探讨建筑幕墙结构优化设计

探讨建筑幕墙结构优化设计

张强1陈大永2

沈阳远大铝业工程有限公司辽宁沈阳110027

摘要：现代建筑幕墙结构的应用非常普遍，其功能多样性也随着建筑功能的发展而变化。为了保证建筑幕墙结构设计的合理，文章对其幕墙设计的优化进行阐述。

关键词：建筑幕墙；结构设计；优化；措施

前言

随着我国城镇化建设的快速发展，城市建筑在功能性、实用性和节能环保等方面的要求越来越突出，建筑幕墙的出现则正好满足了很多使用功能的需求。建筑幕墙的形式与功能的样性使得建筑具有了更多的美观和实用效用，因此，建筑幕墙的使用越来越广泛。在现代化筑中各种形式和结构的幕墙对于建筑的整体结构在力学性能和安全性能等方面，对其结构计提出了很高的要求，同时，在幕墙的结构设计中还要兼顾经济性和美观效果。但在实际施设计中，由于各种设计因素和施工因素的影响，很多幕墙结构设计中存在着诸多不足，如采光安全性、节能性等方面，影响着建筑的安全与质量，整体效果上达不到预期设计目的，就需要在建筑幕墙的设计过程中认真研究其结构选型及外在体现的效果，从而满足建筑幕墙设计需求。

1幕墙设计的整体设计要点

在建筑幕墙中建筑范围结构起到重要的作用，扮演着除了装饰的作用，很大程度上是要发挥其功能作用，一般除了承受本身的自重，还要对地震以及风力作用起到阻碍作用，但是其实幕墙本身是不用承担建筑主体因地震以及风力荷载产生的作用。从以上分析可以分析建筑幕墙的设计要点：设计的建筑幕墙一定要具有的功能就是刚性和稳定性。刚性体现在要承受自重和幕墙上面的重量。稳定性体现在建筑幕墙要有一定量的位移。除了刚性和稳定性，还要注意幕墙的防水，尤其对于玻璃采光顶的幕墙工程，施工技术人员要确保玻璃的密封性和玻璃的质量，不符合施工的材料要及时更换，施工完毕，要对玻璃的防水性进行测试，防顶部漏水现象的出现。

2结构优化设计注意事项

2.1为了保证幕墙结构能正常工作，在设计每一构件时，首先要使构件在外力作用下不破坏，即每一构件要有足够的强度。第二要考虑构件在外力作用下要变形，但变形不能超过某一允许范围，即每一构件要有足够的刚度。最后，构件在外力作用下，可能原来的形状不能继续维持而要突然改变，即原来的平衡形式不能保持稳定。幕墙构件设计时，应当考虑以上三方面以及参数本身、构造方面的要求，以数学表达式的方式写出。但对具体工程的具体构件，往往有时只考虑某些主要方面，有时可以以强度为主要的，有时则可能以挠度为主要的。假如所设计的构件能符合强度、刚度和稳定性的要求，就认为设计是安全的。一般而言，横梁在设计中应考虑强度、刚度、整体稳定、局部稳定。立柱应考虑强度、刚度和局部承压。拉弯构件应考虑强度和刚度。压弯构件应考虑强度、整体稳定、局部稳定和刚度。幕墙结构的连接通常有焊接、铆钉连接和螺栓连接。与主体结构的连接有前置式的预埋件连接，后置式的膨胀螺栓连接、穿透螺栓连接等。

2.2合理地确定荷载和作用，是幕墙设计中十分重要的工作，作用在幕墙上的荷载有重力荷载、风荷载、雪荷载，此外还有使结构产生变形和内力的作用，有地震作用、温度作用。如果取值过大，所设计的结构尺寸会偏大，造成浪费；如果过小，则所设计的结构不够安全。设计变量的个数就是优化问题的维数，若有n个设计变量X1，X2，…，Xn的优化问题，变量按一定次序排列就构成一个数组.设计变量的个数越多，设计自由度就越大，容易得到比较理想的设计方案，但随之而来的是，使设计复杂起来，优化计算更加困难，所以，应尽量减少设计变量的数目，将一些参数定为设计常量，而只将那些对目标函数影响较大的设计参数确定为设计变量，以使优化设计容易进行。

