摘要：幕墙作为一种现代化的装饰性工程，如今广泛应用于城市建筑。它主要由支撑结构和面板组成，相对于主体结构有一定的位移能力，能够分担主体结构所受的作用，它属于建筑外维护结构或装饰性结构。随着幕墙越来越多得运用在高层建筑上，结构方面的安全性和适用性也受到了越来越多的重视，本文主要探讨了幕墙结构设计中的一些问题和解决方法。
关键词：幕墙结构；设计原理；一些问题
前言
我们知道，结构设计的主要目的是保证所建造的结构安全适用，能够在规定的期限内满足各种预期的功能要求，并且要求经济合理。其中安全性要求结构在荷载作用下不发生破坏，而适应性要求结构不发生过大变形或者出现裂缝。为了满足结构这两个基本的要求，幕墙结构设计中同样需要考虑这两点。除此以外，幕墙还必须具备良好的建筑外围护结构的功能，如挡风、遮雨、防沙尘、保温、隔热、隔声、采光、通风等等。本文主要探讨幕墙设计原理以及常见的一些问题。
1.结构设计原理及方法
1）有关内力和变形的计算均采用弹性方法进行，对部分变形较大的场合，如索结构，考虑几何非线性的影响。
2）进行构件的设计计算时，对于静定结构，采用材料力学、弹性力学的相关假设、公式、原理及方法进行计算；对超静定结构，一般利用结构设计软件进行计算。
3）进行面板的设计计算时，一般是基于挠度不大于厚度条件下的弹性小变形理论，采用弹性小挠度计算公式，并考虑与大挠度分析方法计算结果的差异，将应力与挠度计算值进行折减；对支撑条件比较特殊的面板，一般采用有限元方法进行计算。
4）除按上述原理及方法进行结构设计计算外，还需遵守现行相关规范的规定。
2.荷载确定
在作用于幕墙上的各种荷载中，主要有风荷载、地震作用、幕墙结构自重和由环境温度变化引起的作用效应等等。在幕墙的节点设计中通过预留一定的间隙，消除了由各种构件和饰面材料热胀冷缩引起的作用效应。所以，作用于垂直立面幕墙的荷载主要是风荷载、地震作用，幕墙平面内主要是幕墙结构自重，其中风荷载引起的效应最大。
在进行幕墙构件、连接件和预埋件承载力计算时，必须考虑各种荷载和作用效应的分项系数，即采用其设计值；进行位移和挠度计算时，各分项系数均取1.0，即采用其标准值。
2.1风荷载
按规范要求，风荷载分项系数应取w=1.4，即风荷载设计值为：
W=wWk••••••••••••••••••••（2.1）
2.2地震作用
平面外水平地震作用标准值计算公式如下：
qEK=Emax GkA•••••••••••••••••••（2.2）
式中，qEK为垂直幕墙平面的分布水平地震作用kN/m2；
E=γηζ1ζ2≈5.0（按《建筑抗震设计规范》GB50011-2010），其中，γ=1.4，η=0.9；ζ1=2.0；ζ2=2.0；
max为水平地震影响系数最大值；GkA为单位面积的幕墙结构自重kN/m2
按规范要求，地震作用的分项系数取E=1.3，即地震作用设计值为：
qE=EqEK=1.3qEK•••••••••••••（2.3）
2.3结构自重
按规范要求，自重的分项系数取G=1.2（自重起主要控制作用时为1.35）。
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2.4荷载组合
按规范要求对作用于幕墙同一方向上的各种荷载应作最不利组合。对垂直立面上的幕墙，其平面外的荷载最不利荷载组合为：
W合=1.0W+0.5qE•••••••••••••（2.4）
其中，W合为组合荷载的设计值kN/m2
3.结构设计中的一些问题
3.1玻璃设计的一般原则
中空玻璃采用双道密封结构，一道密封采用丁基密封胶，二道密封采用硅酮结构胶，结构胶宽度和厚度必须计算确定；中空玻璃技术性能不低于《中空玻璃》GB/T11944-2012的要求。中空玻璃采用国产优质双银LOW—E玻璃，需符合《公共建筑节能设计标准》要求。镀膜玻璃要求膜层均匀分布，钢化玻璃需经过均质处理工艺，自爆率应小于0.1%，并将应力斑控制在可接受范围内，均质钢化玻璃技术性能不低于《建筑用安全玻璃第4部分：均质钢化玻璃》GB15763.4-2009的要求。低辐射镀膜玻璃采用离线镀膜，采用真空磁控溅射法生产工艺。夹层玻璃应采用干法加工合成，其夹片应采用聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、SGP膜，夹层玻璃合片时应严格控制温、湿度。夹层玻璃技术性能不低于《建筑用安全玻璃第3部分：夹层玻璃》GB15763.3-2009的要求。
