建筑幕墙结构设计与优化探讨

陈爱妹

（中标建设集团股份有限公司）

建筑幕墙结构设计与优化探讨

陈爱妹

（中标建设集团股份有限公司）

建筑幕墙是建筑物不承重的外墙护围，通常由面板（玻璃、铝板、石板、陶瓷板等）和后面的支承结构（铝横梁立柱、钢结构、玻璃肋等等）组成。随着生活水平的提高，人们对于居住楼层的设计要求越来越多，除了基本的稳定、安全方面性能的考虑之外，对于建筑物外观、造型、建材也越来越挑剔。在现代建筑结构中，幕墙结构的应用已经越来越普遍，其功能的多样性也随着建筑物功能的发展而变化，本文主要阐述现代我国建筑结构中幕墙结构的主流设计思路，及日后发展创新的思路，提出现代化建筑幕墙结构设计的策略。

现代建筑结构；幕墙结构；幕墙设计；设计思路

在实际施工中，很多幕墙设计方案因受到设计、施工因素的影响，暴露了诸多不足。如安全性、稳定性等方面，影响了整个建筑结构的安全与质量，整体上达不到幕墙设计策略最初的设想效果。

1　建筑结构幕墙的分类及特点

1.1单元式幕墙

单元式幕墙，以工厂统一生产组装、高标准技术、耗时短等综合优势，成为幕墙领域最具普及价值和发展潜力的幕墙形式。

单元式幕墙主要特点：①从生产到组装全程工业化，组装精度高，有效控制了施工周期，经济效益和社会效益明显。②单元之间采用结构密封，适应主体结构位移能力强，适用于超高层建筑和钢结构高层建筑。③不需要在现场填注密封胶，不受天气对打胶的影响。④具有优良的气密性、水密性、风压变形及平面变形能力，可达到较高的环保节能要求。

1.2点支式幕墙

点支式幕墙主要特点：①支承结构形式多样，可满足不同建筑师及工程业主对建筑结构与外立面效果的需求。②结构稳固美观，构件精巧实用，可实现金属结构与玻璃的通透性能融为一体，建筑内外空间和谐统一。③玻璃与驳接爪件采用球铰连接，具有较强的吸收变形能力。

1.3全玻幕墙

全玻幕墙是一种全透明、全视野的玻璃幕墙，利用玻璃的透明性，追求建筑物内外空间的流通和融合，使人们可以透过玻璃清楚地看到玻璃的整个结构系统，使结构系统由单纯的支承作用转向表现其可见性，从而表现出建筑装饰的艺术感、层次感和立体感。具有重量轻、选材简单、加工工厂化、施工快捷、维护维修方便、易于清洗等特点。其对于丰富建筑造型立面效果的功效是其他材料无可比拟的，是现代科技在建筑装饰上的体现。

1.4智能型呼吸式幕墙

呼吸式幕墙是建筑的“双层绿色外套”。幕墙双层结构有显著的隔音效果，结构的特质也赋予了建筑以“呼吸效应”。居住者能够体验到真正的冬暖夏凉，减少极端环境带来的不适；建筑本体的主动效能，极大减少了能源消耗。

智能幕墙是呼吸式幕墙的延伸，是在智能化建筑的基础上将建筑配套技术（暖、热、光、电）的适度控制，在幕墙材料、太阳能的有效利用，通过计算机网络进行有效的调节室内空气、温度和光线，从而节省了建筑物使用过程的能源，降低了生产和建筑物使用过程的费用。

1.5光电幕墙

光电幕墙是一种集发电、隔音、隔热、装饰等功能于一体，把光电技术与幕墙技术相结合的新型功能性幕墙，代表着幕墙技术发展的新方向。其通过太阳能光电池和半导体材料对自然光进行采集、转化、蓄积、变压，最后联入建筑供电网络，为建筑提供可靠的电力支持。

1.6幕墙钢结构

幕墙钢结构具有自重轻、安装容易、施工周期短、抗震性能好、投资回收快、环境污染少等综合优势，与钢筋混凝土结构相比，更具有在“高、大、轻”三个方面发展的独特优势。因此在高层建筑、大型公共建筑（如体育馆、机场、剧院、大型厂房）等建筑领域得以广泛应用。

幕墙钢结构主要特点：①设计先进：运用最先进的设计方法，充分发挥钢材力学特性，大量节约钢材。②结构新颖：结构精巧，极大扩展建筑空间，建筑时代感强。③安装快捷：构件标准，制作精良，施工安装简便、快捷、安全。④技术完备：与建筑技术相结合的完备的技术体系。

