井 通 上海鼎固幕墻設計咨詢有限公司

1 引言

因為玻璃幕墻自身具有外觀市場、色彩絢麗、景觀效果與采光效果顯著等各方面的特點，而被廣泛的應用于我國的高層建筑設計中。我國的建筑玻璃幕墻景觀數(shù)十年的發(fā)展和應用，截至目前玻璃幕墻的總面積已經(jīng)超過了2億平方米。然而，因為受到玻璃幕墻質量參差不齊、行業(yè)標準存在缺失、施工工藝不完善、后期維護與檢查措施不到位等各方面因素的影響。導致玻璃幕墻在實際應用的過程中，出現(xiàn)了嚴重的安全隱患，這些問題已經(jīng)成為了影響玻璃幕墻發(fā)展和應用的重要原因之一。

2 建筑幕墻結構設計原則

設計人員在開展幕墻設計工作時，必須在充分重視幕墻功能、美觀以及整體結構設計的基礎上，嚴格的按照建筑整體結構的風格和要求，表達出其所要體現(xiàn)的設計理念。

2.1 外觀設計

在進行建筑外觀的設計時，應該以建筑周邊環(huán)境以及建筑整體外觀的特點，進行幕墻結構安全性與功能性的設計。

2.2 受力設計

由于建筑幕墻只是建筑工程中一種常用的外部圍護結構。所以，其在實際應用的過程中，并不需要承受建筑主體結構的荷載。設計人員在設計幕墻時，只需要考慮建筑幕墻自重與風載荷的作用即可。在開展建筑幕墻設計工作時，設計人員必須對溫度變化引發(fā)的熱脹冷縮以及主體結構變形、位移等因素對目前結構產生的影響予以充分的重視。才能在確保幕墻設計強度達到設計要求的基礎上，提高建筑幕墻設計的美觀性與功能性，降低建筑幕墻結構設計的成本。

3 建筑幕墻結構設計內容

3.1 方案的選定

設計人員應該以建筑設計藝術裝飾效果和功能要求為基礎，設計各種不同的幕墻造型，同時確定幕墻結構的形式和所使用的面板材質。目前常見的幕墻面板主要有玻璃幕墻、石材幕墻、金屬板幕墻、光電幕墻等幾種。設計人員在設計和選擇幕墻結構形式時，必須按照建筑室內外外觀的要求設計，同時為了有效的降低幕墻自重，提高幕墻的耐用性，設計人員應該盡可能的選擇鋁合金礦建幕墻進行建筑幕墻結構的設計。如果幕墻跨度較大的話，為了保證幕墻結構設計的強度和穩(wěn)定性，設計人員可以根據(jù)實際的情況，采用鋼立柱或者鋼鋁結合的立柱設計方式。

3.2 建筑結構的受力分析

設計人員在分析建模幕墻結構的受力形式時，必須精確的計算建筑幕墻的承載壓力大小與方向，然后根據(jù)風載荷、溫度應力、重力等因素對幕墻結構受力產生的影響，設計建筑幕墻結構。比如，在我國北方地區(qū)設計人員在設計建筑幕墻時，必須對幕墻的雪載荷設計予以充分的重視。按照幕墻雪載荷極限值開展幕墻的設計工作，才能在確保幕墻彈性狀態(tài)、風壓變形、平面變形等始終處于可控范圍內的前提下，提高幕墻使用的安全性與穩(wěn)定性。

3.3 材料的選擇

在科學技術不斷發(fā)展的推動下，越來越多新型的建筑幕墻材料已經(jīng)被廣泛的應用于建筑幕墻設計中。幕墻常見的新型幕墻建筑材料主要有石材、微晶玻璃、金屬裝飾保溫板、陶瓷板、膠合玻璃、中空玻璃等幾種。設計人員在進行建筑幕墻的設計工作時，必須根據(jù)建筑設計方案的要求，選擇相應的面板與結構材料，才能促進幕墻結構設計效果的有效提升。

