建筑幕墙结构设计与优化

杨仟厦

【摘 要】本文主要针对幕墙结构设计的重要性、建筑幕墙的结构设计内容、建筑幕墙结构设计的优化措施分析以及幕墙结构设计注意事项进行简要分析，仅供参考。

【关键词】建筑幕墙；结构设计；优化

一、幕墙结构设计的重要性

幕墙结构设计是建筑物设计的一个重要组成部门，幕墙结构设计十分重要，建筑幕墙的设计原则主要有以下几点，从中我们可以看出建筑幕墙结构设计的重要性。

1、国家技术经济政策方面

我国的幕墙设计比国外起步晚，但是无论是国外的幕墙设计还是国内的幕墙设计，都要把幕墙的安全性摆在第一位。常见的幕墙技术规范有玻璃幕墙工程技术规范、建筑结构荷载规范、金属与石材幕墙工程技术规范、建筑玻璃应用技术规范等，他们均需要符合安全、经济的设计原则

2、建筑幕墙从设计到施工的任何环节，其设计和建筑标准的一个重要前提就是保证幕墙的结构安全。

3、在国家对建筑施工图所进行的二次审查中，结构安全和公共利益都是审查的重点工作。

4、在对建筑幕墙实施验收时，要把工程的安全因素作为验收工作的重点考察内容，另外也不可以忽视建筑幕墙的质量。

5、“工程质量无小事”，建筑物作为人们的居住、办公、娱乐的场所，一旦发生事故，所造成的损失都会非常的巨大，我们要以这些故事为教训，严把工程的质量关。幕墙设计作为工程的重要组成部分，也需要牢记事故教训，加强自身的质量控制。

6、《建设工程质量管理条例》对建筑物的质量负责有着明确的规定即建筑物落成后，建筑单位要对建筑的质量终身负责。以上就是建筑幕墙的结构设计所需要注意的几点原则。

二、建筑幕墙的结构设计内容

幕墙结构是现代建筑的一种新型结构型式，由于它兼具了美观和实用等功能，在实际的设计中以简洁、轻便为主要表现形式，所以在设计中必须要注意其结构的安全性和功能特性。在建筑幕墙的结构设计中，需要注意以下几点问题：

1、幕墙结构是建筑物外观结构的一部分，它必须在满足美观和实用功能的同时，根据幕墙结构的功能需求，对其构件的设计充分考虑使用要求和足够的强度、刚度，即在外力作用下的变形性的稳定范围。当然有时某些结构的设计需要根据需求偏向于某一方面的设计要求，但必须是在安全的前提下进行。

2、设计过程中，要考虑幕墙所可能承受的各种载荷，根据建筑物所处环境与建筑物结构形状分析可能的风载荷、雪载荷、重力载荷，还要根据当期气候条件分析温度变化或自然灾害可能带来的载荷影响，以及这些载荷变化带来的幕墙结构外形的变化，充分设计幕墙结构的承载能力，保证结构的安全性。

3、幕墙结构的设计中还需要根据结构的功能条件和载荷设计能力，合理取值，优化结构的经济指标。避免在设计中片面强调经济性而忽略了安全性能，也要避免过度浪费。

三、在建筑物的幕墙结构设计中，在遵循以上设计原则基础上进行幕墙结构设计，全面考虑设计需求，确定结构设计的主要内容：

1、幕墙结构设计方案的优选。需要根据幕墙面板的布置及其分格，確定幕墙主体结构的支撑（楼层及梁柱、屋面结构等）、边界条件、结构形式要求等，设计幕墙结构的最佳结构形式，如索结构、钢结构、单杆结构、玻璃结构、桁架结构、或组合结构等。

2、结构材料的设计选择方案。材料选择时要考虑结构的受力要求、施工条件等因素，同时考虑施工成本的经济性，以此制定材料类型、型号、数量等，并编制施工条件和要求。

3、幕墙结构设计的计算。设计中的计算是对结构承载安全系数、结构外观尺寸等，根据构造要求来进行的，包括节点极限状态的验算、温度应力计算、结构尺寸校核等。

四、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：

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。

2、载荷优化

建筑幕墙的设计中，结构的载荷设计需要根据结构的形式和材料选择来计算最为安全的载荷极限，比如对封闭式的建筑物，幕墙载荷按表面风压的正负情况取-0.2或0.2。局部体型系数是指适应于围护构件的从属面积Alm2时候；而当从属面积A10m时，此时的局部风压体型系数（10）即可以折减0.8的系数；在10m2A1m2时，体型系数（A）可按面积的对数线性插值来评估风载荷标准值的大小。同时，选择新型轻便材料作为幕墙结构的主体材料时，需要根据局部单位面板所受风载荷的承载力，适当地加载筋肋，而且加筋肋要和折边联接。

3、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%-600/bo

4、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、玻璃幕墙未来的发展

由于玻璃幕墙的建筑形式越来越多，所以，需要创新相關设计，通过巧妙的构思降低样式结构的雷同率和复制率。另外，还需要充分展示玻璃本身的艺术造诣、结构特点和创意风格。现如今，建筑业朝着高速度、高节奏的方向发展，施工时间往往比较短，对施工的要求也越来越高。所以，需要对全部构件进行精加工，确保使用的材料符合质量要求和设计定位，要将玻璃幕墙的设计、加工、现场施工等各个环节紧密结合在一起。而每个环节都需要专业的技术人才作支撑，因此，需要培养大量的专业人员，提高玻璃幕墙的整体竞争力。

五、幕墙结构设计注意事项

1、在进行幕墙结构设计时，要谦虚征求来自设计院的意见，加强和结构设计人员的交流。尽量在设计前期就做好对整个工程的预测与把控，防止设计不当造成后期的工程返工。

2、虽然幕墙结构本身，对于美观性有一定的要求，但是不能为了追求设计的美观，忽视对建筑安全的考虑。因此，对于幕墙的结构设计要严格按照相关规定来进行合理的结构型式定位，确保把安全作为幕墙结构设计的大前提。

3、幕墙由于是建筑物的外围结构，所以不用承受主体建筑的负荷，但是这并不意味着，幕墙的设计就无需考虑主体建筑的需求。主体建筑发生形变，同样会影响到幕墙的结构安全。因此，幕墙结构设计要将主体建筑的形变考虑在内。

结束语：

随着城市化建设水平的提高，城市建筑建设中对于外观要求也逐渐增加，加强建筑物的幕墙结构设计对于提高建筑物的美观程度有十分重要的作用。但是由于建筑物幕墙结构设计在建筑物中的应用时间比较短，一些相关的设计并不十分完善。在今后的幕墙结构设计中需要充分考虑幕墙结构的材料选择，型式选择，遵守相应的设计原则。建筑物幕墙结构设计中还需要充分考虑其负荷能力，减少外力的影响，保障其能够完善建筑物结构，提高建筑物的建设水平。

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