3.2结构的稳定性
幕墙支撑跨度很大时，往往会出现结构的稳定性问题。典型例子为在全玻幕墙中，玻璃肋跨度有时会达到10m。设计时须考虑结构的稳定性，《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003中7.3.7条明确规定高度大于8m的玻璃肋宜考虑平面外的稳定验算；高度大于12m的玻璃肋，应进行平面外的稳定验算，必要时应采取防止侧向失稳得构造措施。
另外，对于细长的杆件，所受压力达到一定数值时，杆件突然发生弯曲，以致引起整个结构的破坏，这种现象称为失稳。常常用长细比λ=l/i，其中i由截面形状和尺寸确定。当长细比过大时，在计算承载能力时，常常引入一个小于1的系数来反映其降低的程度。譬如，一雨棚拉杆的最大轴向力N=60435N，拉杆截面为圆管，直径为150mm，壁厚为6mm，其回转半径为51，则长细比L/i=6276/51=123，查得轴心受压的稳定系数为0.43。故拉应力max=N/0.43/A=60435/0.43/2714=51.8≤215MPa，满足设计要求。
3.3横梁立柱的选型与最小壁厚
横梁立柱作为幕墙设计中的主要型材，在设计时要考虑的因素除了结构安全外，需要考虑的因素还有成本以及加工难易程度等等，同样《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003中规定了横梁和立柱设计时应该注意的一般设计原则，横梁和立柱截面的受力部分（参加计算的部分），截面最小厚度应考虑以下因素：（1）宽厚比b/t的限制；（2）采用螺纹直接受力连接的铝型材局部厚度不小于螺钉直径；（3）构造最小厚度。其中，b/t的限值由钢材或铝材的型号决定。
构造最小厚度：钢型材：横梁不小于2.5mm，立柱不小于3.0mm；铝型材：横梁跨度不大于1.2m时不小于2.0mm，跨度大于1.2m时不小于2.5mm，立柱开口部分不小于3.0mm，闭口部分不小于2.5mm。
所以为了节省成本，在满足受力要求的前提下，尽量减小壁厚，缩短立柱长度，使横梁立柱的截面积达到所允许的最小值。
3.4防火防雷问题
根据《建筑设计防火规范》GB50016-2014的规定进行防火设计。譬如，在幕墙与各层楼板外沿间的缝隙处设置耐火极限不小于2小时的防火岩棉和防烟密封材料填充密实，防火岩棉厚度不小于100mm，防火岩棉承托在1.5mm的镀锌钢板上；同时在防火板与其它构件相连接部位用防火胶填充密封。
按《建筑防雷设计规范》GB50057-2010要求进行防雷设计。
幕墙防顶击雷：采用直径10mm的圆钢每间隔10米与主体避雷带可靠连接。
4.结语
由于现在幕墙的广泛应用，并且随着对结构安全性和适应性要求越来越严格，外观的要求也逐渐增加，曲面和异性的幕墙够构造越来越多地应用在建筑中，结构会越来越复杂，现有的设计还不是很完善，在今后的幕墙设计时需要考虑的还有很多，包括材料的选择，型式的选择，并且应遵循相应的设计标准。总之，对于其结构的设计，因从安全性、功能性，经济性三方面综合考虑，只有满足了以上三个条件，才能是合格、标准的幕墙设计方案。
参考文献：
[1]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010
[2]《玻璃幕墙工程技术规范》JGJ102-2003
[3]《建筑设计防火规范》GB50016-2014
[4]《建筑幕墙》GB/T21086-2007
[5]《建筑防雷设计规范》GB50057-2010
论文作者:董青
论文发表刊物:《基层建设》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/16
标签：幕墙论文; 荷载论文; 结构论文; 立柱论文; 挠度论文; 作用论文; 横梁论文; 《基层建设》2017年第16期论文;