摘要：本文基于我国建筑幕墙的发展，分析了当前我国建筑幕墙设计的现状问题并提出了设计工作人员在幕墙设计中必须把握的几个要点，希望给国内其它同行人员提供一个参考意见。
关键词：建筑幕墙；设计现状；要点把握；设计原则；幕墙荷载；结构设计；构造要求
1 幕墙的设计要点
1.1安全性
对于所有的建筑物来说，安全性都是最重要。幕墙的设计应当满足建筑的用途、性能和一定的使用寿命，并遵守国家和行业相应的标准与规范。作为外围护结构的幕墙还需要选用适当的材料和具有足够的强度抵御不同荷载情况下外力造成的冲击，并应采用有效措施保证其构件的可靠性和耐久性。
在以往的工程案例中，杭州湾跨海大桥的海天一洲工程比较具有代表性，在设计的时候，考虑到地处跨海的中央，海面空气中含有大量的氯离子，锈蚀程度比其它地区更为严重，因此在设计时，大量采用不锈钢主受力杆件以及钢材都采用氟碳喷涂处理，保证杆 件的使用寿命。而玻璃面板则全部采用钢化中空夹胶安全玻璃，玻璃在自爆的时候，可以通过自身的胶片粘合在一起，不会立马坠落下来，给维护更换争取了足够的时间，而屋面则采用高强度直立锁边板等等，确保其幕墙的安全性能。
1.2柔性连接
幕墙主要的连接设计除与主体结构的连接外均应采用柔 性连接并留有足够的间隙，以便吸收变形、热应力及一部分地震作用并采用合理的密封材料或构造，对所留的间隙进行密封，必须保证水密性和适当的气密性。例如：横梁与立柱连接之间增加尼龙垫片，安装完毕后切除多余外露的垫片再用密封胶封堵，可以降低在风荷载作用下型材发生变形所产 生摩擦噪音。
横梁连接角码一端用螺钉固定限位，另一端利用角码铣成卡口卡在横梁槽口内部，允许一个方向可以沿轴向方向滑动，消除型材在温度变化下所产生的应力挤压。
1.3经济性
经济适用是现阶段的国情，在保证安全和一定的使用性能前提下，应尽量节约材料成本。一般情况下立柱、横梁截面尽量采用闭口形式，以增大型材截面的抵抗矩和惯性矩，降低型材的线密度来达到节约成本的目的。闭腔的型材安装可选用插销方式并不影响其安装的方便性。
型材立柱截面设计时需考虑挠度控制和强度控制，挠度控制主要和截面惯性矩有关，强度控制主要和截面抵抗矩有关，因此在设计时应根据不同的情况选择不同型材截面。在设计时铝合金型材优先考虑增大主受力方向的截面高度，减少非主受力方向的宽度，然后再考虑增加型材壁厚，考虑壁厚的时候，要充分理解增加哪个方向的壁厚对型材的截面设计更有利，当截面宽度及高度已经固定了，调整前后的型材壁厚显然比调整左右的型材壁厚更经济及合理。
1.4幕墙性能
幕墙性能主要包括：气密性、水密性、平面变形、隔音、保温、抗风压、光学等性能。比如在北方必须需考虑到幕墙的保温性能，铝合金型材可选用断桥连接的方式，避免产生冷桥。其原因是材料的热传导性不一样，同时由于室内通风不畅，秋末冬初室内外温差较大，冷热空气频繁接触，保温层导热不均匀，产生冷桥效应，造成房屋内墙结露、发霉甚至滴水。要避免以上情况，方法是降低结构传热系数（比如采用低辐射镀膜玻璃、中空玻璃等新型玻璃）。降低空气渗透 热损失、减少开启窗扇面积、提高气密性等，设置外遮阳阻 止热传导（如设置断桥等）。幕墙节能设计时要依据当地的气候特征，对于夏热冬冷的地区要考虑夏季隔热和冬季保暖设计，而对于夏热冬暖的地区只需考虑隔热设计，力求使以采暖供热为主的幕墙达到温室效果，使以空调制冷的幕墙达到冷房效果。
