结构，无需承受主体结构的受力荷载，因此，在落实设计过程中，需要考虑建筑幕墙本身的自重以及风载荷雪荷载等作用。在实施幕墙设计时，还需要根据工程项目地区的环境，充分考虑因温度变化导致的热胀冷缩以及主体结构的变形与位移等，与此同时，还需要考虑地质变化以及地震对幕墙的干扰。玻璃幕墙的立柱、横梁、和连接件除了需要足够的强度以外，还应该具有相对主体结构的位移能力，从而防止幕墙在上述因素的影响下，发生破裂和变形。综上所述，需在开展实施建筑幕墙设计的过程中，充分确保建筑幕墙的安全稳定性，并在此基础上设计出既美观又同时符合建筑所需功能以及成本可控的玻璃幕墙结构体系。

3、建筑幕墙结构设计内容

3.1方案的选定

根据建筑设计的艺术装饰效果以及相关功能要求进行各类造型的设计，确定幕墙的结构形式以及面板材质。实践应用中常见的幕墙结构形式有：半隐式、隐式、干隐框架墙、明亮框架等；常见的幕墙面板形式有：玻璃幕墙、石材幕墙以及金属板幕墙，近几年还出现了光电幕墙等新颖的形式；结构形式的选择，通常根据室内外的外观要求来确定，为了减轻自重及增加耐用性，通常选择铝合金框架幕墙，立柱也采用铝合金立柱。但在跨度较大时，为了达到需要的强度一般考虑钢立柱或者是钢铝结合的立柱；当需要开阔的视野时可以采用点支结构，同时，也要根据主体结构的可支撑点，来计算和确定立柱的受力模型。

3.2建筑结构的受力分析

在分析建筑幕墙结构的受力过程中，需要准确的计算其承载压力的大小以及方向，并综合考虑风荷载以及温度引起的应力变化，重力等；北方地区在考虑上述条件的基础上，还需重点考虑雪载荷的影响，通常需要按照其极限值来设计。确保使幕墙结构体系的弹性状态、风压变形、平面变形在可控的范围以内，保证幕墙结构体系的使用安全。与此同时，还应针对不同的幕墙，考虑其不同的受力特性以及强度，需要根据所选用的材料以及面板，来进行受力分析以及相关计算。

3.3材料的选择

随着科学技术水平的不断发展，幕墙材料也在不断推陈出新中，越来越多的材料不断向着轻质化和功能化迈进，当前实践生产应用过程中常见的有：石材、陶瓷板、玻璃陶瓷、金属装饰保温板、双层中空玻璃、胶合玻璃等。实践中从业人员需基于建筑设计和所需效果，合理的进行面板的选择以及相关结构材料选择。

4、玻璃幕墙在设计中的应用

4.1立面构成

玻璃幕墙多应用于高层建筑中，实际施工中可以通过建筑外墙表面玻璃幕墙的各种变幻达到立面设计的效果，呈现出虚实、光影、里外分隔的效果，一些项目还可采用平面与曲面相结合的形式，形成更具流动线条的动感效果，可通过采用横框竖隐的玻璃幕墙形式，对建筑里面进行划分，通过这种形式的虚里面与实墙交互形成强烈的虚实对比里面构成。

4.2色彩构成

玻璃幕墙设计时也可以采用整体白色玻璃的基调上穿插一层黑色或彩色玻璃幕墙，通过这样的设计方式，可以使得穿插进去的黑色或其他色调的玻璃幕墙尤为显眼。这样的穿插设计使得玻璃幕墙不再呆板，呈现出色彩的碰撞，虽打破了立面的整体感，但使得建筑更具时尚元素。

4.3对立统一

玻璃幕墙是一种虚实的对立与统一，玻璃幕墙为“虚”，墙面为“实”，与此同时不同材质的玻璃幕墙材料也能带来虚实结合的观感，相互对立又相互统一，使块、点、线、面互相穿插，通过采用竖向分隔，隐框碎玻璃的形式，使得建筑外立面呈现既对立又统一的格局。

5、建筑幕墙结构设计的优化措施

在幕墙的优化设计过程中，需要充分考虑风压变形、水密性、气密性、抗冲击性、保温性、节能性以及环境吸声性和安全性等诸多指标因素。

5.1安全性的优化

在设计幕墙的过程中，需要特别注意垂直幕墙的刚度以及结构稳定性。大多数幕墙脱落事故，都是发生在垂直幕墙上，为确保每个结构关键节点连接的稳定性和可靠性，特别是受温度影响很大的玻璃幕墙容易爆裂。因此，在设计玻璃幕墙节点时，需要注意玻璃边缘与嵌入槽底板之间的匹配间隙，以防止玻璃因压力而受损。如果可能，尽可能使用夹层玻璃，或使用夹层玻璃。当玻璃破碎时，它将作为一个整体固定在框架上，并且不会在短时间内脱落。给维修和更换留有一定的时间，间接提高安全性。而对于玻璃采光顶，在确保采光的同时，要考虑其防雷性、耐火性和刚度，防止高空坠物破坏，还要在消防方面进行设计，防止火灾时发生爆裂、塌落。

5.2承载力的优化

因现代的幕墙追求自重越来越轻，实践生产应用过程中，往往优先采用轻质的材料，有些材料随着其厚度的降低，其自身的强度也会逐渐降低，因此需要考虑额外增加局部的筋肋以及折边处理工艺。在实践应用过程中，应有效控制有机硅结构胶的质量，并分析与计算相应的粘接宽度以及厚度。在框架幕墙施工系统中，因梁和柱为关键的受力部件，因此应根据实际数据计算承载能力。与此同时，要确定合理的横截面积和厚度，并考虑选择材料的安全性以及经济性。

5.3环保节能方面的优化

在确保幕墙的安全性和功能性基础上，还要考虑幕墙结构体系的长期使用效益，需要通过不断采用新技术，来大幅降低建筑的能耗消耗。实践应用过程中，越来越多的项目采用了最新的双层幕墙结构，通过使用气压差以及烟囱效应，可以控制，进风口、排风口作用下，可以实现双层幕墙之间空气的自然循环。有效提升了幕墙的保温节能性能，通过自然通风，无需额外的能源消耗，不断提升人们的工作以及生活环境的舒适程度。还可以采用光电幕墙，来为建筑提供清洁能源。虽然最初的投资成本较高，但其长期的经济与环境效益也十分可观。

5.4采用更新的设计

目前BIM建筑信息化技术在我国建筑行业中得到广泛的应用，同样也适用于幕墙设计，通过可视化的模型，可以有效的对结构设计进行优化，减少碰撞点和返工率，确保安装工作的正常进行，大幅度降低施工成本。

结语

综上所述，通过采用更新的技术及材料，使困扰幕墙行业的安全隐患能够得到有效解决，且不断提升着幕墙的使用寿命。在实践生产应用过程中，幕墙施工企业对幕墙的后期维护工作要有相应的责任感，在交付业主时，必须按照规定，提供详细的幕墙维护说明书以及相关交底技术资料，便于业主的日常维护和管理，旨在不断延长幕墙的使用寿命，促进我国幕墙建筑业的健康可持续发展。

参考文献：

[1]陈爱妹.建筑幕墙结构设计与优化探讨[J].江西建材，2017（08）：39+42.

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