建筑幕墻結構設計與優化

楊仟廈

【摘 要】本文主要針對幕墻結構設計的重要性、建筑幕墻的結構設計內容、建筑幕墻結構設計的優化措施分析以及幕墻結構設計注意事項進行簡要分析，僅供參考。

【關鍵詞】建筑幕墻；結構設計；優化

一、幕墻結構設計的重要性

幕墻結構設計是建筑物設計的一個重要組成部門，幕墻結構設計十分重要，建筑幕墻的設計原則主要有以下幾點，從中我們可以看出建筑幕墻結構設計的重要性。

1、國家技術經濟政策方面

我國的幕墻設計比國外起步晚，但是無論是國外的幕墻設計還是國內的幕墻設計，都要把幕墻的安全性擺在第一位。常見的幕墻技術規范有玻璃幕墻工程技術規范、建筑結構荷載規范、金屬與石材幕墻工程技術規范、建筑玻璃應用技術規范等，他們均需要符合安全、經濟的設計原則

2、建筑幕墻從設計到施工的任何環節，其設計和建筑標準的一個重要前提就是保證幕墻的結構安全。

3、在國家對建筑施工圖所進行的二次審查中，結構安全和公共利益都是審查的重點工作。

4、在對建筑幕墻實施驗收時，要把工程的安全因素作為驗收工作的重點考察內容，另外也不可以忽視建筑幕墻的質量。

5、“工程質量無小事”，建筑物作為人們的居住、辦公、娛樂的場所，一旦發生事故，所造成的損失都會非常的巨大，我們要以這些故事為教訓，嚴把工程的質量關。幕墻設計作為工程的重要組成部分，也需要牢記事故教訓，加強自身的質量控制。

6、《建設工程質量管理條例》對建筑物的質量負責有著明確的規定即建筑物落成后，建筑單位要對建筑的質量終身負責。以上就是建筑幕墻的結構設計所需要注意的幾點原則。

二、建筑幕墻的結構設計內容

幕墻結構是現代建筑的一種新型結構型式，由于它兼具了美觀和實用等功能，在實際的設計中以簡潔、輕便為主要表現形式，所以在設計中必須要注意其結構的安全性和功能特性。在建筑幕墻的結構設計中，需要注意以下幾點問題：

1、幕墻結構是建筑物外觀結構的一部分，它必須在滿足美觀和實用功能的同時，根據幕墻結構的功能需求，對其構件的設計充分考慮使用要求和足夠的強度、剛度，即在外力作用下的變形性的穩定范圍。當然有時某些結構的設計需要根據需求偏向于某一方面的設計要求，但必須是在安全的前提下進行。

2、設計過程中，要考慮幕墻所可能承受的各種載荷，根據建筑物所處環境與建筑物結構形狀分析可能的風載荷、雪載荷、重力載荷，還要根據當期氣候條件分析溫度變化或自然災害可能帶來的載荷影響，以及這些載荷變化帶來的幕墻結構外形的變化，充分設計幕墻結構的承載能力，保證結構的安全性。

3、幕墻結構的設計中還需要根據結構的功能條件和載荷設計能力，合理取值，優化結構的經濟指標。避免在設計中片面強調經濟性而忽略了安全性能，也要避免過度浪費。

三、在建筑物的幕墻結構設計中，在遵循以上設計原則基礎上進行幕墻結構設計，全面考慮設計需求，確定結構設計的主要內容：

1、幕墻結構設計方案的優選。需要根據幕墻面板的布置及其分格，確定幕墻主體結構的支撐（樓層及梁柱、屋面結構等）、邊界條件、結構形式要求等，設計幕墻結構的最佳結構形式，如索結構、鋼結構、單桿結構、玻璃結構、桁架結構、或組合結構等。

2、結構材料的設計選擇方案。材料選擇時要考慮結構的受力要求、施工條件等因素，同時考慮施工成本的經濟性，以此制定材料類型、型號、數量等，并編制施工條件和要求。

3、幕墻結構設計的計算。設計中的計算是對結構承載安全系數、結構外觀尺寸等，根據構造要求來進行的，包括節點極限狀態的驗算、溫度應力計算、結構尺寸校核等。

四、建筑幕墻結構設計的優化措施分析

建筑幕墻結構設計是一項非常繁瑣的設計工作，它往往涉及很多復雜的應力計算和安全設計，在保證安全、美觀、經濟的前提下，進行優化設計方案，是建筑幕墻結構設計的主要工作。建筑幕墻結構的設計中，根據施工條件和建筑要求，可以進行以下設計優化措施：