4 建筑幕墻結構設計的優(yōu)化措施

4.1 安全性的優(yōu)化

垂直幕墻強度與結構穩(wěn)定性是建筑幕墻設計的關鍵環(huán)節(jié)之一。由于大多數(shù)的幕墻脫落事故都出現(xiàn)在垂直幕墻上，因此為了確保幕墻結構設計關鍵點的穩(wěn)定性與可靠性，降低外部因素對幕墻結構穩(wěn)定性產生的不利影響，設計人員在開展玻璃幕墻的設計時，必須事先預留玻璃邊緣與鑲嵌槽底板之間的配合間隙，避免因為玻璃被擠壓而出現(xiàn)應力被破壞的問題。如果現(xiàn)場條件允許的話，設計人員應該盡可能的選用夾層玻璃或者貼膜玻璃設計建筑玻璃幕墻結構。采用這種設計方法，即便是玻璃出現(xiàn)了破碎的情況，也會因為其被固定于整體的框架上，不會在短時間內發(fā)生脫落的情況，為后續(xù)維修更換工作的開展贏得了充足的時間，促進了幕墻結構使用的安全性。在進行玻璃采光頂?shù)脑O計時，不僅要滿足建筑室內采光的要求，而且還應對玻璃采光頂?shù)姆览住⒛突?、剛度、消防等各方面予以充分的重視，避免因為火災發(fā)生時發(fā)生爆裂火災塌落的情況，威脅到人們的生命安全。此外，開啟窗設計也是建筑幕墻設計的重要內容之一，經(jīng)過深入的調查研究發(fā)現(xiàn)，很多建筑都因為建筑幕墻存在的設計缺陷和維護管理不到位等因素，而出現(xiàn)了開啟窗脫落的現(xiàn)象。由于開啟窗的結構復雜程度較高，很多設計人員在設計建筑幕墻時都存在著不重視開啟窗設計的問題。就目前來說，常見的開啟窗設計缺陷主要有頂框與橫龍骨、扣板連接傳力穩(wěn)定性較差、開啟扇底部沒有鋁合金或不銹鋼托條等。如果設計人員選擇的摩擦式鉸鏈開啟窗設計方式的話，必須嚴格的按照開啟窗重量與開啟角度結合部位產生的風壓大小，選擇符合要求的鉸鏈。同時在鉸鏈連接部位還應采取適當增加鋁合金型材厚度的方式，提高開啟窗的強度。

4.2 承載力的優(yōu)化

為了有效的減輕建筑幕墻的自重，設計人員在設計建筑幕墻時，一般都會采用輕質材料，隨著材料厚度的降低，幕墻結構的強度也隨之降低。所以，設計人員在設計建筑幕墻時，必須采取在外部增加筋肋并使用折邊工藝進行建筑幕墻的設計。設計人員在設計玻璃幕墻結構時，必須嚴格的按照要求控制硅酮結構膠的質量，詳細的計算和分析玻璃幕墻結構的粘結寬度與厚度，并在確定幕墻結構的承載力后，按照安全性與經(jīng)濟性的原則，選擇符合要求的材料，進行建筑幕墻結構的設計和施工。

4.3 環(huán)保節(jié)能方面的優(yōu)化

設計人員必須在確保幕墻結構安全性與功能性的前提下，將幕墻結構長期使用的效益，作為幕墻設計的首要目標。在建筑幕墻設計中，合理運用新型的技術不僅有助于建筑能耗的降低，同時也提高了建筑幕墻結構的穩(wěn)定性與安全性。比如，近年來比較流行的雙層幕墻結構，就是充分利用氣壓差與煙囪效應，通過對進風口和排風口的有效控制，實現(xiàn)雙層幕墻間空氣自然循環(huán)的目的。這種利用自然通風換氣的方式，提高幕墻保溫隔熱性能，降低建筑能源消耗的設計方式，因為自身具有的顯著的節(jié)能降耗優(yōu)勢而被廣泛應用于建筑幕墻的結構設計中。另外，光電幕墻結構設計方法的應用，主要是通過為建筑提供清潔能源的方式，降低建筑的能源消耗。雖然光電幕墻結構設計方式初期的投入較大，但是，隨著幕墻結構使用時間的不斷增加，其經(jīng)濟效益與環(huán)境效益自然也就越來越顯著。

4.4 采用更新的設計技術

現(xiàn)階段我國建筑行業(yè)中廣泛應用的BIM技術同樣也可應用于建筑幕墻的設計中。設計人員借助可視化模型，不僅實現(xiàn)了優(yōu)化建筑幕墻結構設計，減少碰撞點與返工現(xiàn)象發(fā)生的幾率，而且促進了工程施工質量的有效提升，降低了建筑幕墻施工的成本。

5 結束語

總之，隨著新技術、新材料以及新施工工藝在建筑幕墻設計中的推廣和應用，不僅徹底解決了長期以來困擾建筑幕墻行業(yè)的安全問題，而且對于建筑幕墻結構使用壽命的延長也有著極大的促進作用。另外，為了充分發(fā)揮出建筑幕墻結構在建筑設計中的積極性作用，幕墻施工企業(yè)應該充分重視幕墻后期的維護與管理工作，在向業(yè)主交付建筑幕墻時，必須按照相關的規(guī)定和要求，同時向業(yè)主提供幕墻的維護使用說明書以及相關技術資料，以便于業(yè)主根據(jù)實際的情況，開展日常的維護與管理工作，延長幕墻結構的使用壽命，推動我國建筑幕墻產業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。