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摘要：随着社会经济的不断发展，建筑行业也发生了突飞猛进的进步。建筑幕墙作为整个建筑的保护外壳，对其结构的设计直接影响着整个建筑的优劣，所以一定要格外重视。文章通过对建筑幕墙的分类以及各自特点的阐述，就如何对幕墙的结构设计进行了分析，并探究了如何优化其设计来使得幕墙更加具有经济性和多功能性，希望能够帮助提高幕墙结构的设计。
关键词：建筑幕墙；结构设计；优化
由于玻璃幕墙外观时尚、色彩绚丽、以及良好的景观效果和采光效果，在我国得到了大量的应用。通过 30多年以来的应用，我国现有玻璃幕墙的面积已经超过了 2 亿平方米。但由于产品质量的良莠不齐以及缺乏严格的行业标准，施工工艺的不完善，再加上玻璃幕墙的使用单位缺乏完善的维护和检查措施，因此，造成了严重的安全隐患，使得人们对玻璃幕墙的安全性担忧日益剧增。虽然近年来新材料和新工艺在不断地完善，但仍有需要优化和改进的地方。
1. 建筑幕墙的分类及各自的特点
为了更好地对建筑幕墙进行结构设计与优化，首先要对建筑幕墙的主要分类以及各自的特点进行一个归纳总结，在明确了这一点之后，在进行深入的分析与设计。
1.1单元式幕墙
单元式幕墙是当前该领域最具普及价值和发展潜力的一种幕墙形式，因为其具是通过工厂统一生产组装的，采用了当前最为先进的技术标准，且生产十分快速，所以备受推崇。单元式幕墙的特点首先是从生产到组装全都是工业化进行，生产的精度较高，且生产周期较短，能够高效率地生产大批量的幕墙，有较强的社会经济效益。此外，单元之间是采用结构密封的，应用该幕墙不需要现场填注密封胶，在进行大胶的时候也不需要考虑到天气的因素，受制范围小；其具有良好的气密性、水密性、风压变形等能力，十分迎合当前节能环保的理念。
1.2全玻幕墙
全玻幕墙，即是一种全透明的、全视野的玻璃幕墙。使用该幕墙的主要目的在于利用其的透明性，将内外环境能够融合在一起，且人们可以透过玻璃直接看到整个结构系统，使得幕墙变得多功能化，不再是单一的支撑结构，而起到了美观、观赏的效果，使得整体建筑的设计更加富有艺术的气息，让整个空间更加的清新和立体。不仅如此，就全玻幕墙本身的特点而言，具有重量轻、选材简单、施工快捷、维修方面和便于清洗等特点。运用其所起到的装饰效果是其他幕墙所不可比拟的，非常具有现代性和艺术气息。
2. 建筑幕墙结构设计原则
在进行幕墙设计时，主要是对其功能性、美观性和整体结构进行设计，要充分考虑整体建筑的风格和所表达的概念，按照以下原则进行：
2.1外观设计
在进行外观设计时要充分考虑周围环境，在确保幕墙结构的安全性和功能性基础上，结合建筑整体外观来进行。
2.2受力设计
由于建筑幕墙仅作为建筑的外部围护结构，因此，不需要承受主体结构的荷载，在设计时只需要考虑建筑幕墙的自重和风载荷的作用。在进行幕墙设计时，要充分考虑由于温度变化引起的热胀冷缩和主体结构的变形、位移，以及地质变化和地震对幕墙的影响因素。幕墙的立柱、横梁、和连接件除了需要足够的强度以外，还应该具有相对主体结构的位移能力，从而防止幕墙在上述因素的影响下，发生破裂和变形。
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3. 建筑幕墙结构设计的优化措施分析
3.1安全性优化
在幕墙设计时要特别注意垂直幕墙的刚度和结构稳定性，大多数幕墙脱落事故，都是发生在垂直幕墙上，要确保各结构关键节点的连接稳定性和可靠性，尤其是玻璃幕墙，受温度影响非常大，很容易出现爆裂。因此在玻璃幕墙节点设计时，要注意预留玻璃边缘与镶嵌槽底板间的配合间隙，防止玻璃因为挤压应力而破坏。
