建筑幕墙结构设计与优化探究

郝晓祎 山东兖矿技师学院

1 前言

我国建筑行业发展至今，其建设技术和建设规模已经领先其他发展中国家，赶超发达国家，为我国基础建设贡献力量。在现代生活中，建筑物的作用不单纯地局限在为人们遮风挡雨，其在满足人们基本生存需求的基础上，还为人们提供舒适的生活环境。

建筑工程施工实现现代化，能够为人们创造出优质的居住环境，这也是当前建筑建设阶段遵照的一项基本原则。建筑幕墙因自身外围结构拥有很大优势，已经成为当下建筑施工领域中的关键技术之一。

2 建筑幕墙结构设计原则

在幕墙设计中，不仅要充分考虑其功能性、美观性和整体结构，还要考虑整个工程的风格和理念。在幕墙设计中，最重要的一个因素就是要考虑建筑的受力作用，以此来保障建筑的安全性，在保障美观和建筑风格的同时，也要考虑建筑的安全性能。

（1）外观设计。外观设计应在保证工程结构安全和良好功能的基础上，与周围环境相互结合，同时提高外部美感。在对外观进行设计的时候，要充分考虑建筑与周围环境的相互作用，只有这样，外观设计才可以发挥出更大的作用。

（2）受力设计。幕墙作为建筑的外围结构，不用承受整个建筑的荷载，因此，在设计幕墙的时候，必须要考虑幕墙本身的重量和风荷载。与此同时，还应考虑幕墙的热膨胀和冷缩、整个建筑的变形和位移、地质变化以及地震对幕墙的影响。幕墙所处的柱、梁、连接件也应具有足够的强度，幕墙与主体结构的组合应具有位移能力。只有满足这些条件，幕墙才能合理范围内变形、不破碎。安全性是幕墙变形合适或不破坏。安全是幕墙设计的前提。

3 建筑幕墙结构设计与优化

3.1 石材幕墙结构设计与优化

3.1.1 独立性强

在拼装幕墙使用时间，一般来说会应用到先天纹理与雕刻等方式，以此保证幕墙在美观性方面具有较好的表现。在此当中，将使用到较多的石材，为了使施工在有序性方面具有较好表现，则需要在石材背部做好编号处理，做好方向的标注。在施工当中，要做好对石材的编号处理，能够根据石材编号情况进行安装施工。在此当中，不同石材在安装独立性方面都具有好的表现，如果其中的某一块材料在质量方面存在问题，则可以针对性更换该石材，且该项操作并不会影响到其余石材施工，以此使建筑具有较好的施工效率。

3.1.2 防雷连接技术

在现今建筑建设当中，石材幕墙应用较多，在整体工程当中，防雷系统是其中的关键部分，如果建筑数量较多、整体较为密集，系统质量则将会对建筑运行安全、耐久产生影响。在实际防雷连接处理当中，需要能够充分结合实际添加防雷网结构，保证其相互间具有一定的关联性，同时要采取措施保护导线，以此使结构在防雷水平方面具有好的表现。在保护导线工作当中，经常需要在结构表面位置覆盖内膜，对内墙防雷网进行焊接处理。在节点位置，需要采取措施进行防锈，有效延长系统运行寿命，以此使建筑整体在防雷方面能够满足要求。

3.1.3 石板材安装

在石板材安装工作进行前，需要能够细致梳理建筑外表面情况，确定石材板安装槽石村，在确定完成安装槽规格之后，再安装石材板。一般情况下，石材板安装槽长度控制确定为10cm，宽度0.8cm，以此能够较好地安插石材板丁字端。在完成安装槽设置之后，则需要在上下两端对安全槽进行安装。在完成设置后，则需要在其他位置安装安全槽，具体要求，保证安装位置同挂件之间具有一定的距离。其设定意义，即能够合理的控制螺栓对中间钢板的厚度，保证在钢板厚度方面能够满足要求。

3.2 工业内窥镜建筑幕墙安全性鉴定

3.2.1 可视化检测

将内窥镜插入检测孔内，即可实现对幕墙内部龙骨、连接件的可视化检测，通过调整蛇管插入长度、对蛇管进行适当弯曲、合理选用正视和侧视视角，即可对重点检测部位进行视频采集或图像采集。由于本次检测所采用内窥镜镜头为定焦镜头，故图像清晰程度需要靠人工调整镜头离待测点距离来保证，增加了操作难度，后续可对设备进行改良，提高检测效率。

3.2.2 检测孔恢复

由于委托方提出了不影响整体美观的要求，故本次检测方案设计时，考虑了对微破损检测点的修复。某工程检测孔直径为Φ14mm，与之相对应地采购了Φ12mm圆形塑料孔盖对检测孔进行封堵，封堵时检测孔边沿涂抹硅酮结构密封胶，封堵后孔盖表面及周边再次涂抹硅酮结构密封胶，以保障检测孔封堵后具有较好的防水性、密封性。此外，成品圆形塑料孔盖有多种规格和颜色可供选择，可直接购买与外墙相似颜色或采购白色再喷涂成墙体的颜色，达到修复后不影响整体美观的要求。

