现代建筑幕墙结构设计应考虑的相关问题与优化策略探讨

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【摘要】 本文主要对现代建筑幕墙结构设计应考虑的相关问题进行分析，并提出优化建筑幕墙结构的设计策略，以供同仁参考。

【关键词】 现代建筑幕墙;结构设计;考虑问题;优化策略

一、前言

近年来，随着我国城市建设现代化水平的不断提高，在城市建筑建设中对于外观要求也逐渐增加，加强建筑物的幕墙结构设计对于提高建筑物的美观程度有十分重要的作用。但是由于建筑物幕墙结构设计在建筑物中的应用时间比较短，一些相关的设计并不十分完善。如采光、安全性、节能性等方面，影响着建筑的安全与质量，整体效果上达不到预期设计目的，这就需要在建筑幕墙的设计过程中认真研究其结构选型及外在体现的效果，从而满足建筑幕墙的设计需求。本文主要对现代建筑幕墙结构设计应考虑的相关问题进行分析，并提出优化建筑幕墙结构的设计策略，以供同仁参考。

二、现代建筑幕墙结构设计应考虑的相关问题

幕墙结构是现代建筑的一种新型结构型式，由于它兼具了美观和实用等功能，在实际的设计中以简洁、轻便为主要表现形式，所以在设计中必须要考虑其结构的安全性和功能特性。在建筑幕墙的结构设计中，需要考虑以下几点问题：

（1）幕墙结构设计安全问题。幕墙结构是建筑物外观结构的一部分，它必须在满足美观和实用功能的同时，根据幕墙结构的功能需求，对其构件的设计充分考虑使用要求和足够的强度、刚度，即在外力作用下的变形性的稳定范围。在设计过程中，要考虑幕墙所可能承受的各种载荷，根据建筑物所处环境与建筑物结构形状分析可能的风载荷、雪载荷、重力载荷，还要根据当期气候条件分析温度变化或自然灾害可能带来的载荷影响，以及这些载荷变化带来的幕墙结构外形的变化，充分设计幕墙结构的承载能力，保证结构的安全性。

（2）建筑幕墙的保温节能问题。建筑幕墙作为建筑物的墙体，对建筑物有一定的保温功能。但是由于幕墙的结构设计并不十分完善，一些建筑物在使用过程中未能达到良好的保温功能，导致幕墙设计存在的问题逐渐增多，严重影响了建筑物的正常使用。幕墙结构设计中需要综合考虑外墙的窗墙比、体型系数和所用材料。由于缺少遮阳设备或者是设计不合理导致幕墙的保温效果不好，这是目前建筑幕墙面临的主要问题。

（3）建筑幕墙的光污染问题。随着建筑物数量和规模的逐渐增加，光污染成为城市污染的重要组成部分，对人们的生活和健康造成了十分不利的影响。建筑物墙面涂料的反光是比较常见的光污染源之一，目前建筑物采用的大都是玻璃幕墙，太阳强光照射建筑物的玻璃幕墙等装饰产生的反射光线，往往会对人们的视力和健康造成影响，严重地将会导致神经衰弱。建筑物玻璃幕墙强烈的反射光对于周围的办公人员以及附近的居民都有十分不利的影响，甚至还会造成火灾等严重事故，由于玻璃幕墙强烈的反射光导致的车祸事故也日益增加。

（4）建筑幕墙的材料选择问题。目前我国幕墙设计发展时间比较短，相应的幕墙结构设计并不十分完善。大多数的幕墙设计人员都是选择比较通用的材料，但是一些特殊的建筑物也需要一些特殊的幕墙材料进行装饰。由于使用特殊材料对于幕墙设计存在一定的风险，如果使用不当将会对整个建筑物造成十分不利的影响。另外幕墙的形状选择也是十分重要的，但是由于幕墙设计人员缺乏一定的工作经验，往往导致建筑幕墙材料的浪费，导致建筑物的幕墙结构设计不合理，严重影响了建筑物的水平。

三、现代建筑幕墙结构设计的优化策略

建筑幕墙结构设计是一项非常繁琐的设计工作，它往往涉及很多复杂的应力计算和安全设计，在保证安全、美观、经济的前提下.进行优化设计方案.是建筑幕墙结构设计的主要工作。建筑幕墙结构的设计中，根据施工条件和建筑要求，

