建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化探究

王 巖

（江蘇炯源裝飾幕墻工程有限公司，江蘇 南京 210000）

為了提升城市的美觀程度，確保建筑的不同特色，幕墻的應(yīng)用和發(fā)展有著重要的作用。根據(jù)建筑幕墻在結(jié)構(gòu)、材料以及支撐力等方面的不同，它有著相應(yīng)的設(shè)計方式，作為一個完整的結(jié)構(gòu)體系，建筑幕墻與建筑主體之間具有一定的獨(dú)立性，它本身并不承擔(dān)相應(yīng)的荷載，是由面板以及支撐結(jié)構(gòu)組合而成，具有一定的位移能力。在設(shè)計的過程中需要考慮到建筑幕墻的性能，使其具有一定的抗震性、保溫性以及氣密性，從而延長它的使用壽命，確保在使用中的穩(wěn)定性，有關(guān)人員可以就此進(jìn)行具體地研究，圍繞幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計展開探討。

1 建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點(diǎn)

1.1 構(gòu)件式幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計

構(gòu)件式幕墻是建筑幕墻的重要組成部分，它可以分為隱框、明框等不同的類型，需要在工廠中進(jìn)行構(gòu)件的設(shè)計和加工，將其運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后進(jìn)行組裝。構(gòu)件式幕墻在設(shè)計中需要考慮到整體性，將其與主體結(jié)構(gòu)有效地結(jié)合到一起，注意工序之間的有效交接，從而確保構(gòu)件式幕墻結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中的穩(wěn)定性。首先，工作人員需要對幕墻的構(gòu)件尺寸進(jìn)行設(shè)計，對涉及到的技術(shù)參數(shù)以及相關(guān)信息進(jìn)行獲取，明確建筑工程的高度、橫截面積等不同的信息，根據(jù)相關(guān)的質(zhì)量文件以及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對幕墻的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行選擇，包括明框式、半隱框等，從而確定構(gòu)件的數(shù)量、規(guī)格型號等，對其進(jìn)行合理的編號，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中還需要考慮到后續(xù)的可安裝性和可維護(hù)性，盡量確保幕墻的拆卸結(jié)構(gòu)，按照施工操作進(jìn)行合理地設(shè)置。另外，在構(gòu)件式幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要將幕墻與主體通過浮動連接、主桿等方式結(jié)合到一起，做好各個階段的受力分析，明確在建筑安裝中所受到的作用力，是否滿足建筑幕墻結(jié)構(gòu)的布置條件，對桿件、預(yù)埋件的位置進(jìn)行劃分，在埋件的設(shè)計工作中需要確保錨筋、螺紋鋼等零部件嚴(yán)格按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的尺寸進(jìn)行設(shè)計，并且根據(jù)實(shí)際需求對連接件進(jìn)行選擇。

1.2 單元式幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計

單元式幕墻具有工業(yè)化的建筑特點(diǎn)，它是對框架以及面板等部件的體系設(shè)計，在高層建筑中有著廣泛的應(yīng)用。單元式幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計具有一定的簡便性，而且可以將玻璃、鋁板等材料組裝到同一個單元件中，提高它的施工效率，在設(shè)計工作中需要從以下幾個方面進(jìn)行規(guī)劃。首先，單元式幕墻主要分為不同的單元體系，有著一定的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在設(shè)計過程中需要考慮到它的主要形式，從截面、受力等方面進(jìn)行考慮，盡可能地減少過程中的復(fù)雜程度，將性能與結(jié)構(gòu)有效地結(jié)合到一起，確保幕墻在縫隙連接上的有效性。其次，在單元幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作中，有關(guān)人員需要從它的組合板塊、支座安裝以及防水等方面進(jìn)行綜合設(shè)計，根據(jù)單元幕墻的安裝方式采取不同的方案設(shè)計，對現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)研，做好實(shí)地勘測工作，提高數(shù)據(jù)和信息的有效性。另外，在單元式幕墻的設(shè)計工作中，有關(guān)人員還需要做好細(xì)節(jié)方面的規(guī)劃，從可操作的角度對不同的流程進(jìn)行管理，例如將引腳設(shè)計安裝到橫梁上，通過額外的荷載傳遞到幕墻的垂直角度上，保證結(jié)構(gòu)體系的整體性。

