浅析建筑幕墙结构设计及优化措施

王涛

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摘要：随着城市化进程的加快和人们对建筑环境质量要求的不断提高，建筑幕墙作为现代建筑设计的重要组成部分，越来越受到人们的重视。建筑幕墙的结构设计是影响其外观、功能和性能的关键因素。因此，如何优化建筑幕墙的结构设计，提高其整体性能，是当前建筑幕墙领域亟待解决的问题之一。

关键词：建筑幕墙；结构设计；优化措施

1建筑幕墙设计中存在的问题

1.1过时的设计理念

建筑幕墙的设计理念已经过时，一些设计师为了追求造型和艺术效果而忽视了建筑结构和安全。在设计过程中，许多设计师忽视了幕墙系统的安全性能和设计。不合理的结构形式和机械设计很容易导致安全问题；不重视建筑幕墙的防火要求，不重视建筑外墙与主体结构的防火一体化。火灾是影响城市生存和发展的主要灾害之一，但目前我国大多数建筑防火意识淡薄。一些项目可能因消防系统设计不合理而发生火灾，造成严重后果；同时，施工单位和监理单位在建筑幕墙安装施工过程中普遍存在防火意识差、违规操作等问题；由于建筑幕墙的功能和应用范围的限制，在建筑外墙上安装悬挂式室外遮阳设施已成为必然趋势。

1.2建筑施工与幕墙施工存在矛盾

幕墙的发展已经从单一金属材料的简单加工演变为多种材料和多种结构形式，包括玻璃幕墙和石材幕墙。幕墙的结构形式也从平面和空间演变为复杂和多样。在施工过程中，经常会出现与建筑幕墙相关的问题，如玻璃被切割和损坏，防雷设施被损坏，各种构件被损坏。在施工中，主体结构的设计与结构形式之间经常出现冲突，这就要求设计人员在设计过程中要协调好。其次，幕墙在安装过程中，也可能存在安装人员造成的安装错误或材料损失，造成损失和质量缺陷。因此，在设计时，应考虑施工人员等因素，以避免出现这种问题。此外，建筑工程的质量是根据工程中使用的材料来控制的，因此材料质量也是影响建筑工程质量和安全的重要因素。

1.3设计人员专业能力不足

设计是一门很难掌握的技术，但它对幕墙的质量控制也至关重要。许多设计师对建筑幕墙的了解有限，只知道在制作建筑图纸时应该设计什么。设计师通常在准备好计划后进行简单的计算、建模和分析工作。一些设计师对幕墙缺乏足够的了解，不知道幕墙最基本、最重要的作用。在大多数情况下，他们只遵循自己的理解，或者复制他人已经完成的结果。这种行为是不可取的。

2建筑幕墙结构设计优化措施

2.1安全稳定性优化

在设计建筑幕墙时，应注意垂直幕墙的安全性能。由于垂直幕墙有安全脱落的趋势，设计时应注意结构受力的稳定性。在幕墙结构中，有必要考虑风荷载和温度变化引起的变形效应。如果垂直幕墙材料由玻璃制成，则应注意温度在玻璃幕墙中的作用。由于玻璃幕墙在冷热条件下容易开裂，因此在设计玻璃幕墙时，应在边缘与嵌槽之间留有间隙，以避免对玻璃幕墙造成挤压损伤。为了保证建筑外表面的美观，必须确保幕墙具有良好的防水隔热能力，以满足人们对建筑外观的要求。

2.2功能和经济优化

在建筑幕墙的设计过程中，应同时考虑幕墙的功能性和经济性，以满足设计和其他功能的标准，并将经济成本降至最低。目前，我国建筑幕墙的主要形式有玻璃幕墙、金属幕墙和石材幕墙。在现代幕墙设计中，通常使用较轻的材料来减轻幕墙的重量；而这些新型建筑材料本身具有一定的脆性特征，其强度也会随着厚度的减小而降低。因此，在设计时，有必要增加一些肋条和折叠工艺，以提高整体性能。建筑幕墙的结构设计优化应在确保结构可靠性的同时，使用更实用、更方便的结构，实现功能性和经济性之间的平衡。

