建筑幕墙结构设计及优化措施论述
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摘 要：当今建筑幕墙作为建筑类的一种产品已被广泛应用。为切实优化和提升建筑幕墙的应用价值，必须首先切实做好幕墙结构设计工作，确保设计方案合理可行，才能日后精准指导幕墙工程施工阶段安装以及使用中维修与保养。本文以建筑幕墙结构设计作为研究对象，首先介绍几种常见的建筑幕墙结构体系，然后具体从安全性、承载能力、经济性以及功能性等方面探讨优化设计措施，以供参考。
关键词：建筑幕墙;结构设计;优化措施
1 引言
在现阶段我国建筑行业发展中，建筑幕墙已经作为一种建筑类产品被广泛普遍应用。幕墙结构体系种类丰富，造型独特精致，对提升建筑物的品质与价值具有积极的作用。因此建筑幕墙结构设计显得尤其重要，从幕墙结构体系的选择、设计以及优化措施等环环相扣，充分考虑其合理性、安全性、稳定性、经济性将决定建筑物的品质、形象与市场价值。如果建筑幕墙结构设计和构造的不合理存在缺陷，不仅会影响建筑幕墙使用中的功能性，还可能会造成其结构与构造的安全隐患。基于此，针对建筑幕墙结构设计应予以重点关注，切实提高设计水平和水准，成为当今建筑幕墙的应用关键环节，应该引起高度重视和关注。
2 建筑幕墙结构设计概述
随着我国的国民经济飞速发展，如今建筑幕墙已被广泛应用于建筑设计中，从广义上可称之为：“建筑外皮”，它也是一幢建筑物自身的、独有的名片，其独特的艺术造型甚至也是一座城市的标志和象征。
伴随着科学技术的飞速发展，建筑幕墙结构系统的种类和构造体系也日新月异，其结构设计与构造设计不仅仅要注重与建筑物形体的协调性和美观性，还必须保证建筑幕墙系统结构的安全性、稳定性、可靠性，同时应当具备良好的使用功能性（例如：抗风压性能、气密性能、水密性能、热工性能、光学性能、空气隔声性能、平面变形性能、耐冲击性能、承重性能），从而提升建筑物整体的品质与形象。结合目前建筑幕墙结构体系的实际应用状况，列举以下几种比较常见的幕墙结构体系。
2.1 构件式幕墙系统
最基本和最常见的幕墙结构体系，通常首先在加工厂完成支撑框架（立柱与横梁）和各类外饰墙面板（含组件）的制作，然后再运送至施工现场，按照安装工艺的顺序先将支撑框架的立柱通过连接件固定在建筑主体结构上，再将横梁安装在立柱上，之后将外饰面板（含组件）固定在支撑框架上。这种幕墙结构体系具备结构设计、结构承载力计算相对较为简易，并能够承受较大的现场安装误差，因此被广泛用于一般建筑物或高层/超高层建筑物的裙房部位。
2.2 单元式幕墙系统
一种高性能的幕墙结构体系，具有模块化、装配化、集成化等特点。通常是将支撑框架与外饰墙面板在加工厂完成制作和组装，形成幕墙单元板块，再将单元板块运送至施工现场，在施工现场进行机械吊装，单元板块通过铝合金或钢质的转接件安装在建筑主体结构上。单元式幕墙系统具备较高的水密性能和气密性能，其原理是采用“雨幕原理”，结合铝合金型材的等压腔设计，从而实现单元式幕墙结构体系内有组织与有导向性的排水，具有优良的幕墙防雨水功能。单元式幕墙的模块化和装配化特点，能够实现与建筑主体同步施工，故被广泛应用于高层和超高层建筑物。
2.3 點支式幕墙系统
一种主要采用金属材料作为龙骨（钢型材、不锈钢等）与玻璃相结合的结构体系。利用现代化计算机软件进行结构设计和力学模型分析，并伴随着建筑玻璃制造技术与工艺的提升，实现了现代化建筑大空间的风格。该结构体系支撑结构布置灵活多变，适用于建筑物大空间、大尺度部位，该幕墙结构体系的安全性、稳定性尤为重要，对构件的技术要求较高，设计需要精巧实用。
2.4 全玻璃幕墙系统
随着玻璃制造技术提升而衍生出的一种新型幕墙结构体系。它为建筑物实现晶莹剔透、独特别致的外观效果创造了一个全新的空间。在全玻幕墙结构设计中，应充分处理好建筑外立面分格与玻璃制造工艺和造价成本之间的矛盾，保证其幕墙结构体系的安全性与稳定性，同时兼备幕墙工程造价的性价比。
3 建筑幕墙结构优化设计措施
3.1 安全优化设计
