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

1、建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化措施論述關(guān)鍵詞：建筑幕墻優(yōu)化措施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程志毅摘    要：當(dāng)今建筑幕墻作為建筑類的一種產(chǎn)品已被廣泛應(yīng)用。為切實(shí)優(yōu)化和提升建筑幕墻的應(yīng)用價(jià)值，必須首先切實(shí)做好幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，確保設(shè)計(jì)方案合理可行，才能日后精準(zhǔn)指導(dǎo)幕墻工程施工階段安裝以及使用中維修與保養(yǎng)。本文以建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為研究對(duì)象，首先介紹幾種常見(jiàn)的建筑幕墻結(jié)構(gòu)體系，然后具體從安全性、承載能力、經(jīng)濟(jì)性以及功能性等方面探討優(yōu)化設(shè)計(jì)措施，以供參考。關(guān)鍵詞：建筑幕墻;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);優(yōu)化措施1  引言在現(xiàn)階段我國(guó)建筑行業(yè)發(fā)展中，建筑幕墻已經(jīng)作為一種建筑類產(chǎn)品被廣泛普遍應(yīng)用。幕墻結(jié)構(gòu)體系種類豐富，

2、造型獨(dú)特精致，對(duì)提升建筑物的品質(zhì)與價(jià)值具有積極的作用。因此建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)顯得尤其重要，從幕墻結(jié)構(gòu)體系的選擇、設(shè)計(jì)以及優(yōu)化措施等環(huán)環(huán)相扣，充分考慮其合理性、安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性將決定建筑物的品質(zhì)、形象與市場(chǎng)價(jià)值。如果建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和構(gòu)造的不合理存在缺陷，不僅會(huì)影響建筑幕墻使用中的功能性，還可能會(huì)造成其結(jié)構(gòu)與構(gòu)造的安全隱患?；诖耍槍?duì)建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)予以重點(diǎn)關(guān)注，切實(shí)提高設(shè)計(jì)水平和水準(zhǔn)，成為當(dāng)今建筑幕墻的應(yīng)用關(guān)鍵環(huán)節(jié)，應(yīng)該引起高度重視和關(guān)注。2  建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述隨著我國(guó)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，如今建筑幕墻已被廣泛應(yīng)用于建筑設(shè)計(jì)中，從廣義上可稱之為：“建筑外皮”，它也是一幢建筑

3、物自身的、獨(dú)有的名片，其獨(dú)特的藝術(shù)造型甚至也是一座城市的標(biāo)志和象征。伴隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，建筑幕墻結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的種類和構(gòu)造體系也日新月異，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與構(gòu)造設(shè)計(jì)不僅僅要注重與建筑物形體的協(xié)調(diào)性和美觀性，還必須保證建筑幕墻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性，同時(shí)應(yīng)當(dāng)具備良好的使用功能性（例如：抗風(fēng)壓性能、氣密性能、水密性能、熱工性能、光學(xué)性能、空氣隔聲性能、平面變形性能、耐沖擊性能、承重性能），從而提升建筑物整體的品質(zhì)與形象。結(jié)合目前建筑幕墻結(jié)構(gòu)體系的實(shí)際應(yīng)用狀況，列舉以下幾種比較常見(jiàn)的幕墻結(jié)構(gòu)體系。2.1  構(gòu)件式幕墻系統(tǒng)最基本和最常見(jiàn)的幕墻結(jié)構(gòu)體系，通常首先在加工廠完成支撐框架（立柱與

4、橫梁）和各類外飾墻面板（含組件）的制作，然后再運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)，按照安裝工藝的順序先將支撐框架的立柱通過(guò)連接件固定在建筑主體結(jié)構(gòu)上，再將橫梁安裝在立柱上，之后將外飾面板（含組件）固定在支撐框架上。這種幕墻結(jié)構(gòu)體系具備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)承載力計(jì)算相對(duì)較為簡(jiǎn)易，并能夠承受較大的現(xiàn)場(chǎng)安裝誤差，因此被廣泛用于一般建筑物或高層/超高層建筑物的裙房部位。2.2  單元式幕墻系統(tǒng)一種高性能的幕墻結(jié)構(gòu)體系，具有模塊化、裝配化、集成化等特點(diǎn)。通常是將支撐框架與外飾墻面板在加工廠完成制作和組裝，形成幕墻單元板塊，再將單元板塊運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)，在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行機(jī)械吊裝，單元板塊通過(guò)鋁合金或鋼質(zhì)的轉(zhuǎn)接件安裝在建筑主體