1.3 全玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計

全玻璃幕墻是由玻璃肋和玻璃面板組合而成的結(jié)構(gòu)體系，它在應(yīng)用中可以確保幕墻的美觀性和一體性，在一些辦公大樓中有著廣泛的應(yīng)用，可以將其分成不同的格子，提高它的采光性，并且減少建筑幕墻豎向、橫向之間的縫隙，提高它的整體觀賞效果。首先，在全玻璃幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，工作人員需要對玻璃面板進(jìn)行設(shè)計，明確它的玻璃類型，從建筑的抗震等級、環(huán)境等不同的因素上進(jìn)行分析，對玻璃的表面結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度以及腐蝕性等性能進(jìn)行設(shè)計，確保玻璃面板的有效應(yīng)用，同時按照它的應(yīng)力曲線等進(jìn)行計算，對玻璃面板的制作流程進(jìn)行設(shè)計，從它的力學(xué)、密封性以及材料特點(diǎn)等方面進(jìn)行綜合考慮。另外，在全玻璃幕墻的設(shè)計工作中，有關(guān)人員還需要對它的支撐體系進(jìn)行設(shè)計，包括材料、工作原理、密封情況等，可以采用鋼材、鋁合金等材料提高荷載強(qiáng)度，同時通過效應(yīng)組合的方式進(jìn)行計算，保證全玻璃幕墻結(jié)構(gòu)體系在應(yīng)用中的安全性和穩(wěn)定性。

2 建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題

2.1 設(shè)計原則的問題

通過對當(dāng)前建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計過程的觀察和分析來看，當(dāng)前存在的主要問題就是設(shè)計原則存在一定的漏洞，沒有做好前期的準(zhǔn)備以及策劃工作，沒有將幕墻結(jié)構(gòu)與連接件、抗震等內(nèi)容結(jié)合到一起，設(shè)計人員沒有遵循具體標(biāo)準(zhǔn)，使得幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計在懸掛以及安裝等工作中存在相應(yīng)的漏洞。造成這種現(xiàn)象的主要原因是由于設(shè)計人員忽略了設(shè)計與現(xiàn)場、施工之間的有效協(xié)調(diào)，缺乏對于建筑工程資料和概況的審核工作，導(dǎo)致幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計具有一定的片面性，沒有真正的與地震、風(fēng)力荷載以及溫差等外界因素結(jié)合到一起，不利于建筑幕墻結(jié)構(gòu)在應(yīng)用中的穩(wěn)定性。

2.2 設(shè)計計算的問題

在建筑幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，它包含不同的數(shù)據(jù)和公式，需要根據(jù)幕墻的荷載以及組合方式對預(yù)應(yīng)力、強(qiáng)度設(shè)計等結(jié)合到一起，但是就現(xiàn)階段來說，建筑幕墻在結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要經(jīng)歷不同的階段和流程，而且設(shè)計過程具有一定的復(fù)雜性，涉及到的內(nèi)容較多，常常出現(xiàn)計算方面的問題，包括連接強(qiáng)度計算、荷載計算等。造成計算問題的主要原因包括以下幾個方面。首先，工作人員對于建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的理解意圖存在一定的偏差，沒有對過程中的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行具體的分類，導(dǎo)致計算的數(shù)值并不準(zhǔn)確，沒有實(shí)現(xiàn)對于相關(guān)作用力的有效整合。另一方面來說，設(shè)計人員也存在一定的問題，能力水平較低，對于大規(guī)模的計算工作存在不同的漏洞，不能確保計算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可能會存在漏項(xiàng)、重復(fù)計算等問題。同時，有關(guān)部門并沒有加強(qiáng)對于計算過程以及數(shù)據(jù)結(jié)果的審核工作，這就導(dǎo)致在實(shí)際的施工作業(yè)中可能會出現(xiàn)質(zhì)量問題和安全事故。

