建筑幕墙结构优化设计

朱斌

广东省建筑设计研究院有限公司广东广州510030

摘要：建筑幕墙往往是一栋建筑的形象代表，也是建筑设计理念最直观的展示。除了幕墙的抗风、水密气密、变形、隔声等基本性能要求，越来越多的项目提出了更高的要求。尤其是在强风、台风多发地区，既要满足结构安全性，又要确保建筑立面的通透性，在这个环节中，幕墙结构的优化设计显得尤为重要。如果建筑幕墙的结构设计不合理，不仅会影响建筑幕墙在使用过程中的功能性，还可能导致其结构和施工中的隐患。因此，有必要重视建筑幕墙结构的研究工作，在实现建筑功能的基础上，有效保证建筑的美观性、适用性和安全性能。

关键词：建筑幕墙；结构设计；优化

1、建筑幕墙的分类及各自的特点

1.1单元式幕墙

在目前的这个领域中，单元式幕墙是最有推广价值和发展前景的一种幕墙形式。由于它是由工厂统一生产组装而成，使用了目前最先进的技术标准，而且生产速度非常快，因此受到了高度重视。单元式幕墙的主要特征之一，就是它从生产到组装，都可以实现工业化。因此，它可以在很短的时间内，以高效率的方式，生产出大量的幕墙，具有很强的社会经济效益。另外，单元之间是采用结构密封的，使用该幕墙不需要现场填充密封胶，在进行打胶时也不需要考虑漏气的因素，限制范围小：其具有良好的气密性、水密性、风压变形等能力，非常符合目前节能环保的理念。

1.2构件式幕墙

构件式玻璃幕墙是在现场依次安装支座、龙骨、面板的幕墙系统。与单元式幕墙不同的是，构件式幕墙施工手段灵活，工艺较为成熟，经过较多工程实践检验，是目前采用较多的幕墙结构形式。构件式幕墙与主体结构的适应能力强，安装顺序基本不受主体结构的影响，现场采用密封胶接缝处理，水密性、气密性好，具有较好的保温、隔声降噪能力，具有一定的抗层间位移能力。但是大量安装工序现场进行，要求现场管理工作量大，且密封胶施工要求严格，前期清洗、打胶过程对工人素质要求高；安装打胶控制点多，工序多，要求工程管理质量高。

2、建筑幕墙结构设计的优势

2.1减少了对环境的破坏

建筑工程建设历来就是一项十分重要的系统工程，对于新中国的建设，对于提高人民群众的生活水平，都有着十分重要的作用。随着时代的进步，信息化水平的提高，建筑工程的重要性也会越来越大，而幕墙结构设计的运用，无疑会对建筑业的发展起到积极的推动作用。伴随着建筑的不断增加，城市的环境也受到了某种程度的破坏。传统的施工方法会产生大量的建筑废料，一些建筑材料还会产生大量的粉尘，对空气造成了污染，而建筑幕墙结构的设计可以降低建筑废料的数量，还可以降低建筑材料的粉尘和建筑设备运转时所引起的噪声，还可以避免材料的浪费，可以在工厂中进行加工，而且还可以对废料进行及时的回收处理。在幕墙的外围，采用金属和玻璃等材料作为幕墙的主体，不仅可以达到美观和绿色的目的，还可以极大地减少对环境的污染，符合国家的可持续发展战略。而这种方式在保护环境的同时，也在保护群众的身体健康。

2.2提高了建筑的效率

建筑工程是一件细致的工作，每一个细节都不容有失，因此必须要一步一个脚印地进行施工，这样就会造成施工效率低下。建筑幕墙结构设计应用的出现很好地解决了这一系列问题。与传统的建筑方式相比，建筑幕墙结构设计不仅在提升了建筑效率的前提下，还让建筑过程变得更加方便和美观。与此同时，它还减少了施工过程中存在的安全隐患，缩短了施工时间，减少了施工人员的工作压力。无论在施工上，还是在能耗上，都会有更多的精确度，而在建筑幕墙的设计上，也会有更多的综合性和稳定性，显然，它的可行性也会更高。与此同时，由于建筑幕墙材料具有较厚的质地，所以与其他的建筑材料相比，它的质量更高，更有保障。因此，它可以在很短的时间里就可以完成施工，这可以有效地避免在施工过程中出现的材料质量问题，从而大大地提升了建筑工程的施工效率。

2.3建筑幕墙结构设计为其他设计提供了环保思路

传统的建筑工程的施工方法对环境产生了严重的影响，对环境造成了很大的污染，而随着人们对环境的关注，这种施工方法已经不能适应时代的需要，将会被抛弃。建筑幕墙结构设计是当前时代对建筑手段的需求，其体现的理念是环保，不浪费材料，不污染环境，为当代建筑设计提供了一种环保的理念。建筑幕墙结构是一种工厂化的制造方式，它把建筑所需要的基本材料加工成建筑部件，然后把部件直接运到施工场地上进行装配。建筑幕墙结构设计的环保表现在以下几个方面：第一，建筑材料在工厂中进行生产，可以避免建筑材料受到气候变化的影响，从而减少化肥的产生；第二，在工厂中可以降低建筑设备和运输车辆产生的噪音，降低空气中的灰尘。建筑幕墙结构设计使用了人工智能技术，它在材料生产方面变得更加精细，从而保证了建筑构件的质量，降低了材料的损失，从而保证了建筑成本。