5、結(jié)構(gòu)上。單元式幕墻系統(tǒng)具備較高的水密性能和氣密性能，其原理是采用“雨幕原理”，結(jié)合鋁合金型材的等壓腔設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)單元式幕墻結(jié)構(gòu)體系內(nèi)有組織與有導(dǎo)向性的排水，具有優(yōu)良的幕墻防雨水功能。單元式幕墻的模塊化和裝配化特點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)與建筑主體同步施工，故被廣泛應(yīng)用于高層和超高層建筑物。2.3  點(diǎn)支式幕墻系統(tǒng)一種主要采用金屬材料作為龍骨（鋼型材、不銹鋼等）與玻璃相結(jié)合的結(jié)構(gòu)體系。利用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和力學(xué)模型分析，并伴隨著建筑玻璃制造技術(shù)與工藝的提升，實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化建筑大空間的風(fēng)格。該結(jié)構(gòu)體系支撐結(jié)構(gòu)布置靈活多變，適用于建筑物大空間、大尺度部位，該幕墻結(jié)構(gòu)體系的安全性、穩(wěn)定性尤為重

6、要，對(duì)構(gòu)件的技術(shù)要求較高，設(shè)計(jì)需要精巧實(shí)用。2.4  全玻璃幕墻系統(tǒng)隨著玻璃制造技術(shù)提升而衍生出的一種新型幕墻結(jié)構(gòu)體系。它為建筑物實(shí)現(xiàn)晶瑩剔透、獨(dú)特別致的外觀效果創(chuàng)造了一個(gè)全新的空間。在全玻幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分處理好建筑外立面分格與玻璃制造工藝和造價(jià)成本之間的矛盾，保證其幕墻結(jié)構(gòu)體系的安全性與穩(wěn)定性，同時(shí)兼?zhèn)淠粔こ淘靸r(jià)的性價(jià)比。3  建筑幕墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)措施3.1  安全優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑幕墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)以結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性為前提，幕墻結(jié)構(gòu)與構(gòu)造在使用過(guò)程中安全、可靠為原則，避免出現(xiàn)較嚴(yán)重的安全事故?；诮ㄖ粔Y(jié)構(gòu)安全性的保障工作而言，設(shè)計(jì)人員首先應(yīng)考慮幕墻結(jié)

7、構(gòu)體系的選擇，構(gòu)造合理，以及滿足建筑的美觀，其次應(yīng)注重幕墻消防角度考慮，設(shè)計(jì)方案必須滿足規(guī)范的要求，使得幕墻具備良好的耐火性能，避免因火災(zāi)造成的安全事故。另外，對(duì)于高層和超高層建筑物，必須重點(diǎn)考慮玻璃因自爆導(dǎo)致“玻璃雨”安全事故，人造板材或者石材幕墻應(yīng)避免因面板脫落導(dǎo)致的安全事故，對(duì)于這些優(yōu)化設(shè)計(jì)中應(yīng)從幕墻材料的技術(shù)要求和材料選擇以及設(shè)置防脫落構(gòu)造設(shè)計(jì)等方面著重考慮。建筑幕墻結(jié)構(gòu)整體的抗震性能也尤其重要。在地震作用下，幕墻應(yīng)保持整體結(jié)構(gòu)的安全性，避免因地震作用下的位移使得幕墻結(jié)構(gòu)整體較大破壞和損壞，應(yīng)當(dāng)以“小震不壞，中震可修，大震不倒”為設(shè)計(jì)原則，因此除了建筑幕墻結(jié)構(gòu)支撐構(gòu)件與外飾墻面板的強(qiáng)度

8、和剛度應(yīng)滿足規(guī)范要求，還應(yīng)當(dāng)在相鄰幕墻單元板塊之間（例如：公母豎框之間、上下橫框之間）以及幕墻單元板塊與建筑主體結(jié)構(gòu)連接處設(shè)計(jì)預(yù)留有效的變形縫和伸縮縫，從而提高幕墻結(jié)構(gòu)整體的強(qiáng)抗震性能。3.2  承載能力優(yōu)化設(shè)計(jì)首先，建筑幕墻所有支撐構(gòu)件與外飾墻面板的承載力設(shè)計(jì)必須滿足相應(yīng)的規(guī)范要求。計(jì)算參數(shù)的選擇（例如：基本風(fēng)壓、基本雪壓、地面粗糙度類型、抗震設(shè)防等級(jí)等參數(shù)）應(yīng)該與建筑主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保持一致。設(shè)計(jì)人員應(yīng)合理地分析幕墻支撐構(gòu)件的力學(xué)模型，對(duì)支撐構(gòu)件進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，確保支撐構(gòu)件的強(qiáng)度與剛度滿足規(guī)范和技術(shù)的要求。幕墻構(gòu)件承載能力應(yīng)具備安全性、穩(wěn)定性、可靠性，同時(shí)應(yīng)當(dāng)與經(jīng)濟(jì)性相匹配，不能因考慮

