建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與優(yōu)化措施探討

張恒　徐健

摘 要：建筑幕墻是由面板、支承結(jié)構(gòu)體系組成的裝飾性輕質(zhì)墻體，屬于建筑物的外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，相對建筑主體結(jié)構(gòu)有一定位移能力，但不分擔(dān)主體結(jié)構(gòu)所受作用，設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)秉承著安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理兼顧的原則，并盡量提升其安全性，合理設(shè)計(jì)幕墻分格，優(yōu)化其結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：建筑幕墻;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);優(yōu)化措施;探討

在城市化建設(shè)過程中，一幢幢高樓大廈拔地而起，成為了現(xiàn)代化都市的一種象征，而建筑幕墻，幾乎成為了當(dāng)前高層建筑的標(biāo)配。建筑幕墻是指由玻璃、石板、陶瓷板、金屬板等面板及玻璃肋、鋼結(jié)構(gòu)、鋼絞線、鋁橫梁立柱等支承結(jié)構(gòu)組成的裝飾性輕質(zhì)墻體，屬于建筑物的外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，相對建筑主體有一定位移能力，但不分擔(dān)主體結(jié)構(gòu)所受作用 [1]。建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系到其性能及安全性，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，能夠更好地發(fā)揮幕墻在建筑中的作用。

1.建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則及內(nèi)容分析

1.1設(shè)計(jì)原則

在開展建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)秉承著安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理兼顧的原則，延續(xù)建筑設(shè)計(jì)的主題和風(fēng)格。首先，在外觀設(shè)計(jì)中，應(yīng)該融合周邊環(huán)境，作出合理設(shè)計(jì)，確保建筑在外觀上與外界環(huán)境相協(xié)調(diào);其次，應(yīng)秉承大震不倒、中震可修、小震不壞的原則，在受力設(shè)計(jì)中需考慮幕墻自重、風(fēng)荷載、地震荷載、溫度作用、主體結(jié)構(gòu)位移等因素，采光頂上人或積雪的斜玻璃幕墻多應(yīng)考慮恒荷載和雪荷載的組合。計(jì)量結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)可同時(shí)出現(xiàn)的荷載按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)分別進(jìn)行荷載組合，荷載和作用產(chǎn)生效應(yīng)，應(yīng)按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)條件和要求進(jìn)行組合，以最不利的組合作為設(shè)計(jì)依據(jù)。因此應(yīng)適當(dāng)提升幕墻立柱、橫梁及相關(guān)連接件的強(qiáng)度，同時(shí)應(yīng)該讓幕墻具備相對主體結(jié)構(gòu)有一定的位移能力，以提升其荷載能力，避免發(fā)生破裂、變形的情況。

1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容

進(jìn)行建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)該綜合考慮幕墻功能要求、藝術(shù)裝飾效果，設(shè)計(jì)造型，選定其結(jié)構(gòu)形式及面板材質(zhì)。當(dāng)前，常見的幕墻形式有明框式、全隱式、半隱式，可供選作幕墻面板的材質(zhì)有玻璃、石材、金屬板及光電幕墻等。設(shè)計(jì)單位應(yīng)該根據(jù)建筑內(nèi)外在美觀性上的需求，合理選擇幕墻形式，如若要視野開闊，可設(shè)計(jì)點(diǎn)支結(jié)構(gòu)，基于主體結(jié)構(gòu)的可支撐點(diǎn)，計(jì)算立柱受力設(shè)計(jì)相關(guān)模型;如若想延長幕墻使用年限，減輕自重，一般會選擇鋁合金框架幕墻，選用鋁合金立柱;如若跨度較大，為確保其剛度與強(qiáng)度，應(yīng)選擇鋼立柱或鋼鋁結(jié)合立柱[2]。

確定設(shè)計(jì)方案后，再對建筑幕墻結(jié)構(gòu)受力展開分析，明確荷載方向，精確計(jì)算壓力大小，對一般受力模型用解析法計(jì)算、對復(fù)雜受力模型可選用有限元建模分析，根據(jù)不同地區(qū)不同位置的幕墻來確定各類參數(shù)。合理設(shè)計(jì)，將幕墻的彈性狀態(tài)、風(fēng)壓變形、平面變形控制在合理范圍內(nèi)，確保幕墻在使用階段的安全性。不同結(jié)構(gòu)形式的建筑幕墻，其受力形式存在差異，因此應(yīng)該細(xì)化受力分析過程，根據(jù)所選材料特性合理分析、計(jì)算。

