洪炜航
东莞朗兴幕墙铝门窗有限公司 广东 东莞 523373
摘要：当下社会经济不断发展，促使建筑行业的发展也突飞猛进。建筑幕墙是整个建筑的保护壳，其结构的设计会对整个建筑的优劣造成直接影响，因此需要格外重视。本次综述主要分析建筑幕墙的分类、特点，以及如何设计建筑幕墙的结构，并探究了如何优化建筑幕墙的设计使其更加具有多功能性、经济性，希望对提高建筑幕墙结构的设计有所帮助。
关键词：建筑幕墙；结构设计；优化
科学技术的不断发展使建筑行业中融入较多的科技因素，而建筑幕墙是整个建筑的外壳，其有较多的分类和结构。但部分幕墙在进行结构设计的时候仍存在问题，对其整个的结构功能、美观性造成影响。如何解决此类问题，不断优化幕墙的设计是建筑业值得考虑的一个问题。
一、建筑幕墙的分类、各个分类的特点
为了更好的设计、优化建筑幕墙的结构，需要了解其主要的分类以及各自的特点，之后再深入地设计和分析。
第一，全玻幕墙。顾名思义，是全视野、全透明的一种玻璃幕墙，应用此种幕墙的主要目的就是透明，能充分融合内外环境，且可以通过玻璃直接看到建筑的整个结构系统，使幕墙不再是一种单一的支撑结构，变得多功能化，还具有观赏、美观的效果，让整个建筑的设计更加有艺术气息，促使整个空间更加立体、清新。另外，全玻幕墙具有便于清洗、重量轻、维修方便、选材简单和施工快捷的特点，通过玻璃幕墙所达到的装饰效果其他幕墙无法比拟，非常有艺术和现代化气息[1]。
第二，单元式幕墙。这是建筑业发展潜力、普及价值最高的一种幕墙，其均由工程统一生产和组装，为当下最先进的技术标准，生产速度快，因此推崇度较高。单元式幕墙的特点首先是生产和组装均为工业化操作，生产周期短且精度高。能大批量、高质量、高效率的生产，因此社会经济效益较强。此外，单元间通过结构密封，因此应用现场不需要填注密封胶，且打胶时，无需考虑天气原因，受制范围相对较小。其具有良好的风压变形、水密性、气密性等能力，与当下的节能环保理念相符。
二、设计幕墙的原则、要求
第一，从经济、安全、功能方面考虑，建筑幕墙其最直接的功能就是将整个建筑的外观照亮，其次为保证墙壁的承重。其是高科技和现代建筑美学的天然衍生物。因此在对建筑幕墙进行设计的时候，除了考虑怎样使建筑的外观看起来凉爽、华丽，还需要考虑其结构的材料消耗和性能，以及整个建筑幕墙的稳定性和安全性。综合考虑上述几个方面后设计的建筑幕墙，才能符合要求。
第二，安全性、功能性的择中设计。在实际应用中，虽然建筑幕墙不承担建筑的主要承重，更多的承担着类似幕布的作用，但他仍能影响整个建筑物的安全性，因此在建设的时候，不仅需要考虑到其自身的艺术性和美观性，还需要重视其为建筑的安全性。因此设计时不能仅仅有花哨的装饰或复杂的结构，而忽略了其自身应承担的耐牵扯力、抗压力以及承重力。
第三，突发情况下的稳定性设计。建筑幕墙是整个建筑的第一层保护罩，如果建筑物的外部结构受到自然灾害或外力的侵袭时，幕墙结构首先受到冲击。因此在设计的时候，不能仅考虑其美观性而忽略了稳定性，否则一旦发生风雨雷电等突发情况，幕墙负荷较多可能会导致安全隐患。设计时一定要计算出自然载荷力的大小，并考虑到建筑幕墙的设计结构中，从而保证其稳定性。
三、建筑幕墙结构设计优化措施
第一，承载力的优化。现代的幕墙为了达到减轻自重的目的，通常应用轻质材料。但部分材料随着其自身厚度的降低，其强度也会降低，因此需要充分考虑额外添加折边工艺或局部的筋肋。进行玻璃幕墙的施工中，需要充分把握硅酮结构胶的质量，并计算、分析出相应的粘结厚度和宽度。在框格式幕墙的施工中，由于主要的受力部分为立柱、横梁，因此需要充分计算出其承载力，确定合适的厚度和截面积，即选择材料时综合考虑其经济性、安全性。