9、支撐構(gòu)件的承載能力，而忽視幕墻工程造價(jià)的性價(jià)比。幕墻結(jié)構(gòu)承載能力優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先應(yīng)當(dāng)考慮基本風(fēng)壓的取值，應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目的具體情況而定（例如：規(guī)范要求取值或者風(fēng)洞試驗(yàn)報(bào)告取值），還應(yīng)考慮幕墻系統(tǒng)位于建筑物不同部位體型系數(shù)的取值，結(jié)合支撐構(gòu)件合理的力學(xué)模型分析，支撐構(gòu)件是安全、穩(wěn)定、可靠的，并為幕墻支撐構(gòu)件和外墻面板的材料選擇提供數(shù)據(jù)支撐。承載能力優(yōu)化設(shè)計(jì)中，建筑幕墻各類材料的優(yōu)化應(yīng)當(dāng)科學(xué)與合理，尤其是對(duì)于各類支撐材料的選擇，需重點(diǎn)關(guān)注材料的強(qiáng)度、剛度性能，了解其對(duì)于建筑幕墻結(jié)構(gòu)承載力的貢獻(xiàn)，避免因采用劣質(zhì)材料或者是型號(hào)/牌號(hào)不匹配的材料參與建筑幕墻的構(gòu)建。針對(duì)建筑幕墻結(jié)構(gòu)中的各受力構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，既

10、保證幕墻構(gòu)件的支撐性能的安全與穩(wěn)定，同時(shí)具有良好的經(jīng)濟(jì)性。3.3  經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)于建筑幕墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)而言，往往還需要幕墻設(shè)計(jì)人員重點(diǎn)考慮到經(jīng)濟(jì)性的要求，能夠在業(yè)主投資范圍內(nèi)進(jìn)行幕墻方案設(shè)計(jì)，避免因?yàn)樵O(shè)計(jì)方案不合理，產(chǎn)生較為嚴(yán)重的超預(yù)算的問(wèn)題。因此在建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該致力于平衡美觀性與經(jīng)濟(jì)性之間的矛盾，以確保建筑幕墻結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)定、可靠為前提，避免過(guò)度追求美觀性或藝術(shù)性而造成建筑幕墻造價(jià)過(guò)高。設(shè)計(jì)人員首先需要關(guān)注于幕墻材料的選擇，所選擇的材料均符合技術(shù)、造價(jià)的要求，在保證材料技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，優(yōu)先選擇性價(jià)比相對(duì)較高的幕墻材料。從建筑幕墻結(jié)構(gòu)類型優(yōu)化設(shè)計(jì)著手進(jìn)行經(jīng)濟(jì)

11、性控制同樣極為重要，需要設(shè)計(jì)人員針對(duì)不同建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行綜合評(píng)估，精準(zhǔn)判定幕墻工程造價(jià)，從而在條件允許的情況下，優(yōu)先選擇最為適宜的設(shè)計(jì)方案。3.4  功能性優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑幕墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中還應(yīng)重點(diǎn)考慮其功能性的要求，使得建筑幕墻產(chǎn)品在使用中發(fā)揮出應(yīng)有的功能與價(jià)值。在功能性優(yōu)化設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員首先考慮幕墻的基本功能，例如：抗風(fēng)壓性能、水密性能、氣密性能、熱工性能、光學(xué)性能、空氣隔音性能、平面變形性能等，另外應(yīng)考慮設(shè)計(jì)的集成化，例如：遮陽(yáng)、燈光亮化、BMU等因素。除此之外，優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)具備維護(hù)更換的方案，保證建筑幕墻產(chǎn)品在使用過(guò)程中的可維修與更換。4  結(jié)束語(yǔ)建筑幕墻在建筑設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用，建筑師對(duì)建筑物的造型更加藝術(shù)性，為提升建筑幕墻的應(yīng)用，必須首先考慮幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，基于安全性、承載能力、經(jīng)濟(jì)性以及功能性進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，從而使得建筑幕墻既美觀，又實(shí)用，展現(xiàn)建筑物的造型藝術(shù)。參考文獻(xiàn)：1 井通.高層建筑幕墻設(shè)計(jì)控制要點(diǎn)探討J.門窗，2019（15）：12+14.2 周振華.淺談建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化措施J.中國(guó)住宅設(shè)施，2018（12）：9091.3 幸坤太.基