建筑幕墙结构优化设计应以结构的安全性、稳定性为前提，幕墙结构与构造在使用过程中安全、可靠为原则，避免出现较严重的安全事故。基于建筑幕墙结构安全性的保障工作而言，设计人员首先应考虑幕墙结构体系的选择，构造合理，以及满足建筑的美观，其次应注重幕墙消防角度考虑，设计方案必须满足规范的要求，使得幕墙具备良好的耐火性能，避免因火灾造成的安全事故。另外，对于高层和超高层建筑物，必须重点考虑玻璃因自爆导致“玻璃雨”安全事故，人造板材或者石材幕墙应避免因面板脱落导致的安全事故，对于这些优化设计中应从幕墙材料的技术要求和材料选择以及设置防脱落构造设计等方面着重考虑。
建筑幕墙结构整体的抗震性能也尤其重要。在地震作用下，幕墙应保持整体结构的安全性，避免因地震作用下的位移使得幕墙结构整体较大破坏和损坏，应当以“小震不坏，中震可修，大震不倒”为设计原则，因此除了建筑幕墙结构支撑构件与外饰墙面板的强度和刚度应满足规范要求，还应当在相邻幕墙单元板块之间（例如：公母竖框之间、上下横框之间）以及幕墙单元板块与建筑主体结构连接处设计预留有效的变形缝和伸缩缝，从而提高幕墙结构整体的强抗震性能。
3.2 承载能力优化设计
首先，建筑幕墙所有支撑构件与外饰墙面板的承载力设计必须满足相应的规范要求。计算参数的选择（例如：基本风压、基本雪压、地面粗糙度类型、抗震设防等级等参数）应该与建筑主体结构设计保持一致。设计人员应合理地分析幕墙支撑构件的力学模型，对支撑构件进行力学计算，确保支撑构件的强度与刚度满足规范和技术的要求。幕墙构件承载能力应具备安全性、稳定性、可靠性，同时应当与经济性相匹配，不能因考虑支撑构件的承载能力，而忽视幕墙工程造价的性价比。 幕墙结构承载能力优化设计，首先应当考虑基本风压的取值，应结合项目的具体情况而定（例如：规范要求取值或者风洞试验报告取值），还应考虑幕墙系统位于建筑物不同部位体型系数的取值，结合支撑构件合理的力学模型分析，支撑构件是安全、稳定、可靠的，并为幕墙支撑构件和外墙面板的材料选择提供数据支撑。
承载能力优化设计中，建筑幕墙各类材料的优化应当科学与合理，尤其是对于各类支撑材料的选择，需重点关注材料的强度、刚度性能，了解其对于建筑幕墙结构承载力的贡献，避免因采用劣质材料或者是型号/牌号不匹配的材料参与建筑幕墙的构建。针对建筑幕墙结构中的各受力构件进行优化设计，既保证幕墙构件的支撑性能的安全与稳定，同时具有良好的经济性。
3.3 经济性优化设计
对于建筑幕墙结构的优化设计而言，往往还需要幕墙设计人员重点考虑到经济性的要求，能够在业主投资范围内进行幕墙方案设计，避免因为设计方案不合理，产生较为严重的超预算的问题。因此在建筑幕墙结构设计中，设计人员应该致力于平衡美观性与经济性之间的矛盾，以确保建筑幕墙结构安全、稳定、可靠为前提，避免过度追求美观性或艺术性而造成建筑幕墙造价过高。设计人员首先需要关注于幕墙材料的选择，所选择的材料均符合技术、造价的要求，在保证材料技术要求的基础上，优先选择性价比相对较高的幕墙材料。从建筑幕墙结构类型优化设计着手进行经济性控制同样极为重要，需要设计人员针对不同建筑幕墙结构设计方案进行综合评估，精准判定幕墙工程造价，从而在条件允许的情况下，优先选择最为适宜的设计方案。
3.4 功能性优化设计
建筑幕墙结构优化设计中还应重点考虑其功能性的要求，使得建筑幕墙产品在使用中发挥出应有的功能与价值。在功能性优化设计中，设计人员首先考虑幕墙的基本功能，例如：抗风压性能、水密性能、气密性能、热工性能、光学性能、空气隔音性能、平面变形性能等，另外应考虑设计的集成化，例如：遮阳、灯光亮化、BMU等因素。除此之外，优化设计应具备维护更换的方案，保证建筑幕墙产品在使用过程中的可维修与更换。
4 结束语
建筑幕墙在建筑设计中被广泛应用，建筑师对建筑物的造型更加艺术性，为提升建筑幕墙的应用，必须首先考虑幕墙结构设计，基于安全性、承载能力、经济性以及功能性进行设计方案的优化，从而使得建筑幕墙既美观，又实用，展现建筑物的造型艺术。
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