2幕墙荷载
幕墙结构传递荷载的形式主要为：面板传给龙骨，横龙骨传给竖龙骨，竖龙骨再传给与主体结构相连接的转接件，再由转接件传给主体结构，因此幕墙必须承受外界施加给它的各种荷载和作用且具有足够的承载力、刚度、稳定性和相对于主体结构的位移能力，幕墙结构所受的主要荷载有重力 荷载、风荷载、雪荷载和地震作用。
作用在玻璃上的荷载可分为短期荷载和长期荷载，风荷载和地震作用为短期荷载，而重力荷载长期荷载。短期荷载对玻璃的强度没有影响，而长期荷载会使玻璃强度下降，原因是长期荷载将加速玻璃表面微裂纹扩展，因而其强度下降。钢化玻璃表面存在压应力层，将起到抑制表面微裂纹扩张的作用，因此在长期荷载作用下，平板玻璃和钢化玻璃、半钢化玻璃强度下降值是不同的。通常钢化玻璃和半钢化玻璃在长期荷载作用下，其强度下降到原值的50%左右，而平板玻璃将下降至原值的30% 左右。2.1 重力荷载 对于垂直幕墙结构，重力荷载只有材料本身的自重。材料的自重通常由材料的密度和体积求得。下表列出了几种常用材料的密度，见表1。
2.2 风荷载
风荷载是直接作用于幕墙结构上的主要荷载，它垂直作用于幕墙面板的表面。很多时候建筑物地方标准若是没有特别要求，基本风压的取值可根据 GB50009-2012中的8.1.2条文解释内容取值，对于高层建筑主体结构来说，幕墙此类外围护结构其重要性与主体结构相比要低些，可仍取50年重现期的基本风压，由于风荷载的大小密切关系到幕墙经济性，因此正确理解幕墙基本风压的重现期的取值很重要。当基本风压取值存在争议的时候，可通过风洞试验来确定荷载的取值。
2.3 雪荷载
有积雪荷载的情况一般是采光顶、雨篷位置以及倾斜幕墙，若忽视雪荷载，有可能导致幕墙变形过大影响其正常使 用功能，严重时幕墙还有可能发生破坏发生安全事故。另外 在设计的时候，还需要考虑积雪融化后，有组织排水的措施，如设置水槽等。
2.4 地震作用
幕墙平面内变形，是由于建筑物受风荷载或地震作用后，建筑物各层发生相对位移时，产生的随动变形，由于各层的 变形差异幕墙在位移的过程中会变为梯形的形状，但因为玻 璃这种脆性材料不允许发生平面内变形，所以玻璃与框架之间应有适当缝隙，避免产生位移后玻璃破碎掉落伤人。这种平面内变形对玻璃幕墙造成的损害不容忽视。幕墙平面内变 形性能应区分是否抗震设计，给出不同要求。有地震作用时，近似取主体结构在多遇地震作用下弹性层间位移限值的3倍为控制指标，见表2。
3 幕墙构造设计
3.1 立柱设计
立柱可采用铝合金型材或钢型材，由于幕墙长期承受日晒雨淋和风吹雨打，其表面必须采用防腐涂料以保证使用寿命。立柱不同的支座布置，决定了不同的受力方式和计算的力学模型，对于优化设计，节约成本很关键。由于拉弯杆件要比下端支承的压弯构件受力情况要好，不需要考虑失稳问题，所以一般情况下幕墙的立柱设计应采用上端悬挂的方式。简支梁受力模型应用得比较广泛，幕墙立柱每层用连接件与主体结构连接在一起，顶部用芯套连接，优点是传力路径清晰，施工方便，但简支梁计算出来的型材截面比较大，浪费材料。双跨梁可减小弯矩与挠度，特别是对挠度的影响较大，对于材料的节省起到很好的作用，但是中间的支座反力较大，此处的埋件受力要求比上部的埋件高，有可能出现两种埋件规格，在增加了一个支座的情况下给施工也带来不少的麻烦。多跨铰接梁可以减小幕墙的挠度，比双跨梁更为优越。