在有条件的情况下，尽量选用夹层玻璃，也可以采用贴膜玻璃。这样子在玻璃发生破碎时，也会是一个整体固定在框架上，而不会短时间内脱落，给维修更换就有一定的时间，可以极大的提高安全性。
而对于玻璃采光顶，在确保采光的同时，要考虑其防雷性、耐火性和刚度，防止高空坠物破坏，还要在消防方面进行设计，防止火灾时发生爆裂、塌落。
另外开启窗的安全性设计也不容忽视，在各地均出现了由于设计缺陷和维护管理不善导致的窗户脱落现象，其事故率仅次于玻璃爆裂。由于开启窗结构复杂，设计人员往往由于理解不透彻，或者不重视，而造成设计上的缺陷。目前，开启窗设计上的缺陷主要有：顶框与横龙骨、扣板的连接传力不可靠，开启扇底部没有设计铝合金或不锈钢托条，框与龙骨连接处的螺钉设计间距过大，不符合规范要求。选用摩擦式铰链时，要根据开启窗的重量和开启角度结合开启部位的风压，来计算和合理选择铰链。在铰链连接处，要合理增加铝合金型材的厚度，必要时内部增加钢衬提高局部强度，并采用相应规格的不锈钢拉铆钉固定。采用挂钩式框扇连接时，由于开启扇上的横龙骨除了承受上玻璃板块的自重，还要承受开启扇自重，因此所需要的刚度要远大于其它位置处横龙骨。要单独对其刚度进行计算，可以采用加大横龙骨截面尺寸、增加厚度或，加装钢衬等措施以提高横龙骨刚度。
3.2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或。局部体型系数ual（1）是指适应于围护构件的从属面积A≦1m2时候；而当从属 面积A≧1m2时，此时的局部风压体型系数ual（10）即可以折减0.8的系数；在10m2≧A≧1m2时，体型系数ual（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，适当地加载筋助，而且加筋助要和折边联接。
3.3环保节能方面的优化
在保证幕墙的安全性和功能性基础上，还要考虑其长期的使用效益，通过采用新技术，可以大幅降低建筑的能耗。比如，近年来流行的双层幕墙结构，通过利用气压差和烟囱效应，在可以控制的，进风口、排风口作用下，可以实现双层幕墙之间的空气自然循环。有效提高幕墙的保温隔热性能，通过自然的通风换气，不需要增加额外的能源消耗，就可以提高人们工作和生活环境的舒适性。
3.4结构经济性优化
结构的经济性优化，顾名思义，就是在满足设计和各项性能的基础上，尽可能减少使用的成本。在对荷载和结构尺寸计算的时候，寻找最优的方案，避免在设计时存在不合理而导致资源的浪费和成本的消耗。在结构形式上可以采用较为实用简单的结构，在保证结构可靠性的同时，实现对成本的控制。
4.结束语
建筑物的幕墙结构对于提高建筑物的美观实用功能具有十分重要的意义，对于结构设计的优化，在安全设计、载荷优化、实用功能优化和结构经济性优化等方面，采取的优化设计能够实现幕墙结构的低成本、节约能源、安全可靠、舒适实用等目的，这也将是现代建筑施工中的主要目标。
参考文献：
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[2] 赵万辉.关于建筑幕墙的设计要点分析[J].建材与装饰，2018（26）.
[3] 王振荣.幕墙施工的技术问题及处理措施探讨[J].工程技术研究，2018（6）：57-58.
论文作者:韦章绍
论文发表刊物:《建筑模拟》2019年第17期
论文发表时间:2019/6/19
标签：幕墙论文; 结构论文; 建筑论文; 载荷论文; 龙骨论文; 刚度论文; 结构设计论文; 《建筑模拟》2019年第17期论文;