异形建筑施工幕墙工程分析

柳钰

摘要：现阶段随着我们国家建筑行业的快速发展很多的高层建筑类都出现了异形墙面的设计，建筑风格也是越来越多样化，出现了很多的个性类的建筑，墙面的形状更是各式各样，例如椭圆类型，抛物面类型等等。很多的新代表作品的建筑师结合了很多的不同类型的元素，例如金属材料元素的结合来融入到相关的幕墙设计中，使得更加具有创意性，同时在其技术方面为了实现这一异形墙体的设计业融合了轻钢结构技术来完成其搭建。在整个的建构过程其实包含有很多的程序，例如研发设计，加工，施工，维护以及改善等等，所以为了实现其整个过程的可行且安全，其模型针对这一块的分析是相当关键。

关键词：异形建筑;幕墙;结构模型

一、研究背景

目前出现了一种新类型的解决方案BIM方式，中文全称是建筑信息模拟。英文全称是building information modeling，所以简称为BIM。BIM作为复杂建筑的解决方案已成一种趋势，计算机的建筑应用技术从二维技术变革到三维信息技术，局部变更到全局跟进都在计算机虚拟技术中直观地体现，并将空间技术和时间结合起来，通过模型提前预知概念设计及施工建造中的误区，保证建筑工程顺利如期地竣工，在结构工程这一块目前其工作人员都是针对其生命周期这一块来研究进行综合分析，其针对角度主要是为了确保其可靠和全面，目前这也是这一学科发展的趋势。

工程概要

本工程位于湖北某市某区的大型商业综合体裙楼中庭内（24轴/L～M轴），且裙楼主体及室内装修已完工。钢结构灯塔从底部（地下一层楼底面）至顶部（地上三层4.8m处）总高度约22.8米。三层楼地面与灯塔主体设置两座钢结构玻璃连廊相连，灯塔内设检修平台。钢结构灯塔外立面附着装饰铝板幕墙，幕墙高度从地下一层至地上三层，高度约18米。塔顶设有玻璃圆形小屋，屋顶为铝板屋面。钢结构灯塔外立面安装装饰用不锈钢滑梯，长度约35米。

二、 异形幕墙设计分析

（一）异形幕墙的结构设计原则

结构分析中荷载的传递：荷载的组合作用→令异形幕墙的板块单元边框（铝杆件） →合轻钢结构→令连接件（支座） →令主体结构。

本工程计算时对于简单的结构这一块我们有自己的相关计算方法，主要还是结合机构力学和材料力学方面的相关知识来进行综合的研究分析。那么一旦遇到结构较为复杂的情况，一般采用的则是优先考虑经济性，采取对其整体的一个受力分析来完成这一块，使材料的用量相对的减少。

我们在进行设计的时候，为了考虑到其结构方面维护作用，优先要考虑到风荷载。该计算书在风荷载计算时，所计算的工程地面粗造度场地，基本风压按国家规范。风荷载体形系数、风压高度变化系数、阵风系数取值也按现行国家荷载规范要求，进行风荷载计算，并参照招标文件相关技术要求（风洞试验报告），在进行相关计算的时候需要选取风荷载较大的来进行。而且由于温度的影响，当其产生变化时，结构应采用可滑动设计，能满足规范的温度变化要求，而在结构上不产生应力作用。

场馆类异形建筑优先采用万向可调构造的幕墙墙体。在异形建筑的墙面构造过程中，一般是采取混凝土和主体钢为主来进行搭建，将其固定在这两者之间，这样一来其具有客观的可调能力。搭建好相关的模型后一般也会进行相关的实验，在实验中加入风荷载以及地震等等情况时，这个时候会有相关的一些力学响应，因此在其设计中需要树立很多的条款原则：

