摘要：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设计理念，建筑幕墙的优化设计及未来发展趋势，拟为现代化建筑幕墙结构优化设计作参考。
关键词：幕墙结构；幕墙设计；优化；趋势
1、幕墙的设计理念
以概率理论为基础进行设计的方法在我国是认可的，并且逐渐代替了经验为基础的设计方法，由于幕墙形成后会受到其它作用力的挤压，所以内部受力情况十分复杂，幕墙的设计标准是在正常外力作用下对幕墙本身不产生损坏，所以幕墙在设计是会考虑其弹性性能。幕墙材料主要有玻璃、石材、金属面板、彩钢板、结构硅酮胶等，这些材料都有自己的性能上的特点。所以在设计时应根据实际的自然环境来选择幕墙材料的使用。在金属幕墙中的铝板幕墙一直是人们常用的材料，因为其重量轻、防水、防腐蚀、防污染等特点。在施工和加工过程中也方便加工，还有方便运输和安装的特点。概念设计指不用经过计算，尤其是一些难以精确计算其精准数值或规范中难以规定的问题，根据幕墙整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、在经验中获得的设计思想和原则，从不同的角度和方法对幕墙结构的整体布置和细节方面的设计有了宏观的控制。所以幕墙的结构设计要概念清晰、定性正确，避免后期设计的繁琐。一个好的幕墙设计必须选择一个经济合理的结构方案，还要选择一个结构符合相应条件的设计方案，结构体系的受力情况应明确，传力简捷。同一个结构单元不宜混用不同结构体系，力求平面和竖向规则。结构计算是在计算简图的基础上进行的，选择恰当的计算简图是很重要的，计算简图应该有结构措施来保证，计算简图的误差应在设计允许范围。
2、建筑幕墙的优化设计
2.1 技术设计
在技术设计阶段，我们主要的工作就是将之前的概念设计中的构想具体落实到详细的参数和计算中来，形成完整的指导图纸和步骤说明。一般来说，以下几点是需要重点关注的方面：最主要的步骤就是结合实际的建筑需要和建筑主体的结构，对概念设计形成的构想进行修正，建立正确清晰的参数设计尺寸分格图；幕墙整体设计时需要考虑刚性要求和稳定性要求，确保幕墙可以承受足够的重力及风荷载等外力。同时，还需要考虑选择的材料应具有防水性能和密封性能，避免漏水或隔音不良等情况的出现。同时，还需要充分的考虑幕墙与建筑主体之间应留有足够的空间，防止幕墙由于建筑主体的伸缩位移而受损。同时也需要保证幕墙自身具备—定的可伸缩性，上下立柱之间一般建议留出不小于20mm的空间距离。当然作为建筑体系的一部分，幕墙设计必须要充分考虑安全性的要求，一般而言，主要是防火安全和防雷安全。防火安全设计主要体现在严格遵循防火规范，重点在幕墙空间和节点位置选用岩棉等不可燃材料作为填充材料；而防雷安全设计则主要体现于要注意将幕墙的防雷措施与建筑的防雷系统相连接，使两者组合成完整的防雷体系，提高安全系数。一般而言幕墙的顶部接闪器应采用不小于2.5nun的铝制单板将雷击电能导人地下。另外，由于幕墙是一种可更换可移动式装饰墙体，所以必须考虑幕墙部件的使用年限和备用更换件。一般而言使用年限介于25~50年之间为佳，同时，建筑主体的使用年限也是一个重要的参考依据。
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2.2施工设计
该阶段就是依照之前总结出的所有数据进行具体的实际操作，绘制详细的施工图纸供现场安装使用；并根据施工图纸进行提料、出加工图、框架组装图等,并配合采购、制造、运输、安装以及维护等各个环节。需要注意的是在这个环节中并不是单纯的按照图纸做工程，而应该是在施工中不停地验证设计的可靠性，并不断地进行修正和改进。
2.3加强新型多功能幕墙的设计
目前，我国的建筑幕墙普遍不具有节能环保的性能，极大地浪费了社会的资源，造成了环境的污染，不利于我国经济的可持续发展。基于此，幕墙的设计者大胆创新极为重要，只有创新才能设计出更加环保节能的幕墙，比如国外的设计师设计出了动态幕墙，这种新型的多功能幕墙由通风系统、空调系统、外部环境检测系统、自动控制系统等组成，这种幕墙可以通过各个系统的合作充分地利用太阳能，并保证室内的舒适。在寒冷的冬季,幕墙可以充分利用太阳光的辐射，减少了取暖燃料的燃烧，起到节能减排的作用；在炎热的夏季，可以利用幕墙的通风系统加大室内热能的耗散，减少空调的使用。这样的装置还可以控制太阳的光线进人室内，调节室内的光线环境，使人们可以更舒适的工作，当然在设计者创新的同时，国家也应该采取相关措施鼓励设计创新，设立相关的奖励制度。
2.4优化结构经济性
结构设计的经济性需要考虑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点支梁结构,合理利用材料的力学性能提高结构的可靠性来实现成本控制。
3、建筑慕墙的未来发展趋势
双层幕墙设计，其主要分为两种：主动式内循环双层幕墙和被动式外循环双层幕墙。其中主动式内循环双层幕墙的通风系统是由进风口、流通通道、排风口和管道风机组成。进风口一般会放置在内层玻璃的底部，排风口放置在双层幕墙通道的顶部。在设计上,每个单元体上端的铝合金型材上都有排风孔，在型材侧面连接至排风管道。而外循环式双层幕墙，在冬季时，将通风两侧的排风口关闭，通道内的空气在阳光照射下温度升高，便会形成一个温室，这对室内保暖做出相当大的保障，通过温室效应，减少室内采暖费用。当夏季时,将换气层的排风口打开，在阳光的照射下通道内的空气温度上升，形成一种自下而上的空气流，再由烟囱效应带走通道内热量，降低内层玻璃的温度，减少制冷费用。
陶土板幕墙，它是一种天然低碳环保材料，由陶土配合石英砂，经过工厂加工，高温锻烧后形成。陶土板经过高温锻烧后，自身所含的矿物元素被氧化，因此不含有放射性元素，并且陶土是可再生能源，能够回收利用，非常利于环保。陶土板幕墙在经过工厂加工,受到1200℃髙温烧制后，理化性能非常稳定，具有良好的耐力性，抗折、抗冲击、抗冻、抗腐蚀。陶土板幕墙自身较轻，相对于石材幕墙的60kg/m2,陶土板幕墙仅有31kg/m2。因此，石材幕墙不适合高层建筑使用，而陶土板幕墙则可以。陶土板耐酸碱、高温、霜冻，并且陶土板幕墙能够阻燃，十分适用于民用住宅建筑，安全防火。陶土板的中空结构能够降低噪音，由于自身较轻，外观温和，可搭配玻璃、金属等其他材料。陶土板能够减少光污染，增加墙面的抗震性能。颜色光鲜、色彩永驻。
4、结语
总之，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，需要从安全性、功能性，经济性等方面考虑，只有满足了这些条件，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。
参考文献
［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)
［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)
论文作者:蔡丽汾
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第17期
论文发表时间:2017/11/17
标签：幕墙论文; 结构论文; 陶土论文; 建筑论文; 材料论文; 性能论文; 简图论文; 《建筑学研究前沿》2017年第17期论文;