3幕墙结构设计问题

3.1所谓幕墙，本身是设置在主体构造之中的外围体系，该结构只是负担墙体自身受到的力，不应该承担主体传递的力。对于幕墙构造来讲，它承担的力要经由适当的连接传递给主体，而且要保证其合乎主体相关的变形内容。

3.2结合规范和相关的构造特征，明确结构的类型，不能够只是关注外在的规定，不过在条件许可的时候可以合乎业主等规定。不应该没有目的的应用索结构。要积极的和相关的设计人员联系，要寻求其思想，要不然的话就会导致浪费现象发生。

3.3应重视钢结构连接节点可靠性；有框幕墙及石材是挂在主体结构上，其连接非常重要；隐框幕墙设计要谨慎，玻璃下设托条，结构胶设计计算及质量要有可靠保证。

4建筑幕墙结构设计的优化措施分析

建筑幕墙结构设计是一项非常繁琐的设计工作，它往往涉及很多复杂的应力计算和安全设计，在保证安全、美观、经济的前提下，进行优化设计方案，是建筑幕墙结构设计的主要工作。建筑幕墙结构的设计中，根据施工条件和建筑要求，可以进行以下设计优化措施：

4.1安全性优化

幕墙结构的安全性设计除了要满足结构承载负荷的要求之外，整个建筑结构的安全性也是与之相关的，幕墙结构的安全性优化除了需要满足结构的可靠性之外，还要充分考虑采光顶的消防设计。较大型的玻璃采光顶，必须使用耐火极限不低于0.25h的三级耐火级的吊顶，同时满足结构防火的要求，其他如防雷、防高空坠物、防冰雹等设计要求，在抗震设计中，玻璃幕墙的镶嵌深度要保证可靠固定。重点做好各构件连接点的设计优化，幕墙结构消防安全通道的影响布置也很重要。

4.2采光、保温等功能优化

建筑幕墙的结构设计不仅仅是对建筑物的美观设计，同时，幕墙结构带来的采光和保温等实用功能才是幕墙结构得以快速发展的主要功能，而保温隔热和采光有时其功能会发生冲突，如玻璃幕墙的采光效果好，但保温隔热差，因此，选择不同传热系数的玻璃，采用隔热断桥铝型材作为框架结构，同时优化密封方式，采用双层幕墙，相对于单层传统幕墙，在采暖时可以节省能源约40%~50%，制冷时可以节约能源约40%~60%。

4.3结构经济性优化

结构设计的经济性需要根据幕墙结构的面板布置以及主体结构的支撑等条件，考虑结构型式的经济合理性，在对载荷与结构尺寸要求的计算上，合理的选择最佳方案，避免设计尺寸过大或性能条件取值过高而造成材料浪费。在结构型式上尽量采用结构简单的简支梁或双支点梁结构，合理利用材料的力学性能，提高结构的可靠性，实现成本控制。

5建筑幕墙设计的发展方向

建筑幕墙的科技型发展趋势也是在时代潮流下的一个必然选择之一，这种潮流大致有以下几个内容：首先是环保效果更加突出环保已经是当前国际社会关注的重要问题，经济水平快速发展的同时也伴随着环境污染的日趋严重建筑幕墙的环保一是要注意用材不会对公众和环境造成污染性的损害，另一个方面就是要能够抵御一定的外在干扰例如噪音污染、光线污染等这些在城市中更为严重和常见的污染问题，这是建筑幕墙环保在当前应该关注的问题。其次建筑幕墙的科技发展应该与新型的能源措施结合在一起。当前玻璃幕墙已经成为很多公共建筑选择的幕墙形式玻璃与太阳能的结合也是当前幕墙开发的一个主要方向，利用各种自然能源来进行转化，变成可以被各种建筑利用的普通能源是幕墙科技型发展的一个主要趋势。

结束语

实践证明，建筑物的幕墙结构对于提高建筑物的美观、实用功能具有十分重要的意义，对于其结构设计的优化，在安全设计、载荷优化、实用功能优化和结构经济性优化等方面，采取的优化设计，能够实现幕墙结构的低成本、节约能源、安全可靠、舒适实用等目的，这也将是现代建筑施工中的主要目标。

参考文献：

[1]黄江陵.建筑幕墙结构概念设计及其要点[J].中国建筑金属结构，2013，10：70.

[2]裴绍军.浅谈现代建筑幕墙设计中的结构抗震设计[J].中国建筑金属结构，2013，10：84.