3.2 插芯设计 立柱与立柱连接可以通铝合金插芯来实现，插芯的一端 用螺栓固定，一端自由释放。插芯所受的荷载以剪力为主。插芯与立柱连接应采用线接触，由于铝型材挤压时，必然会产生弯曲、扭拧变形，而插芯必须插入立柱一定深度，如采用四周面接触，势必会造成很难安装进去，所以插芯与立柱连接宜采用线接触的方式。尖点可设计成一个窄边小平台，避免发生挤压变形同时还可以起到加大芯套与立柱之间接触面的面积，起到加强防雷连通效果。
3.3 横梁连接设计
横梁主要受力部分截面的厚度需考虑翼缘的宽厚比，截面自由挑出部位和双侧加劲部位的宽厚比 bo/t 按下表：
一般情况下横梁处的玻璃安装完毕后往往会发现出现倾 斜扭转的现象，一方面是因为连接角码与横梁配合间隙过大，另一方面是角码的螺栓孔有间隙，造成横梁定位失败。解决办法：可在横梁与立柱的正前方用扁铝连接在一起，利用扁铝抗剪承受玻璃面板的自重，横梁尾部的销钉则主要承受风荷载。此横梁连接方法安装非常 简便，现已制成标准化，并大量应用在工程当中。
3.4 开启扇设计
在幕墙开启扇的设计中，可以经常发现开启扇在紧闭的状态下，依然还存在漏水严重，气密性差的现象，其主要的原因是因为窗框窗扇组框加工精度低，型材设计不合理，没有设置锁座线槽，加工安装时误差较大，窗锁座固定后不是在一条直线上，在风荷载的作用下，部分锁点不能与每一个锁座接触，达不到同时受力的要求，以致窗扇变形漏气。密封胶条45度转角位置没有使用热熔工艺把胶条形成封闭一圈的整体；还有就是窗扇上的密封胶条压缩量不够，在压不紧的情况下也会发生漏水漏气。
以上问题可通过提高开启扇的加工组装和窗五金配件的安装精度，窗扇与窗框之间的密封胶条压缩量加大，压缩量一般控制在35%左右即可，邵氏硬度可选择45左右，锁座可通过铝合金型的模具调整增加定位槽固定，降低安装偏差。
遇到朝天开启窗户的时候，一定要注意排水的路径，开启扇与幕墙面标高平齐的胶缝只要有缝隙水就会往低处渗入，虽然有密封胶条作为第一道防水线，但是在大雨的情况 下水积聚在窗框内部根本无法及时排出，再加上加工组框质量不能保证每一樘开启窗都没问题，因此容易造成开启扇漏水。解决方案：朝天开启窗的窗框的设计一定要高出周边幕墙面20mm 以上的距离，下雨时窗框周边的积水能沿着凸起的窗框边部迅速排走，起到良好的防水性能。以排为主以堵 为次的构造设计为主，保证了水密性和气密性。
对于倾斜角度不大的幕墙开启扇的设计，可采用在顶部 增加披水板进行防水，使幕墙上部的水直接通过披水板流走而不会往幕墙窗框内部倒流。另外在窗扇加工的时候可以在组角处增加不锈钢组角片，保证窗扇窗框有足够的平整度。
4结束语
综上所述，随着经济的全球化发展，我国在建筑幕墙方面也出现了迅猛的发展，为了更加壮大我国的建筑幕墙发展，需要有效掌握建筑幕墙的设计内涵，加强建筑幕墙的设计，只有合理地将设计工作做好，才能有效提高建筑幕墙的发展.
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论文作者:贺圣民
论文发表刊物:《基层建设》2017年第22期
论文发表时间:2017/11/20
标签：幕墙论文; 荷载论文; 立柱论文; 型材论文; 截面论文; 横梁论文; 窗扇论文; 《基层建设》2017年第22期论文;