3、建筑幕墙结构设计优化的具体措施

3.1方案的选定

在设计过程中，要考虑到整体的设计效果、功能需求及结构型式等因素，合理地选用幕墙结构及面材。有半隐蔽式，全隐蔽式，干隐蔽式，开放式框架式等；一般的墙板，有玻璃的，有石材的，有金属的，也有最新开发出来的光电幕墙，可以按照内外不同的需要，进行不同的构造。在各种幕墙材料中，由于其重量轻、耐久性能好，所以选用铝合金作为幕墙材料的比例较高。对于某些跨径较大的工程，由于其刚度要求，一般选用钢柱；一般工程中选用的铝合金柱子较多；对于设计视角较宽的工程，也可采用轴心结构进行设计。

3.2结构材料的优化

在结构设计过程中，材料是非常重要的一环，材料的力学、强度等性能直接影响到了建筑幕墙的使用寿命和稳定性，相关人员必须在结构材料上加大力度，从支撑体系和幕墙面板两个方面来考虑。首先，支撑体系的材质以钢铁为主，在设计前，设计人员要对钢铁的基础物性进行筛选，设置其密度、膨胀系数等工艺参数的变异范围，保证其使用时的强度设计值、标准值和极限值，此外，钢铁在结构支撑体系的设计中，还要对焊接部位的焊接部位进行优化，对焊接部位的厚度、焊条的型号等都要有明确的规定，并根据不同级别的螺栓连接的抗剪、抗拉等性能值，严格按规范来操作。此外，在对幕墙面板材料进行优化设计的过程中，玻璃是最重要的一部分，因此，工作人员必须对钢化玻璃、镀膜玻璃以及夹层玻璃等类型有一个全面的认识，并根据其自重、张力以及性能等进行有效的选择，并对玻璃的力学性能进行检测，让专业的技术人员确定设计值的强度范畴，从而保证其在建筑幕墙结构设计中的合理应用。

3.3安全性优化

因此，在保证幕墙安全的前提下，在保证幕墙安全的前提下，应充分考虑幕墙的安全问题。在安全性设计上，要对结构进行合理的优化，同时要对结构进行防火防护。建筑物将会是全玻璃屋顶，所以，它的附件的设计就必须以耐火等级大于3级的材料为基础，才能保证建筑物的安全。在发生火灾时，除了要保证消防通道的安全以外，还必须要将建筑物的地理位置以及周边环境都考虑进去，并按照实际情况来对建筑物的结构进行设计。同时，为了防止冰雹等恶劣气候，对幕墙进行了结构优化。雷电及其他干扰因素。在幕墙结构设计中，应着重于各类构件的设计，确保其材料的选择，并在结构设计中达到相应的安全性要求。在幕墙的设计中，对竖向幕墙的刚性和结构的稳定都要给予足够的重视。大多数情况下，垂直幕墙是导致幕墙脱落的主要原因。在建筑中，尤其是在温度变化大、易爆裂的情况下，要确保关键节点的连接稳定可靠。所以，在玻璃钢幕墙的连接设计中，要特别注意玻璃钢与钢柱的连接，以避免玻璃钢由于挤压变形而破坏玻璃钢。如果可以的话，玻璃应该使用夹层玻璃，超白玻璃，或者同质玻璃以及它们的产品。因此，在建筑工程中，如何有效地减少玻璃的自爆，是建筑工程中亟待解决的问题。对于玻璃采光屋面来说，除了要确保采光之外，还要对其防雷、耐火和刚度进行充分的考虑，同时还要对其进行防火设计，防止发生火灾时的爆裂和坍塌。

3.4结构计算设计的优化

 首先，在幕墙面板的计算方面，针对框架幕墙、全玻璃幕墙等不同类型，有各自不同的计算方法，设计人员要做好前期工作，完成数据的采集，采用分析和有限元的计算方式，简化原来复杂的程序，在考虑到面板受力时的变形时，要从线性、非线性等方面考虑，保证其均匀性，进而计算出面板的应力等，并采用相关的系数。此外，还要计算建筑幕墙的支撑体系，按照建筑工程的具体情况，计算水平和垂直方向的荷载，采用作用效应分项系数，计算组合设计值，在必要的时候，可以建立相关的模型，保证计算中的逻辑关系。

3.5载荷优化

荷载优化是幕墙结构设计的关键。为了保证最大的安全负荷，必须对材料的选用及结构形式进行认真地测试。常用的方法是利用轻型结构来实现对构件的局部承载力的优化。

3.6采光保温等功能性优化

幕墙既要确保建筑物的整体美观，又要确保其安全性。在实际应用中，幕墙也应该体现出它的性能，隔热、采光是幕墙最重要的性能，但是在设计的时候，它们之间会存在着一些矛盾，从而导致这两种性能之间的相互影响，从而导致它们的工作效率下降，为此，就需要对具有不同传热系数的玻璃进行设计，并对其进行优化，从而确保玻璃的照明功能。在某些特定的设计条件下，还可以使用两层幕墙，以改善其性能。

结束语

如果要将每一项工作都做好，那么幕墙结构的设计者就必须要从多个方面去考虑，要与时俱进，要及时地对工作方式进行更新，要从多个角度去思考，要以建筑工程的实际需要为依据，选择适当的建筑材料，对幕墙结构的各个参数进行确定，然后对已有的幕墙进行优化，既要符合建筑环境的需要，又要将建筑物的能量消耗降到最低，从而实现节能环保的目标，从根本上保证建筑物的安全性，让幕墙变得更安全、更稳定，从而保障人民的生命安全。

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