幕墻由于良好的藝術(shù)裝飾效果，在建筑建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用，在社會需求刺激下，新型幕墻材料不斷被研發(fā)出現(xiàn)，其性能更為優(yōu)越。除了傳統(tǒng)的玻璃幕墻、石板幕墻、陶瓷板幕墻、金屬板幕墻之外，還可選擇微晶玻璃、GRC板及千思板等材料，確保設(shè)計(jì)方案達(dá)到最佳效果。

2.建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化措施分析

2.1安全性的優(yōu)化

從目前來看，我國建筑幕墻存在較多安全隱患，因此，在設(shè)計(jì)過程中，首要的優(yōu)化因素就在于其安全性。為降低幕墻脫落事故發(fā)生率，應(yīng)優(yōu)化建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，確保幕墻結(jié)構(gòu)各連接點(diǎn)的穩(wěn)固性和可靠性，確保其強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性達(dá)標(biāo)。玻璃幕墻由于采光效果、裝飾效果好，應(yīng)用廣泛，但是這些材料受溫度影響大，容易爆裂，故而設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)優(yōu)化幕墻節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，在玻璃邊緣及鑲嵌槽底板間預(yù)留一定間隙，以防玻璃受溫度變化應(yīng)力擠壓而爆裂，如若條件允許，可以選擇夾膠玻璃或貼膜玻璃，這樣即使玻璃爆裂，短時(shí)間仍會整體固定于框架上，不會立刻脫落，可供維修更換，其安全性得到保障。除此之外，開啟窗的安全性設(shè)計(jì)也是建筑幕墻結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，如若存在設(shè)計(jì)缺陷，很容易出現(xiàn)窗戶脫落現(xiàn)象。開啟窗結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在框與龍骨連接處螺釘設(shè)計(jì)間距過大、開啟扇底部未設(shè)計(jì)鋁合金或不銹鋼托條等設(shè)計(jì)缺陷，應(yīng)格外注意。開啟窗設(shè)計(jì)有著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)囊?，以掛鉤式框扇連接的設(shè)計(jì)為例，開啟扇上橫龍骨的剛度應(yīng)該單獨(dú)計(jì)算，因?yàn)樗柰瑫r(shí)承受上玻璃板塊自重及開啟扇自重，其剛度要求遠(yuǎn)高于其他位置的橫龍骨，確定剛度要求后，可通過加大橫龍骨截面尺寸、增加橫龍骨壁厚、加裝鋼襯等措施來達(dá)到既定剛度[3]。

2.2荷載設(shè)計(jì)優(yōu)化

為減輕建筑幕墻自重，通常會選用輕質(zhì)材料，這些材料相較而言強(qiáng)度更低，需要優(yōu)化荷載設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)幕墻結(jié)構(gòu)和材料選擇，精確計(jì)算荷載極限。如玻璃幕墻，為確保其轉(zhuǎn)接件荷載設(shè)計(jì)強(qiáng)度，會采取增加局部筋肋和折邊工藝的方式來提升其強(qiáng)度。如硅酮結(jié)構(gòu)膠的計(jì)算，需要重點(diǎn)計(jì)算主要受理部分，即橫梁和立柱的承載力，再計(jì)算出粘結(jié)寬度、厚度從而確定其截面積，以達(dá)到安全適用、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理的目的。

3.結(jié)語

在建筑幕墻施工中，受到設(shè)計(jì)方案不完善、產(chǎn)品質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、缺乏既定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等因素的影響，施工質(zhì)量得不到保障，再加上相關(guān)單位缺乏對幕墻的有效維護(hù)和管理，埋下安全隱患，在使用過程中很容易出現(xiàn)安全事故。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，建筑幕墻材料種類增加，加工工藝逐步完善，為建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了更多的可能性，相關(guān)單位應(yīng)以健全幕墻功能和提升幕墻結(jié)構(gòu)安全為前提，優(yōu)化建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，推動建筑幕墻行業(yè)長效發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]鄧治良，陳恩莉，董彪.從設(shè)計(jì)角度談裝配式幕墻的施工安裝——體系優(yōu)化? 高效作業(yè)[J].四川建筑，2019，39（05）：50-52.

[2]趙全斌，王嘉川，李國華，王成.基于BIM技術(shù)的建筑幕墻裂紋損傷強(qiáng)度智能評價(jià)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2019，42（08）：175-178.

[3]朱向前，龔靜華，李信橋，劉鐵燕，房明，李利華.單層索網(wǎng)幕墻結(jié)構(gòu)在高層建筑中的設(shè)計(jì)與施工[J].建筑結(jié)構(gòu)，2016，46（19）：57-61.