2.3 設(shè)計方法的問題

在時代的發(fā)展下，建筑幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計更加復(fù)雜，需要將不同的理論知識結(jié)合到一起，并且明確互相之間的邏輯關(guān)系，根據(jù)建筑幕墻的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范以及等級需要采取設(shè)計管理。但是在幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計方案存在一定的滯后性，沒有將其與信息技術(shù)有效結(jié)合到一起，沒有推動設(shè)計過程的現(xiàn)代化發(fā)展，這對于幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效性有著一定的限制，有關(guān)人員需要做好這方面的分析工作，找到優(yōu)化的合理方式。

3 建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化思路

3.1 功能性優(yōu)化

在建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化過程中，有關(guān)人員需要強(qiáng)調(diào)功能性在其中的重要性，明確建筑幕墻的初衷，在設(shè)計優(yōu)化中需要從基本性能入手，對設(shè)計中的工藝技術(shù)、材料以及連接件等進(jìn)行全面地分析，對結(jié)構(gòu)設(shè)計功能的影響因素進(jìn)行了解和明確，從而采取針對性的優(yōu)化措施，做好建筑幕墻結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)工作，考慮到建筑等方面的限制，充分發(fā)揮建筑幕墻的結(jié)構(gòu)功能。

3.2 安全性優(yōu)化

安全是建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要內(nèi)容，它與后續(xù)的施工以及幕墻使用有著密切的關(guān)系，如果由于結(jié)構(gòu)設(shè)計中的漏洞導(dǎo)致安全事故的發(fā)生，可能會造成較為嚴(yán)重的后果。在建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計安全性的優(yōu)化過程中，有關(guān)人員需要明確它的作用力以及荷載強(qiáng)度，是否會隨著溫度、自然環(huán)境等進(jìn)行相應(yīng)的變化，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中將相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)對于風(fēng)險問題的有效規(guī)避，保證建筑幕墻在使用中可以達(dá)到平衡的目的。

3.3 經(jīng)濟(jì)性優(yōu)化

在建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化過程中，有關(guān)人員還應(yīng)該將節(jié)能以及經(jīng)濟(jì)等理念應(yīng)用到其中，包括在材料選擇以及結(jié)構(gòu)的選型上，應(yīng)該盡量考慮到幕墻的造價成本，保證性能的同時，降低成本。避免實(shí)際設(shè)計時，造成大量不合理的設(shè)計形成資源浪費(fèi)，結(jié)構(gòu)設(shè)計盡可能按照簡潔的方式進(jìn)行設(shè)計，保證幕墻安全可靠的同時，對成本進(jìn)行有效地把控。

4 建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的具體措施

4.1 結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)化

材料是結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵內(nèi)容，材料的力學(xué)、強(qiáng)度等性能與建筑幕墻的使用壽命以及穩(wěn)定性有著密切的關(guān)系，有關(guān)人員需要加強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料方面的優(yōu)化工作，從支撐體系，幕墻面板兩方面進(jìn)行規(guī)劃。首先，在支撐體系的材料中，主要以鋼材為主，工作人員需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計之前對鋼材的基本物理性能進(jìn)行選擇，對它的密度、膨脹系數(shù)等技術(shù)參數(shù)的變化范疇進(jìn)行設(shè)定，確保它在應(yīng)用中的強(qiáng)度設(shè)計值、標(biāo)準(zhǔn)值以及極限值，而且鋼材在結(jié)構(gòu)支撐體系的設(shè)計中還包括焊縫上的優(yōu)化工作，對厚度、焊條型號等進(jìn)行明確的規(guī)定，考慮到螺栓連接不同等級下所呈現(xiàn)的抗剪、抗拉等能力值，嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行操作。另外，在幕墻面板材料的優(yōu)化設(shè)計中，主要以玻璃為主，工作人員需要對鋼化玻璃、鍍膜玻璃以及夾層玻璃等類型進(jìn)行全面地了解，根據(jù)它們的自重、張力以及性能等進(jìn)行有效的選擇，同時對玻璃的力學(xué)性能進(jìn)行檢測，由專業(yè)技術(shù)人員明確設(shè)計值強(qiáng)度范疇，從而確保在建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中的合理應(yīng)用。

