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建筑幕墙设计中的结构设计问题及优化措施

发表时间：2020/12/29 来源：《基层建设》2020年第24期作者：李俊炜

[导读] 摘要：在建筑幕墙设计的过程中要关注幕墙的美观性、功能性、和经济性，不仅要注重建筑幕墙的轻盈性和便捷性，同时还要针对幕墙结构的安全性进行完善设计。

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        摘要：在建筑幕墙设计的过程中要关注幕墙的美观性、功能性、和经济性，不仅要注重建筑幕墙的轻盈性和便捷性，同时还要针对幕墙结构的安全性进行完善设计。相关从业技术人员有必要针对建筑幕墙结构设计中存在的一些问题进行深入分析，并积极探究其相关优化措施，这也是本文要探讨的主要内容。
        关键词：建筑幕墙；结构设计；优化措施
        引言：建筑幕墙作为建筑整体的重要组成部分，对于建筑整体的设计有着关键影响，不但决定着建筑的外观装饰效果，而且对于建筑的抗风、抗震、抗雷雨等性能也有重要影响。建筑幕墙作为一个建筑的外壳，有很多不同的结构类型和形式，并且随着行业的发展，其结构类型越趋复杂，建筑幕墙在进行结构设计时也会存在诸多问题，这些问题会直接影响到整个幕墙结构的功能性和美观性，所以相关人员有必要对幕墙的结构设计进行不断优化。
        1、建筑幕墙结构设计过程中存在的问题
        1.1设计人员的结构设计能力不高、结构意识薄弱
        我国建筑幕墙行业发展时间较短，许多从业者并未对幕墙设计内容形成全面知识体系，对于建筑幕墙设计的结构优化意识也比较淡薄。此外，由于幕墙设计工作专业性非常强，要求设计人员具备丰富的知识与技能储备，而多数情况是设计人员未经过系统学习，专业技能较差，且工程承包企业并未对设计人员的专业设计知识形成重视，结构设计理念无法得到及时更新，产出的设计方案无法对施工过程形成精准有效指导，减缓了产品质量以至行业发展。
        此外，设计人员缺乏创新思维，无法有效地结合当代的新技术与新理念对于设计方案进行创新设计，都在一定程度上阻碍了幕墙技术的进步和对于新技术与新理念的应用及推广。
        1.2缺乏突发情况抵抗破坏的设计
        建筑幕墙作为整个建筑的保护外壳，在遭遇突发状况时，将会最先受到外力的侵袭。近年来幕墙设计中的安全问题已经引起人们的广泛关注，但是通过调查发现在幕墙设计过程中仍然普遍缺乏考虑严重自然灾害等突发状况。一旦发生突发性情况，比如特大风雨雷电等自然现象，幕墙受到外力侵袭，导致载荷过大而发生安全事故。因此在设计过程中，要尽可能准确的估算突发情况的极限载荷，并考虑到幕墙的结构中去，以保证其抵抗破坏的能力。
        1.3缺乏现代化的设计观念
        多年以来，我国在建筑幕墙结构设计观念上依然比较落后，建筑幕墙未来的发展方向必然是装配便捷、绿色环保、智能信息，但在保证这些要求的同时，当前人们也越来越追求外观上的协调、舒适。然而，我国当前的设计观念多数还停留在保证基本功能为基础，通常是会选择传统的材料、传统的结构形式来对建筑幕墙进行设计。放眼未来，建筑幕墙设计一定要结合结构设计、功能设计、美学设计等多方面因素才能实现精品设计。
        2、建筑幕墙结构设计优化措施
        2.1优化设计方案
        建筑幕墙的主要结构有：框架式、单元式、索网式、全玻式等结构；建筑幕墙的主要材料有：玻璃、石材、金属板等。在建筑幕墙的设计时应该结合对建筑幕墙需要的功能和外观的艺术效果来选择结构和材料，设计结构时应该按室内外的实际工况，来选择合适的幕墙结构。考虑到结构稳定及自重轻便的原因，现在大多采用铝合金的框架幕墙，横梁和立柱均采用铝合金材料，如果结构复杂对材料的强度要求较高，可以适当采用钢质桁架、轻便拉索等构造。通过完整系统的结构力学计算，来优化幕墙骨架、面板、支撑构件的材料选择。

