建筑幕墻結構設計與優化

徐蛟

沈陽遠大鋁業工程有限公司 遼寧沈陽 110027

1 建筑結構設計優化概述

設計師對建筑結構的優化是一項專業性較強的工作。在明確建筑設計目的、使用功能的基礎上，用恰當的方法進行優化設計，建筑設計先制定多種對比方案，綜合考慮外立面的設計，再結合結構設計中安全實用和可行性較強的設計方案，對項目的優化設計進行綜合的考慮。因為建筑工程涉及的面比較廣，因此對建筑結構的優化設計涉及豐富的內容，主要包括建筑方案優化和結構、成本方案優化。如果再進一步細分，建筑方案優化包括總圖規劃方案、戶型方案、建筑風格等方面的優化等等；結構的優化設計包括：基礎結構方案的優化設計、結構選型方案的優化設計和結構細部設計的優化設計等等。設計師通過建筑結構設計可以合理分配固定資源和有限空間，最大化使用建筑設備和建筑材料，保證建成的房屋具有美觀，安全和舒適等特點。建筑結構設計優化主要是合理分配資源，并且對資源進一步加強固定。在造價方面，經過優化設計的房屋更加節省[1]。

2 建筑幕墻結構設計的優化措施

2.1 結構安全優化

在幕墻的設計中，必須特別注意垂直幕墻的剛度和結構穩定性。幕墻掉落事故多發生在垂直幕墻上。保證各種結構的關鍵節點，特別是玻璃幕墻的連接的穩定性和可靠性是必要的。它受溫度的影響很大，容易爆裂。因此，在設計玻璃幕墻節點時，應注意保留玻璃邊緣與鑲嵌地板之間的空隙，以免玻璃因擠壓應力而損壞。

在條件允許的情況下，盡量選用疊層玻璃，也可以使用薄膜玻璃。這樣，當玻璃破碎時，也會固定在整體的框架上，在短時間內不會脫落。會有一定的維護和更換時間，可以大大提高安全性。

對于玻璃照明屋頂，在保證照明的同時，需要考慮其防雷、防火和剛度，防止高空墜落物體的破壞，并在防火設計中防止火災時的爆裂和倒塌。

此外，開放式窗戶的安全設計也不容忽視。各地都出現了因設計缺陷和維護管理不善而造成的窗戶脫落現象。事故發生率僅次于玻璃爆裂。由于開窗結構復雜，設計人員往往因理解不佳或缺乏關注而有設計缺陷。目前開窗設計中的主要缺陷有：頂框與橫向龍骨的連接力，扣板不可靠，開扇底部沒有鋁合金或不銹鋼托架，而且車架與龍骨之間的螺釘設計距離過大，不符合規范要求。在選擇摩擦鉸鏈時，必須根據開啟窗的重量和開啟角度，結合開啟現場的風壓，對鉸鏈進行計算和合理選擇。在鉸鏈連接處，應合理增加鋁合金型材的厚度，增加內部鋼襯，以增加局部強度。

2.2 承載力的優化

由于現代的幕墻通常使用輕量材料以減少自重，有些材料會隨著厚度的減少而有自身的強度降低，因此需要考慮額外的局部肋和折疊過程。在玻璃幕墻的施工中，需要掌握硅膠結構膠的質量，并計算出相應的粘結寬度和厚度。在框架幕墻施工系統中，由于梁、柱是受力的主要部件，應計算梁的承載能力，以確定適當的截面面積和厚度，在選材時應考慮安全性和經濟性。

2.3 環保節能方面的優化

在保證幕墻的安全性和功能性的基礎上，也有必要考慮其長期使用的好處。通過采用新技術，可以大大降低建筑物的能耗。例如，近年來流行的雙層幕墻結構可以利用氣壓的差異和煙囪效應，實現雙層幕墻之間空氣的自然循環。通過自然通風可以有效改善幕墻的隔熱性能，在不增加能耗的情況下提高人們工作生活環境的舒適性。

2.4 采光保溫等功能性優化

建筑幕墻不僅需要有裝飾美觀的作用，還要具有安全性。其實不僅如此，它還發揮著采光保溫的功效，同樣也是建筑幕墻的主打功能之一。但是保溫和隔熱兩種功能在使用同一類型的幕墻時可能會發生沖突，比如在使用玻璃幕墻的時候，可以保證其采光性，但是保溫隔熱的效果就會變差。這時候要選擇不同傳熱系數的玻璃，對密封方式進行優化，必要時可以采用雙層幕墻，不僅可以加強幕墻的功能性，還更加節能環保。

2.5 建筑材料優化

隨著社會技術的發展，在市場上有很多新型的節能環保材料可供選擇。對設計師而言，需要對新型的材料有敏銳的觸覺，能夠在設計時考慮采用合適的新型環保材料，以達到減少能耗、減少造價的優化要求。如帶保溫、防火性能的外墻仿石材裝飾系統、鋼筋網片等的新型材料，都能對項目的優化設計、降低工程造價、加快工程施工進展帶來明顯的優化效果。

2.6 優化預埋件設計

在加固幕墻支護構造時，主要使用的受力部件為預埋件，所以，必須重視其質量。預埋件是由錨筋、錨板構成的。較為常見的預埋件是平板式、槽型兩類。其中，錨板要求采用的鋼材型號是Q235B，而且必須在表面加以鍍鋅，鍍鋅膜厚度必須超過40μm，并且具有一定的抗腐、散熱效果。在生產預埋件時，幾乎無規定的錨筋、錨板處理方式，一般將之焊接為T形或是塞焊，不過必須確保其質量合格，盡量采用坡口塞焊手段處理。

2.7 平面設計方案優化

建筑的平面設計方案不同，建筑的合理使用性以及建筑成本的需求量也會不同。因此在多個建筑平面設計方案中選擇最優設計方案非常重要，要確定建筑的平面布局、柱網間距到樓層數、層高、建筑物的高度和房屋的基本類型等，同時房屋開間大小和進深對會對設計方案產生影響。如果建筑房屋的性能相同，一般設計方案和最優設計方案的成本不同。因此在優化設計方案時要根據具體情況選擇側重點。

3 結語

綜上可知，隨著對建筑幕墻的結構研究不斷深入，目前已經出現了單元式幕墻、全玻璃幕墻等各類不同材質、不同樣式的幕墻。在對幕墻進行設計的時候，要對功能性與安全性折中設計并且將各種性質綜合考慮，主要可以對其安全性、載荷、采光保溫功能和結構經濟性進行優化，來滿足建筑行業日益發展的需求。