幕墙材料及幕墙结构设计分析

幕墙材料及幕墙结构设计分析

马晨笛 吴雨娇

浙江中南建设集团有限公司 浙江省杭州市 310000

摘要：随着社会经济的发展，幕墙已不仅仅用于大中城市的高层和高档商业建筑，越来越被中小城市的开发商所青睐。然而长期以来，建筑及结构设计人员不承担幕墙的设计，而是由制造厂家自行设计、自行负责。具备一定技术实力的制造商，基本能保证有可靠的技术服务，由于厂家隶属于不同行业，采用不同的标准十分不统一，往往出现一些严重安全隐患，对于小城市中不具备技术实力的厂商，安全问题更为严重。在建筑物建设安全、适用、经济的前提下，明确幕墙材性要求和幕墙设计刻不容缓。

关键词：幕墙材料；幕墙结构设计；

幕墙的创新首先是幕墙材料的创新。幕墙除了建筑技术外, 其核心内容是一类建筑材料的应用技术。建筑幕墙材料主要包含了结构材料、功能材料、装饰材料三大类, 反映了幕墙的三个主要性能: 外观性、安全性、功能性。每一类材料尚要细分, 如结构材料中的预埋件、连接件、框架材料; 功能材料中的墙面、粘结、防水、密封、防火、避雷、保温、隔热、光学、隔声、清洁、防锈以及另配件等等。也可以从另外角度对材料分类, 如框架、墙面、粘结为主体材料,其他为配套材料等。

一、幕墙材料

1.建筑幕墙是一类由材料复合、复合材料形成的复合构造所构建的结构一功能一装饰复合外墙体, 有些材料会兼备多种功能, 发挥非单一的作用。例如墙面材料的玻璃墙板, 既具备外观装饰, 还兼备结构和光学、热工、防水、挡风等功用。如在玻璃外层上喷复特种涂膜, 像光触媒氧化钦涂料, 则形成良好的玻璃自清洁功能。如在玻璃内层上镀低辐射膜, 则形成良好的保温隔热功能。如在玻璃面层上粘贴特殊的钦金薄膜, 则构成复合安全玻璃, 可提高强度、防爆、防散落、防紫外线损害、改善热工等功能。建筑幕墙材料有一个发展过程, 建筑幕墙随之发展, 表现为一定的应用滞后期。例如构成玻璃幕墙物质基础的玻璃墙板, 随着玻璃技术现代化、玻璃工业产业化的发展, 经历了单片浮法玻璃、镀膜玻璃、钢化与半钢化玻璃; 单片复合夹层玻璃、中空玻璃; 新型低辐射膜中空玻璃、悬张膜多空腔节能中空玻璃、真空玻璃、光电玻璃、超白玻璃、彩釉玻璃、多彩功能夹层玻璃等不断应用阶段。因此, 幕墙专业应密切注视幕墙材料发展的动向, 进行相应的技术储备, 应有一定的超前开发应用期, 从而提前占领新的技术制高点, 为开拓市场作好准备。应该看到, 新型幕墙材料的发展, 是对国家战略、总体发展政策的响应。比如建筑节能、环境保护、绿色建筑、可循环经济、节约型社会等, 都在推动着建筑新材料的技术进步。

2.当前, 建筑节能法规政策的颁布并强制性实施, 对建筑幕墙的节能要求有了具体的规定。特别对采光的玻璃幕墙的节能提出了新的指标。因此, 节能玻璃的开发极为迅速, 在幕墙上的应用极其活跃。除使用由高传热系数的单片镀膜玻璃改进为采用较低传热系数中空玻璃外, 更多地推广使用镀低辐射膜的中空玻璃, 并配套地使用绝热断桥铝合金型材, 使得幕墙系统不只是单纯的材料或构件的热工性能得以改善。近来一种悬张膜多空腔节能中空玻璃正起步进入市场。其高效节能热工指标、保温隔热一体化、不结露、抗紫外线、良好隔声性能、节能环保相结合, 受到了专业人士的重视。从节能效果、少占建筑面积、综合性价比、幕墙工艺、建筑总体经济效益等几方面, 与目前幕墙市场上被广为关注的双层通风幕墙比较, 各有千秋。在节能要求密闭、通风要求开放的这对矛盾运动中, 开发新型通风型材和遮阳百页, 也大有文章可做。此外, 城市灾害预防中对既有玻璃幕墙安全检查与整改的要求, 除部分用夹层玻璃取代全钢化玻璃, 以根除玻璃自爆破碎高空散落的危险性外, 更多的将会在原有玻璃板片上粘贴钦金薄膜, 以构成复合安全玻璃。但在外片玻璃上贴膜, 除耐候性、老化性尚有待进一步改进外, 与结构密封胶的相容性、长期使用后翘边现象, 也是应考虑的问题。为了对玻璃光反射负面效应的控制, 除对玻璃幕墙进行光环境评估和可见光反射性能的规定外, 采用无炫光玻璃也是应引起关心的幕墙新材料。对非采光幕墙材料, 多向表皮材料与保温隔热材料复合预制化发展。在改进幕墙长效管理、易于拆换维修及清洁上, 亦有新型材料的综合考虑。