此外，对于一些特殊类型的工程，需要高强度钢或混凝土来提高建筑的安全性能。在荷载和结构尺寸的计算中，有必要寻求最佳设计方案，以有效避免因设计不合理而造成的资源浪费。在计算建筑幕墙的嵌板时，框架幕墙、全玻璃幕墙和其他类型的幕墙都有相应的计算方法。在整个计算过程中，应综合考虑多种因素，以确保计算结果的合理性和准确性，并根据项目的具体情况制定合理可行的设计方案。

2.3承载力优化

建筑幕墙的各支撑构件和外墙板的承载力必须符合相关规范。首先，在幕墙结构中，需要考虑风荷载和温度变化引起的变形效应。计算参数的选择（如基本风压、基本雪压、地面粗糙度、抗震设防水平等）应符合建筑主体结构的设计。其次，必须确保支撑部件具有足够的强度和刚度。设计人员应合理分析幕墙支撑构件的力学模型，确保构件的强度和刚度符合规范和技术要求。最后，对于幕墙工程而言，幕墙构件承载能力的确定是整个幕墙工程设计的基础。幕墙构件应确保安全、稳定和可靠性，同时也应考虑经济因素，并注意幕墙工程的成本效益。在保证建筑整体美观和功能使用的前提下，通过科学合理的技术手段优化幕墙结构的承载能力，可以有效降低建筑能耗。

幕墙结构承载能力的优化设计需要注意以下几点首先，应根据项目的具体情况确定基本风压。应考虑建筑中不同位置幕墙系统的形状系数值。应结合支撑构件的合理分析力学模型，为幕墙和外墙板支撑构件的选择提供数据支持。在幕墙设计中，应根据结构设计模式和材料选择来计算荷载极限。例如，封闭结构幕墙应根据正、负风压条件采用，一些形状系数适用于从属面积A≈1m2的情况；如果振幅大于10m2，则局部风压系数可以降低到0.8以下；如果1m2≤A≤10m2，则可以根据A的值通过线性差来确定体型系数。

其次，应全面分析和研究幕墙构件所在环境条件下可能出现的荷载组合，包括风荷载、地震效应、温度变化等因素对建筑幕墙承载能力的影响。在优化承载能力设计方面，有必要科学合理地优化建筑幕墙的各种材料，尤其是在选择各种支撑材料时。有必要重点考虑材料的强度和刚度性能，以避免建筑幕墙使用劣质材料造成的质量问题。

2.4环保节能优化

在满足幕墙的安全和功能要求后，还需要满足建筑环境要求，降低建筑能耗，达到节能环保的目的。从环保节能的角度考虑，可以选择双层幕墙的结构形式。双层结构幕墙借助Stack效应，以气压差的方式控制进风口和出风口的位置，使幕墙之间的气流自然，提高了幕墙的隔热性能，可以降低能耗，大大提高周围环境的舒适度。同时，光伏幕墙也可以用于为建筑提供清洁能源。该技术不仅具有良好的经济效益，而且具有明显的环保效果。在未来的发展中，应积极寻求可用于建筑幕墙的节能工艺，以提高建筑幕墙的环境安全性能，降低建筑幕墙的成本。例如，酒店通常使用双层钢化中空玻璃，使用30毫米的花岗岩，以及由3毫米氟碳喷涂铝单板制成的铝板。结合幕墙内空气自然循环的需求，可以提高幕墙的隔热性能，保证通风换气的最佳位置，最大限度地降低能耗。在这方面，建筑幕墙必须进行前期投资，以确保酒店的经济效益和环境效益的长期发展。

结语

综上所述，建筑幕墙结构设计是建筑设计的重要组成部分。有必要在了解幕墙结构特点的基础上，对其进行综合分析，并通过相关理论知识和经验总结，提出相应的优化措施。在实际应用中，为了保证建筑幕墙结构的设计效果，还应根据不同地区的实际情况进行调整或改进。通过不断探索、总结和分析，我们的目标是在幕墙结构的设计中取得更好的效果。

参考文献

[1]建筑幕墙结构设计及优化措施探讨[J].王曙芬.河南建材,2019(06)

[2]建筑幕墙结构设计与优化[J].何旭阳.住宅与房地产,2018(27)

[3]浅谈建筑幕墙结构设计及优化措施[J].周振华.中国住宅设施,2018(12)

[4]浅议建筑幕墙的发展趋势[J].张国鸣.上海建设科技,2004(03)

[5]装配式建筑幕墙施工技术[J].牛稼芳.建材发展导向,2022(12)