第二，安全性的优化。在设计建筑幕墙时，要重点注意垂直幕墙的结构稳定性和刚度，较多建筑幕墙脱落事故的发生，均发生在建筑的垂直幕墙上，因此需要保证各个结构的关键节点连接的可靠性、稳定性，尤其需要注意的是玻璃幕墙，容易受到温度的影响，出现爆裂现象。因此在设计玻璃幕墙的节点时，应注意预留镶嵌槽底板和玻璃边缘间的配合间隙，防止因为挤压导致玻璃破坏。条件允许的情况下，可以选择夹层玻璃，也可以应用贴膜玻璃，这样就算玻璃破碎，也会是一个整体，在框架上固定，短时内不会脱落，有一定的维修更换时间，有利于安全性的提高。而针对玻璃采光顶，在保证采光的同时需要综合考虑其耐火性、防雷性和刚度，预防高空坠物造成破坏，同时需要注意消防方面，预防火灾时发生塌落或爆裂。与此同时也要重点关注开启窗的安全性设计，各个地区均有由于维护管理不善或设计缺陷引发的窗户脱落情况，其事故率仅比玻璃爆裂发生率低[2]。
第三，采光保温功能的优化。建筑幕墙不仅有装饰和美观的作用，还需要具备安全性，同时其还发挥着采光保温的作用，这也是其主打功能之一。但保温、隔热两种功能在同一类型的幕墙的使用中会有冲突。例如使用玻璃幕墙的时候，可以充分保证其采光性，但隔热、保温效果相对会减弱。因此需要选择不同的传热系数的玻璃，优化密封方式，必要时可以应用双层幕墙。不仅可以强化建筑幕墙的功能性，还能发挥节能环保的作用。
第四，环保节能的优化。在保证建筑幕墙功能性和安全性的基础上，需要考虑其使用效率。通过新技术可以降低建筑的能耗，例如近年来较为流行的双层幕墙的结构，通过利用烟囱和气压差的效应，在可控制的排风、进风口作用下，实现双层幕墙的空气循环，不仅可以有效提高其保温、隔热的作用，还可以降低能源消耗，提高人们工作、生活环境的舒适性。目前，BMI技术广泛应用于我国的建筑行业，同样也适应于建筑幕墙的设计，通过可视化的模型可以优化结构设计，降低返工率，减少碰撞点，保证正常、顺利地进行安装，有效降低施工成本。
四、建设优化设计模型
建筑幕墙设计优化需要解决的主要问题就是把工程实际问题转变为数学模型，创建数学模型的三个要素为目标函数、设计变量以及约束条件。
第一，目标函数，其是用来对设计方案优劣情况进行衡量的目标。当下，目前设计优化开展的工作主要为优化截面尺寸，使幕墙结构重量最轻。玻璃幕墙中的横梁截面示意图，见图一。
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图一，横梁截面示意图
由图一可知，横梁设计方案有参数b，d，t，h描述，但经计算和时间经验发现，起主要作用的为b和h。因此设计变量为h，d、b、t为预定函数，这样有利于优化设计的计算，又不会影响优化效果。
第二，设计变量，优化设计的目的就是最优组合各个设计变量，在优化截面尺寸时，设计变量为物理参数和截面的几何参数。
第三，约束条件，即为约束函数，是设计变量间或设计变量自身应遵循的限制条件的一种数字表达式。
综上所述，目前建筑幕墙的材质、样式多种多样，在设计幕墙时需要综合考虑各种性质以及其安全性和功能性，主要可以对其承载力、安全性、采光保温、环保节能进行优化，从而满足发展的需求。
参考文献：
[1] 彭何新、李书文、黄尚克、唐樊、丁铁军. 装配式钢结构建筑外墙变形缝设计与施工技术[J]. 施工技术, 2020, v.49;No.567(20):67-69.
[2] 赵昕, 赵健哲, 马壮. 基于等增量敏感性的高层建筑结构反向约束优化设计方法研究[J]. 建筑结构学报, 2019, 040(011):210-219.