1.7金属屋面

金属屋面将采光通风与建筑艺术完美融合，充分体现了现代建筑清新明亮的自然环境和新颖独特的艺术造型。

产品特性：①全新的系统设计，完全将结构安全融入建筑艺术；先进的防漏、防水、防结露技术，全面展示建筑玻璃的美感；②超前的节能环保设计，保证人类亲近大自然的同时，降低能耗和伤害；③多项新技术的综合应用（防火、防腐、遮阳、控制），提高了建筑屋面的安全性、适用性[2]。

2　建筑幕墙主流设计思路

建筑幕墙是现代建筑的一种全新建构形式，由于其兼顾美观与实用性等功能，在设计之初往往从简洁、轻便、耐久等为主要注重点，但在特高层或复杂结构建筑中，建筑幕墙也需要考虑到稳定性和承重能力。

2.1功能性与安全性折衷设计

建筑幕墙大多数时候并不承担建筑承重任务，而像是一面悬挂的幕布披在建筑外围，因而得名。建筑幕墙在设计时最主要的注重点，还是从整体上增加建筑物的光彩及外型上的美观，为此，很多建筑幕墙在设计时极尽结构之复杂，选料之奢侈，却往往忽略了幕墙作为建筑结构的一部分，其关系到整座建筑的整体安全性。因此，在幕墙结构选材和设计时，要充分考虑到其在基础使用要求之下，幕墙的基本承重力，抗压力，耐牵扯力等。

2.2在各种自然环境或突发状况下的稳定性

由于幕墙是整座建筑的外衣，一旦有外力作用在建筑体，最先承受压力的就是这层幕墙。只考虑外观效果的幕墙无法在不同环境或突发状况下，保证其结构的稳定性和安全性。设计师在设计幕墙时，需要充分考虑到一旦遭遇风、雨、雷、电等各种自然气象，幕墙的风载荷、雪载荷、电载荷等隐患，要计算出幕墙对于这些自然载荷或外力载荷的承力程度。

2.3功能性、安全性与经济性统一考虑

建筑物幕墙最主要的功能是美化建筑外观，其次是墙体承重，是现代建筑学在高新技术影响下自然衍生出来的产物。我们在设计建筑幕墙时，不能光想着怎样让外面看上去更光鲜亮丽，酷炫逼人，也要考虑到整个构造的耗料价值，整体安全性能，只有从这三方面折衷考虑，且都能基本达标的设计方案，才能称之为上乘之选。

3　建筑幕墙设计优化思路

建筑幕墙设计是一项非常复杂且专业的技术，涉及到传统的应力计算和安全设计学，设计者在保证幕墙结构安全、经济、美观的前提条件下，需要对整个方案做细致的优化工作。

3.1结构安全优化

幕墙结构的安全设计主要包括载荷压力计算和幕墙结构安全性两大块，在保证了第一点达标之后，我们还需对结构的整体安全做一道防护工序。现实环境下，高层建筑不断受到各种恶劣天气的冲击，幕墙结构经常会面临着雨雪雷电的“腐蚀”，受到火灾的考验。因此，结构的防火、防雪、防雷、防震等性能，都是在设计方案中不得忽略的细节。

3.2载荷性能优化

设计师可以根据结构的选材和形式，来计算出幕墙结构的整体载荷极限。如果幕墙载荷极限过低，则很容易在周遭环境的变动下，发生安全隐患。设计师在考虑清楚这一点后，需要对整座建筑附近的地理、气候环境等因素作出评估，最后再根据计算出来的幕墙载荷极限，来选择耗材，设计墙体外观。

3.3结构经济化

考虑幕墙结构的经济合理性，是整个工程项目预算的组成部分，影响到整个工程的开展进度与效率。合理的幕墙设计方案，既能满足基本的美观与安全性需求，同时在选材类别和量的方面，也能做到经济适用，不会造成铺张浪费，或大材小用[2]。

4　结束语

实践证明，建筑物的幕墙结构对提升建筑物的美观及实用功能具备十分重要的意义，对于其结构的设计，因从安全性、功能性，经济性三方面折衷考虑，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，所设计出来的幕墙才能在安全、稳定的同时，又具备美观、大气的外形，这也是现代幕墙发展的主要方向。

[1]刘洪涛，刘春涛，刘祥众，等.浅谈幕墙结构的分类及特点[J].门窗，2010（8）：6～15.

[2]戴宇辰.建筑幕墙结构设计与优化[J].建筑工程技术与设计，2015（9）：430.

TU318

A

1673-0038（2015）29-0052-02

2015-7-1

陈爱妹（1980-），中级（工程师），本科，主要从事幕墙与钢结构设计工作。