二、幕墙结构设计

1.保证幕墙设计的整体美观效果幕墙主要悬挂或支承在建筑物主体结构的外边缘，因其具有对建筑主体的维护与美化作用，在现代幕墙设计工作中，首先就必须要求设计人员掌握现代美学、艺术学科、建筑学科等知识并具有一定的运用能力，在保证幕墙整体耐用性与结构强度的基础上，还要注意保证幕墙设计的整体美观效果，以及与建筑主体的协调统一性。随着计算机技术的发展，建筑幕墙行业与国际之间的交流越来越多，建筑幕墙设计在对建筑主体外观美化的要求也会更高。幕墙主要构件应悬挂在主体结构上，斜墙和玻璃屋顶可悬挂或支承在主体结构上。幕墙应按围护结构设计，不承受主体结构的荷载和地震作用。幕墙及其连接应有足够的承载力、刚度和相对于主体结构的位移能力，避免在荷载、地震和温度作用下产生破坏和过大的变形，妨碍使用。

2.要注意幕墙性能指标设计。幕墙容易受到外部作用力的破坏，因此，在其设计工作中，一定要对幕墙整体结构稳定性与抗震性进行严格且合理的设计，强化幕墙的抗震性与稳定性，降低因幕墙设计不合理造成的经济损失，防止幕墙塌毁造成居住者的生命财产损失。目前，国内幕墙主要以玻璃幕墙与金属幕墙使用为主，针对不同的建筑幕墙用材，设计具有高稳定性与抗震性的建筑幕墙是设计人员特别要注意的问题之一。除此之外，幕墙设计还必须满足维护结构所具备的水密性，气密性，隔声性能，隔热保温性能，节能环保等各项性能指标。

3. 幕墙与主体结构的连接设计。幕墙与主体结构的连接位置与连接方式，应考要求对重力荷载、风荷载、地震作用和温度作用有足构的承载力；在上述荷载和作用下，不应使幕墙构件产生有害变形；当主体结构与幕墙产生相对位移时，不应影响幕墙的性能；连接件庖进行计算或实物试验．以确保其在各受力方向均具有足够的承载力。受力铆钉和螺栓，每处不得少于两个。连接件承载力设计应以下要求连接与主体结构的锚固强度应大于连接件本身承载力设计值与连接件直接相连的主体结构构件应具有足够承载力；连接件的焊缝、螺栓和局部挤压应按钢结构设计规范规定进行设计。铝台金材料应采用相应的物理力学性能指标。竖直幕墙的立柱应悬挂在主体结构上，应使立柱处于偏心受拉工作状态；立柱与主体结构之间设置过渡桁架时，也应可靠连接；铝台金立柱与钢桁架连接应考虑温度变化时两者变形差异产生的影响。幕墙主体与混凝土结构宜通过预埋件连接，预埋件必须在主体结构混凝土施工时埋人，因此幕墙设计应尽早进行。当没有条件采用预埋件连接时，应采用其它可靠连接时，应采用其它可靠莲接措施，井通过试验确定其最载力。膨胀螺栓一般只用于旧建筑改造加设幕墙的工程，此时每隔3—4层宜凿开钢筋，加焊铁件与幕墙连接。预埋件设计按混凝土结构设计规范有关规定进行计算，并应符台有关的构造要求。

建筑幕墙是实现建筑外观和功能的决定性载体，其材料及设计是幕墙工程实施的基础。因此，正确地认识幕墙设计及材料使用，把握新时期幕墙设计的发展方向，对提高行业建筑墙幕设计水平乃至国内的建筑设计水平有着重要的意义。

参考文献：

[1] 张华俐. 浅谈建筑幕墙设计分析[J]. 城市建设理论研究，2018（08）.

[2] 邓锦振. 建筑幕墙材料及设计探析[J]. 建筑技术，2018（10）.