可以进行以下设计优化：

（1）安全性优化。为了保证幕墙结构能正常工作，在设计每一构件时，首先要使构件在外力作用下不破坏，即每一构件要有足够的强度。第二要考虑构件在外力作用下要变形，但变形不能超过某一允许范围，即每一构件要有足够的刚度。最后，构件在外力作用下，可能原来的形状不能继续维持而要突然改变，即原来的平衡形式不能保持稳定。幕墙构件设计时，应当考虑以上三方面以及参数本身、构造方面的要求，以数学表达式的方式写出。假如所设计的构件能符合强度、刚度和稳定性的要求，就认为设计是安全的。幕墙结构的安全性设计除了要满足结构承载负荷的要求之外，整个建筑结构的安全性也是与之相关的，幕墙结构的安全性优化除了需要满足结构的可靠性之外，还要充分考虑采光顶的消防设计。较大型的玻璃采光顶，必须使用耐火极限不低于0.25h的三级耐火级的吊顶，同时满足结构防火的要求，其他如防雷、防高空坠物、防冰雹等设计要求，在抗震设计中，玻璃幕墙的镶嵌深度要保证可靠固定。重点做好各构件连接点的设计优化，幕墙结构消防安全通道的影响布置也很重要。

（2）载荷优化。建筑幕墙的设计中，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应该按下列规定确定。计算主要受力结构时，应按下列式算：Wk=βzμsμzWo，式中：Wk--凤荷载标准值kN/m2;βz--高度z处的风振系数;μs--风荷载体型系数;μz--风高度变化系数;Wo--基本凤压（kN/m2）。计算围护结构时，应按下式计算：Wk=βgzμslμzWo ，式中：βgz--高度z处的阵风系数;μsl--风荷载局部体型系数。基本风压应采用按本规范的方法规定50年重现期的风压，但不得小于0.3kN/m2。对于高层建筑及对风荷载比较敏感的其他结构，基本风压的取值应适当提高，并应符合有关结构设计规范的规定。

（3）采光、保温等功能优化。建筑幕墙的结构设计不仅仅是对建筑物的美观设计，同时，幕墙结构带来的采光和保温等实用功能才是幕墙结构得以快速发展的主要功能，而保温隔热和采光有时其功能会发生冲突，如玻璃幕墙的采光效果好，但保温隔热差，因此，选择不同传热系数的玻璃，采用隔热断桥铝型材作为框架结构，同时优化密封方式，采用双层幕墙，相对于单层传统幕墙，在采暖时可以节省能源约40%-50%，制冷时可以节约能源约40%-60%。

（4）结构经济性优化。结构设计的经济性需要根据幕墙结构的面板布置以及主体结构的支撑等条件，考虑结构型式的经济合理性，在对载荷与结构尺寸要求的计算上，合理的选择最佳方案，避免设计尺寸过大或性能条件取值过高而造成材料浪费。在结构型式上尽量采用结构简单的简支梁或双支点梁结构，合理利用材料的力学性能，提高结构的可靠性，实现成本控制。

（5）幕墙结构设计人员水平的优化。一方面加强对现有幕墙结构设计人员的培训工作，现有的幕墙结构设计人员在技术水平和设计经验方面都还比较欠缺，通过加强对现有幕墙结构设计人员的培训工作可以有效地丰富幕墙结构设计经验，提高设计水平;另一方面引进一些高素质的幕墙结构设计人员，壮大幕墙结构设计人员队伍。可以引进一些国外的幕墙结构设计人员或者是通过学习国外的幕墙结构设计经验提高幕墙结构的设计水平，保障幕墙结构能够充分发挥其作用，提高建筑物建设水平。

四、结语

总之，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。而优化设计除安全适用外，可做到重量最轻、成本最低、节省能源、加工制作和安装施工劳动力最省、工期最短，在确保安全可靠的前提下，获取极大的经济效益，使建筑幕墙设计做到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量。

参考文献

[1]建筑结构荷载规范（GB50009―2001）2006年版

[2]玻璃幕墙工程技术规范（JGJI02―2003）

[3]建筑玻璃应用技术规程（JGJI13―2009）