4.2 結(jié)構(gòu)計算設(shè)計的優(yōu)化

計算是建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要組成部分，需要將相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息代入到相應(yīng)的模型以及公式中，從而對設(shè)計方案中的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計，確保具體尺寸與施工過程結(jié)合到一起。首先，就建筑幕墻的面板計算來說，根據(jù)框式幕墻、全玻璃幕墻等類型的不同有著相應(yīng)的計算方法，工作人員需要做好前期的準(zhǔn)備工作，實(shí)現(xiàn)對于資料的收集，采取解析以及有限元的計算方法，簡化原有的復(fù)雜流程，考慮到荷載作用下面板的變形情況，需要從線形、非線性等不同的角度進(jìn)行考慮，確保它的平衡性，從而對面板的應(yīng)力等進(jìn)行計算，將涉及到的系數(shù)應(yīng)用到其中。另外，還需要對建筑幕墻的支撐體系進(jìn)行計算，根據(jù)建筑工程的實(shí)際概況，對水平方面以及豎直方向的荷載進(jìn)行計算，將作用效應(yīng)分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)用到其中，對組合設(shè)計值進(jìn)行計算，必要時可以建立相應(yīng)的模型，確保計算過程中邏輯關(guān)系的有效性。

4.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的優(yōu)化

在傳統(tǒng)的建筑幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中，它的優(yōu)化內(nèi)容需要通過工作人員在遵循一定原則和規(guī)范的基礎(chǔ)上進(jìn)行操作，需要經(jīng)過不同流程以及計算過程，耗費(fèi)大量的時間，而且設(shè)計結(jié)果并不精確，存在不同的漏洞和隱患，在時代的發(fā)展下，為了確保結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效性，有關(guān)人員需要加強(qiáng)在方法上的優(yōu)化工作，將信息技術(shù)應(yīng)用到其中，從不同的角度上提高設(shè)計效率和質(zhì)量。首先，有關(guān)人員可以將BIM技術(shù)應(yīng)用到結(jié)構(gòu)設(shè)計中，BIM技術(shù)具有三維可視化的特點(diǎn)，還可以與計算機(jī)的不同功能軟件結(jié)合到一起，為設(shè)計工作提供相應(yīng)的平臺，實(shí)現(xiàn)信息的交流和共享，根據(jù)建筑工程現(xiàn)場的實(shí)際情況對結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化。另外，還可以將智能技術(shù)應(yīng)用到其中，包括機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，從而對數(shù)據(jù)和計算過程進(jìn)行有效的控制，可以在短時間內(nèi)完成不同數(shù)據(jù)的計算，確保精確性。

4.4 設(shè)計人員的優(yōu)化

在建筑幕墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化中，有關(guān)部門需要強(qiáng)化設(shè)計人員的綜合素質(zhì)和能力水平，明確他們的專業(yè)技能以及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計工作開始之前需要經(jīng)過系統(tǒng)的培訓(xùn)工作，強(qiáng)化設(shè)計人員的整體性，通過相關(guān)的考核測試后才可以進(jìn)入到建筑幕墻的設(shè)計中，保證各項(xiàng)工作的有序性，及時就問題進(jìn)行處理。

5 結(jié)語

綜上所述，在建筑幕墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，有著單元式幕墻、構(gòu)件式幕墻以及全玻璃幕墻等不同的結(jié)構(gòu)體系，有關(guān)人員需要就幕墻的設(shè)計要點(diǎn)進(jìn)行具體地研究，并且就設(shè)計中存在的問題進(jìn)行了解，包括計算等方面，從而找到結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化的主要思路，從功能性、安全性以及經(jīng)濟(jì)性入手，加強(qiáng)材料、設(shè)計方法以及計算等方面的優(yōu)化工作，確保建筑幕墻可以有效地應(yīng)用到其中，延長幕墻的使用壽命。