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        2.2外观结构设计优化
        幕墙结构是现代建筑物外观结构的一个重要组成部分，它要在保证外立面美观和功能的同时，满足结构构件其自身的使用要求，尤其要注意其结构的稳定性原则。在设计时不能简单的依据结构设计原理进行盲目设计，要在满足安全性的前提下考虑可能侧重某一方面的设计要求。要对幕墙结构设计的方案进行择优选择，这需要根据幕墙设计的面板布置分格尺寸，确定幕墙主体结构的主要支撑点、边界线和结构形式等，选择出幕墙结构的最佳方式方法，如：索结构、钢结构、玻璃肋结构或组合结构等。
        2.3安全性设计优化
        建筑幕墙结构优化设计应以结构的安全性、稳定性为前提，以幕墙结构与构造在使用过程中安全可靠为原则，避免出现较严重的设计错漏。基于建筑幕墙结构安全性的保障工作而言，设计人员首先应考虑幕墙结构体系的选择，构造合理以满足性能的要求，其次应注重幕墙专业的消防设计，设计方案必须满足相关消防规范的要求，使得幕墙具备良好的耐火、防火、防烟、隔热的性能，避免因火灾造成的安全事故。另外，对于高层和超高层建筑物，必须重点考虑玻璃因自爆导致“玻璃雨”安全事故，近年来越多来越多的采用外夹胶玻璃，可以有效的防止此类事故。人造板材或者石材幕墙应避免因面板脱落导致的安全事故，多采用在易碎板材后挂防坠网的形式，可以有效降低脱落风险。
        除上述内容外，建筑幕墙结构整体的抗震性能也尤其重要。在地震作用下，幕墙应保持结构的整体性，避免因地震作用下的位移使得幕墙结构发生较大破坏，应当以“小震不坏，中震可修，大震不倒”三水准为设计原则。除了建筑幕墙结构支撑构件与外饰墙面板的强度和刚度满足规范要求，还应当在相邻幕墙单元板块之间（例如：公母竖框之间、上下横梁之间）以及幕墙单元板块与建筑主体结构连接处设计预留有效的变形缝，从而提高幕墙结构整体的抗震性能。
        2.4功能性优化设计
        建筑幕墙结构优化设计中还应重点考虑其功能性的要求，使得建筑幕墙产品在使用中发挥出应有的功能与价值。在功能性优化设计中，设计人员首先考虑幕墙的基本功能，例如：抗风压性能、水密性能、气密性能、热工性能、光学性能、空气隔音性能、平面变形性能等，另外应考虑设计的集成化，例如：遮阳、灯光亮化、BMU等因素。除此之外，优化设计应具备维护更换的方案，保证建筑幕墙产品在使用过程中的易维修与换。
        2.5经济性设计优化
        在对建筑幕墙的设计过程中要综合考虑幕墙功能性和经济性的平衡，要在满足设计以及其他所需功能的基础上，尽量减少经济成本。在现代幕墙的设计中为了减轻幕墙的自重，通常采用比较轻质的材料。对于板材材料，其自身强度会随厚度的减少而降低，因此在设计过程中需要额外增加局部的筋肋和折边加强工艺，以期减少面板厚度。在进行立面分格尺寸时，需要寻找最优设计方案，避免因为设计不合理造成资源和成本的消耗。在结构形式上通过采用更为实用简单的结构，在保证结构可靠性的同时，实现功能性和经济性的平衡。
        结束语
        综上所述，随着建筑行业不断发展，幕墙设计也在朝向新的方向发展，并发展出单元式、全玻璃式、索网式等多种幕墙样式，在材质方面也有了很大的发展，除了常见材料外，GRC、UHPC、复核外墙板材等多种多样的幕墙材料也逐渐广泛的用于现代的建筑中。针对幕墙结构设计，设计人员应具有系统的结构力学概念，应具有幕墙专业所需要的结构力学方面的知识，才能更好的平衡设计成果的功能性、安全性和经济性，另外设计人员需要增强对建筑多维度的理解，深刻了解建筑、结构、消防、节能、绿建等多专业相关知识，才能更好的提升建筑幕墙的设计质量，以推动建筑行业长足发展。
        参考文献：
        [1]胡晶晶.建筑幕墙结构设计及优化措施[J].建材发展导向（上），2020.
        [2]盛理仲.探究建筑幕墙结构设计及优化措施[J].建筑工程技术与设计，2019.
        [3]兰天.建筑幕墙设计中的结构抗震设计分析[J].消费导刊，2018.
        [4]张宝旭，于挺.建筑幕墙结构设计与优化探讨[J].商品与质量，2017.