基于建筑幕墙结构设计与优化探讨

摘 要：随着我国城镇化建设的快速发展，城市建筑在功能性、实用性和节能环保等方面的要求越来越突出。建筑幕墙的形式与功能的多样性使得建筑具有了更多的美观和实用效用。在现代化建筑中各种形式和结构的幕墙对于建筑的整体结构在力学性能和安全性能等方面，对其结构设计提出了很高的要求，同时，在幕墙的结构设计中还要兼顾经济性和美观效果。但在实际施工设计中，由于各种设计因素和施工因素的影响，很多幕墙结构设计中存在着诸多不足，影响着建筑的安全与质量，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优化策略。

关键词：建筑；结构；设计；优化

1 前言

近些年，人们的生活水平在不断提高，对于建筑物的要求也更高。传统的建筑结构设计已经无法满足人们对建筑外观和功能等方面的需求。除了传统的住宅建筑以外，新型的公共建筑、玻璃幕墙建筑等新的建筑涌现，这对建筑设计师提出了更高的要求，设计师需要不断探索建筑、结构，采取科学措施优化建筑结构设计，提升建筑结构优化水平，从而更好的服务于施工。笔者根据相关工作经验，主要探究建筑结构设计中的优化策略，供大家参考和借鉴。

2 建筑结构设计优化概述

设计师对建筑结构的优化是一项专业性较强的工作。在明确建筑设计目的、使用功能的基础上，用恰当的方法进行优化设计，建筑设计先制定多种对比方案，综合考虑外立面的设计，再结合结构设计中安全实用和可行性较强的设计方案，对项目的优化设计进行综合的考虑。因为建筑工程涉及的面比较广，因此对建筑结构的优化设计涉及丰富的内容，主要包括建筑方案优化和结构、成本方案优化。如果再进一步细分，建筑方案优化包括总图规划方案、户型方案、建筑风格等方面的优化等等； 结构的优化设计包括： 基础结构方案的优化设计、结构选型方案的优化设计和结构细部设计的优化设计等等[1]。设计师通过建筑结构设计可以合理分配固定资源和有限空间，最大化使用建筑设备和建筑材料，保证建成的房屋具有美观，安全和舒适等特点。建筑结构设计优化主要是合理分配资源，并且对资源进一步加强固定。在造价方面，经过优化设计的房屋更加节省。如果站在长远利益的角度，建筑结构优化设计是一种可持续的理念，可以最大化的利用资源。

3 建筑幕墙的结构设计中需要注意的问题

其一，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。当然有时某些结构的设计需要根据需求偏向于某一方面的设计要求，但必须是在安全的前提下进行[2]。

其二，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。

其三，幕墙结构的设计中还需要根据结构的功能条件和载荷设计能力，合理取值，优化结构的经济指标。避免在设计中片面强调经济性而忽略了安全性能，也要避免过度浪费。

4 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]。

4.1 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”，受到火災的考验。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。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[4]。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。

4.2 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。

4.3 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。

4.4 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%到50%，制冷时可以节约能源约40%到60%[5]。

4.5 建筑材料优化

随着社会技术的发展，在市场上有很多新型的节能环保材料可供选择。对设计师而言，需要对新型的材料有敏锐的触觉，能够在设计时考虑采用合适的新型环保材料，以达到减少能耗、减少造价的优化要求。如带保温、防火性能的外墙仿石材装饰系统、钢筋网片等的新型材料，都能对项目的优化设计、降低工程造价、加快工程施工进展带来明显的优化效果。

4.6 平面设计方案优化

建筑的平面设计方案不同，建筑的合理使用性以及建筑成本的需求量也会不同。因此在多个建筑平面设计方案中选择最优设计方案非常重要，要确定建筑的平面布局、柱网间距到楼层数、层高、建筑物的高度和房屋的基本类型等，同时房屋开间大小和进深对会对设计方案产生影响。如果建筑房屋的性能相同，一般设计方案和最优设计方案的成本不同。因此在优化设计方案时要根据具体情况选择侧重点。

5 结语

总而言之，合理、优化的建筑设计不但可以节约项目造价成本，还可以为社会创造附加经济价值，建设成本的有效控制与资金节省、充分高效合理的使用土地资源。为此建筑结构设计中，要优化设计建筑结构，提高设计水平。

文章首先对建筑结构优化进行概述，再分析建筑结构设计的意义，原则和策略，最后提出建筑结构优化设计策略的应用。希望通过本文的研究对建筑结构设计中优化水平的提高有所帮助。

参考文献：

[1] 王美伦.参数化设计在复杂形态建筑结构设计中的应用[D].北京建筑大学，2016.

[2] 高丽慧.夏热冬冷地区双层玻璃幕墙热通道内气流组织模拟分析[D].湖南大学，2015.

[3] 李毅.L型截面高层建筑风荷载特性及其优化设计研究[D].湖南大学，2015.

[4] 黄隆旺.简析球形幕墙设计技术[J].工程建设，2014（3）：21～25+31.

[5] 丁力.基于ANSYS的固定式擦窗机的设计与研究[D].安徽理工大学，2013.

推荐访问： 幕墙 结构设计 探讨 优化 建筑

---