1、安全性優化

幕墻結構的安全性設計除了要滿足結構承載負荷的要求之外，整個建筑結構的安全性也是與之相關的，幕墻結構的安全性優化除了需要滿足結構的可靠性之外，還要充分考慮采光頂的消防設計。較大型的玻璃采光頂，必須使用耐火極限不低于0.25h的三級耐火級的吊頂，同時滿足結構防火的要求，其他如防雷、防高空墜物、防冰雹等設計要求，在抗震設計中，玻璃幕墻的鑲嵌深度要保證可靠固定。重點做好各構件連接點的設計優化，幕墻結構消防安全通道的影響布置也很重要。

2、載荷優化

建筑幕墻的設計中，結構的載荷設計需要根據結構的形式和材料選擇來計算最為安全的載荷極限，比如對封閉式的建筑物，幕墻載荷按表面風壓的正負情況取-0.2或0.2。局部體型系數是指適應于圍護構件的從屬面積Alm2時候；而當從屬面積A10m時，此時的局部風壓體型系數（10）即可以折減0.8的系數；在10m2A1m2時，體型系數（A）可按面積的對數線性插值來評估風載荷標準值的大小。同時，選擇新型輕便材料作為幕墻結構的主體材料時，需要根據局部單位面板所受風載荷的承載力，適當地加載筋肋，而且加筋肋要和折邊聯接。

3、采光、保溫等功能優化

建筑幕墻的結構設計不僅僅是對建筑物的美觀設計，同時，幕墻結構帶來的采光和保溫等實用功能才是幕墻結構得以快速發展的主要功能，而保溫隔熱和采光有時其功能會發生沖突，如玻璃幕墻的采光效果好，但保溫隔熱差，因此，選擇不同傳熱系數的玻璃，采用隔熱斷橋鋁型材作為框架結構，同時優化密封方式，采用雙層幕墻，相對于單層傳統幕墻，在采暖時可以節省能源約40%}-50%，制冷時可以節約能源約40%-600/bo

4、結構經濟性優化

結構設計的經濟性需要根據幕墻結構的面板布置以及主體結構的支撐等條件，考慮結構型式的經濟合理性，在對載荷與結構尺寸要求的計算上，合理的選擇最佳方案，避免設計尺寸過大或性能條件取值過高而造成材料浪費。在結構型式上盡量采用結構簡單的簡支梁或雙支點梁結構，合理利用材料的力學性能，提高結構的可靠性，實現成本控制。

5、玻璃幕墻未來的發展

由于玻璃幕墻的建筑形式越來越多，所以，需要創新相關設計，通過巧妙的構思降低樣式結構的雷同率和復制率。另外，還需要充分展示玻璃本身的藝術造詣、結構特點和創意風格?，F如今，建筑業朝著高速度、高節奏的方向發展，施工時間往往比較短，對施工的要求也越來越高。所以，需要對全部構件進行精加工，確保使用的材料符合質量要求和設計定位，要將玻璃幕墻的設計、加工、現場施工等各個環節緊密結合在一起。而每個環節都需要專業的技術人才作支撐，因此，需要培養大量的專業人員，提高玻璃幕墻的整體競爭力。

五、幕墻結構設計注意事項

1、在進行幕墻結構設計時，要謙虛征求來自設計院的意見，加強和結構設計人員的交流。盡量在設計前期就做好對整個工程的預測與把控，防止設計不當造成后期的工程返工。

2、雖然幕墻結構本身，對于美觀性有一定的要求，但是不能為了追求設計的美觀，忽視對建筑安全的考慮。因此，對于幕墻的結構設計要嚴格按照相關規定來進行合理的結構型式定位，確保把安全作為幕墻結構設計的大前提。

3、幕墻由于是建筑物的外圍結構，所以不用承受主體建筑的負荷，但是這并不意味著，幕墻的設計就無需考慮主體建筑的需求。主體建筑發生形變，同樣會影響到幕墻的結構安全。因此，幕墻結構設計要將主體建筑的形變考慮在內。

結束語：

隨著城市化建設水平的提高，城市建筑建設中對于外觀要求也逐漸增加，加強建筑物的幕墻結構設計對于提高建筑物的美觀程度有十分重要的作用。但是由于建筑物幕墻結構設計在建筑物中的應用時間比較短，一些相關的設計并不十分完善。在今后的幕墻結構設計中需要充分考慮幕墻結構的材料選擇，型式選擇，遵守相應的設計原則。建筑物幕墻結構設計中還需要充分考慮其負荷能力，減少外力的影響，保障其能夠完善建筑物結構，提高建筑物的建設水平。

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