首先，在整个工程的结构这一块设计中需要注重抗风，这在整个工程中都是很重要的原则。风荷载一般是作用于墙面上的，且是直接垂直于幕墙上，那么所以在进行相关设计的时候，要求在其结构生命周期中最大风荷载作用下还能够不影响它的正常运作，而且当受到阵风的时候依旧能够保证完好不被破坏，这样能够合理减少事故的发生。目前有很多的高层建筑以及异形建筑的搭建，很多这些建筑队风都是高度敏感的，那么这一类就需要进行相关的风洞实验，其主要就是为了确定风荷载。对于这一类型的墙体风荷载的分析一般为了其结果最终相当的准确，都会采取区分归纳以及总结等等方法来进行全面的计算。

其次在设计中抗震的设计也是很重要的，那么针对这一块其设计弹性限度值应该被扩大，应该比平面变形值的三倍来进行设计，在设计中需要注意三大水准。涉及到第一水准的时候就是要保证相关墙体的完整性，基本上没有损坏不用进行相关的维修且还能够投入使用中;第二水准那么就是对应的墙体会有轻微的裂痕但是在经过相关的修整后不影响继续投入使用;第三水准则是对应的墙体损坏有点严重，玻璃碎裂，但幕墙整体受力框架体系不瘫塌。本工程异形幕墙为“四肢伸展”的矮扁空间造型，水平抗震能力较好，竖向地震作用不能忽视，应考虑三个方向的抗震构造。

（二）异形幕墙模型的结构分析方法

1、结构抗风

按程度来分可划分为A类型，所以在进行设计的时候其风洞实验相关的计算值都是按最大的来选择。

持续的风作用对异形幕墙的破坏作用主要表现在以下几个方面：

1.1 可开启门窗因为未关闭或锁装置破坏被强风刮落。

1.2 在异形幕墙的局部端部悬臂结构，根部抗弯能力不足导致破坏。

1.3 角部及立面凹槽区域会产生较大的风力，危及工程结构及人身安全。

1.4 强风使异形幕墙构件发生塑性变形，导致幕墙漏水或其它安全隐患。

2、结构抗震

当地震发生的时候对建筑的破坏是很大的，一般是分为两大块垂直层面以及水平层面的，现阶段我们国建采用了相关的分析法来对这一块的过程进行详细的分析。这篇文章中涉及到的工程设计的地震的加速度值是零点一，相关城市的防震指数为七度，工程中采用幕墙规范的抗震算法——将地震作用的动力荷载转化为静力荷载简化计算，然而现在针对异形墙体这一块的技术发展的异常迅猛，所以这一块相关的设计以及理念都还需要进一步的完善和改进，一旦涉及的更加复杂的时候，需要有限元法计算其承载力和变形。结构抗震分析按以下步骤进行：

2.1首先从已发生震害现象开始，主要有石材幕墙槽口开裂、全玻幕墙下支撑结构破坏、伸缩缝处幕墙风琴板装置破坏等等。从现象分析幕墙框架和玻璃的破坏原因，分析伸缩缝预留位置尺寸限值;

2.2从幕墙抗震设计的一般规定检查工程项目的符合度，如水平位移可调构造的最大调整范围，玻璃是否刚性接触等等。幕墙规范规定幕墙玻璃边缘至边框槽底的间隙应符合下式要求：

其中u lim一分格框变形限值，一玻璃竖边长，一玻璃横边长，一玻璃与左右框的平均空隙，取值时应考虑1.5mm;一玻璃与上下框的平均空隙，取值时应考虑1.5 mm的施工偏差;的施工偏差。

三、 结语：

本文针对具体工程进行研究，具有一定的局限性，其异形幕墙几何模型繁多，结构体系设计造成各不相同，对于异形幕墙结构共性规律还应进行更为广泛的研究。目前急待解决异形幕墙的通用產品设计，去应对多角度、大调整位移量的异形幕墙施工难题，双曲铝板的模具生产制造的效率有待提高。

参考文献：

[1]梁少宁.基于BIM的幕墙工程集成化应用[J] 华南理工大学.2015，（5）

[2]李留超.全面质量管理在建筑幕墙工程中的应用研究[J] 北京化工大学.2015，（11）