3.3 单层索网幕墙结构设计与优化

边界条件，当前的高层建筑设计表明，单层索网幕墙结构是常用的，但是有必要在设计位置将两个不同的主体结构或单个主体以凹形连接起来，从而提高了建筑质量。由于索网结构在施工过程中需要应用水平和垂直索网，可以有效抵抗预应力，并继续抵抗幕墙结构的外力，边界结构不受大索力的影响。因此可以在主体结构的建造过程中获得更好的平衡。

在这种设计模式下，如果不可能有效地形成抵抗倾斜张力的自平衡系统，则设计人员必须通过边界结构不断提高结构刚度。例如，某高层建筑物的主立面使用了宽约40.5m，高约53m的索网幕墙结构。

设计采用一体式索网结构，横向索网的两端固定在结构的两侧，主钢筋混凝土柱可以获得良好的固定效果。因此，有必要在计算过程中充分考虑钢柱的弊端。难以有效地承受索网的结构索网强度。这时，有必要在铁柱的两侧增加地板桁架。

内力及初始应力，垂直索网不仅可以支撑整个幕墙的重量，而且还可以完美地确保侧面索网的强度稳定。如果在使用过程中交叉索网损坏，也可以防止整个幕墙掉落。在屋顶双向索网幕墙的结构中，长宽比也必须得到很好的控制。换句话说，两者之间的差距不应太大。水平索网和垂直索网都必须能够同时承受垂直负载。当长宽比大于1.5时，短索网可以有效地承受垂直负载，而长索网则只需稳定下来。

高层建筑中的索网结构灵活。施加初始预张力后，整个结构可以更好地承受正常载荷。如果在施工过程中仅施加一个预应力，它将无法很好地承受水平力。外部载荷的逐渐增加给边界结构增加了负担，这在设计过程中违反了经济合理性原则。在良好的预应力下，常用的控制方法约为索网断裂张力的15～30。同样，在控制索网内部力的过程中，直接方向是选择索网直径。

3.4 点支式玻璃幕墙结构设计与优化

点支式玻璃幕墙施工工艺特点，与全玻璃幕墙相比，点支式玻璃幕墙克服了传统全玻超过6m高度时无法选用钢化玻璃的缺点。点支式玻璃幕墙可将玻璃分成较小板块，使用强度高、较薄的钢化玻璃，确保使用安全。同时，选用2个螺栓即可固定截面高度小的玻璃肋，最多选用3个螺栓即可固定截面高度较大的玻璃肋，玻璃肋无须用不锈钢板连接。

与全玻璃幕墙面板和玻璃肋的连接胶缝采用硅酮结构密封胶现场打注的工艺相比，通常，由于点式幕墙存在密封问题，因此只用密封胶进行密封，无需用结构胶。

后置埋件安装。后置埋件安装必须达到设计规范的相关标准要求，满足与主体连接牢固、平整的质量目标。在安装前，要剔凿主体结构不平整的地方，待用角磨机将剔凿位置磨平后再进行后置埋件安装。

某工程在混凝土梁柱结构位置对埋件进行安装，因而采用冲击钻孔的方法。在钻孔过程中，严格按照建筑结构件宽度与厚度要求的规定，遵守边距和间距规范，以此可对施工中出现的材料破碎剥落和裂缝问题进行有效预防。

其次，锚固深度应在钻孔深度之下，为了确保锚固达到设计强度，钻孔完毕后应将孔中粉屑、杂质进行清除。

再次，对埋板加工尺寸、孔距、防腐等加工质量进行检查，符合质量要求后采用专用手电钻在已经打好的孔内送入药剂与螺栓，对螺杆进行高速搅拌，并对其进行调整安装，待螺杆锁紧洞口外露少量混合物后即可停止。化学螺栓施工完成应等待其内是否会产生化学反应，在凝固完成后才能进行下道工序的施工。

3.5 玻璃幕墙结构设计与优化

严格把关控制幕墙玻璃材料质量，若能购置与安装低辐射玻璃，则在炎炎夏日其能反射阳光内的红外线，减少建筑内开空调耗用的电费；冬天能将室内的热量重新反射至室内，降低热量流失量。

断热型材主要是将低导热性的隔离物插进内外两种高导热性金属框料之间，借此方式形成了有效的断热层，对热量通过门窗框或窗扇型材散失过程能形成一定阻碍作用。断热型材有构造合理、结合稳固、强度高、刚性优良、热阻值大、隔声节能、抗风及气密性好等诸多优势，故而可以将其列为建筑玻璃幕墙施工的首选材料。

构件预埋，为确保目前和主体结构能稳定连接，预埋件施工阶段，应依照工程设计的数目、方位及方法进行预埋操作。明确要求预埋件及零部件的材料品种、尺寸、性能等符合设计要求，确保埋设稳定可靠、方位精确。

若施工阶段采用的是锚板与对称配置的直锚筋构成的受力预埋件时，当剪力、法向压力与弯矩共同作用时，可以结合依照剪力设计值、法向拉力、弯矩设计值、钢筋直径等去测算出锚筋的总截面面积。

4 结束语

总之，随着建筑业的不断发展，幕墙设计也在不断地发展，幕墙的形式和材质都发生了很大的变化，对于幕墙结构来说，需要结合设计考虑功能性和安全性。科学测量施工荷载、采光等因素，在保证经济性的基础上进行优化，以提高建筑业的施工质量，促进建筑业的快速发展。