【摘 要】改革開(kāi)放以來(lái)，隨著建筑業(yè)商品房的興起，大跨度空間建筑幕墻在全國(guó)也迅猛發(fā)展，現(xiàn)代建筑的奇異造型使得幕墻結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越復(fù)雜。無(wú)論是傳統(tǒng)的框架式玻璃幕墻，還是大跨度的點(diǎn)支式玻璃幕墻以及單元式玻璃幕墻，結(jié)構(gòu)在幕墻設(shè)計(jì)中的地位顯得越來(lái)越重要，尤其是幕墻結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)已成為設(shè)計(jì)中關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此，本文就建筑幕墻結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)意義、原則、內(nèi)容及要點(diǎn)及一般步驟進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】建筑幕墻；結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)；

一、前言

由于幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)中關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其安全可靠性直接關(guān)系到人民生命財(cái)產(chǎn)安全，是歷來(lái)幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須首先面對(duì)和需要審慎解決的重大問(wèn)題。所以如何做好幕墻結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)，是作為一個(gè)從事建筑幕墻設(shè)計(jì)的技術(shù)人員應(yīng)對(duì)幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)承擔(dān)義不容辭的責(zé)任。

二、幕墻結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)意義

建筑幕墻是指建筑惟物不承重的外墻護(hù)圍，通常由面板和后面的支承結(jié)構(gòu)組成，可相對(duì)主體有一定位移能力或自身有一定變形能力、不承擔(dān)主體結(jié)構(gòu)所受作用的建筑外圍護(hù)墻或裝飾性結(jié)構(gòu)，所以幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)包含面板及后面的支承結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)；而所謂的概念設(shè)計(jì)一般指不經(jīng)計(jì)算，尤其在一些難以作出精確理性分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問(wèn)題中，依據(jù)幕墻整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，從整體的角度來(lái)確定幕墻結(jié)構(gòu)的總體布置和細(xì)部構(gòu)造措施的宏觀控制。運(yùn)用概念性近似估算方法，可以在幕墻設(shè)計(jì)的方案階段迅速、有效地對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較與選擇，易于手算。所得結(jié)構(gòu)方案往往概念清晰、定性正確，避免后期設(shè)計(jì)階段一些不必要的繁瑣運(yùn)算，具有較好的安全可靠和經(jīng)濟(jì)合理性。同時(shí)，也是判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)正確與否的主要依據(jù)。

三、幕墻概念設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則

建筑幕墻概念設(shè)計(jì)是幕墻工程的基礎(chǔ)，必做遵循相應(yīng)的原則，主要有：

1.一般的設(shè)計(jì)原則

幕墻概念設(shè)計(jì)應(yīng)與建筑整體設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào)，與周邊環(huán)境相適應(yīng)，其分格應(yīng)有利于室內(nèi)空間組合、不妨礙室內(nèi)功能、滿足使用需求；商業(yè)中心、交通樞紐、公共文化體育場(chǎng)所等人員密集、流動(dòng)性大的區(qū)域內(nèi)的建筑，臨街建筑與其他容易因幕墻玻璃墜落造成人身傷害、財(cái)產(chǎn)損壞的建筑應(yīng)采用夾層玻璃及其制品；幕墻建筑周邊宜設(shè)置安全隔離帶，主要出入口上方應(yīng)有安全防護(hù)設(shè)施，人員密集處可采取設(shè)置綠化帶、挑檐、有頂棚的走廊等措施；幕墻立面分格宜與房間劃分和防火分區(qū)相協(xié)調(diào)，幕墻分格尺寸劃分應(yīng)有利于提高玻璃、鋁板等面板的利用率，玻璃面板的分格尺寸應(yīng)適應(yīng)鋼化、鍍膜、夾層等生產(chǎn)設(shè)備的加工能力；幕墻應(yīng)按圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)具有相對(duì)于主體結(jié)構(gòu)的位移能力，并應(yīng)滿足承載能力、剛度、穩(wěn)定性的相關(guān)要求，幕墻大跨度鋼結(jié)構(gòu)支承體系和預(yù)埋件的設(shè)計(jì)使用年限宜按主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限確定；幕墻的主要構(gòu)件應(yīng)懸掛在主體結(jié)構(gòu)上，幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮對(duì)幕墻面板系統(tǒng)、支承結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、與主體的連接系統(tǒng)等進(jìn)行計(jì)算或復(fù)核；

2.幕墻主要構(gòu)件必須懸掛在主體結(jié)構(gòu)上，幕墻按圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不應(yīng)該承受主體結(jié)構(gòu)的荷載。

3.幕墻結(jié)構(gòu)除了要滿足強(qiáng)度的要求，撓度的驗(yàn)算也不可或缺。

4.幕墻設(shè)計(jì)中風(fēng)荷載是主要荷載，必須正確選取和計(jì)算。

5.幕墻與主體結(jié)構(gòu)連接必須采用彈性活動(dòng)連接，一般來(lái)說(shuō)主體結(jié)構(gòu)可以承擔(dān)比較大的結(jié)構(gòu)變形，以鋼結(jié)構(gòu)房屋為例，鋼結(jié)構(gòu)房屋在風(fēng)荷載和小震作用下，其層間位移限值為玻璃厚度的確定中，撓度計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算同樣重要。

四、幕墻結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)內(nèi)容及其要點(diǎn)

1.合理選擇結(jié)構(gòu)方案

一個(gè)成功的設(shè)計(jì)必須選擇一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)方案，即要選擇一個(gè)切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)型式和結(jié)構(gòu)體系。結(jié)構(gòu)體系應(yīng)受力明確，傳力簡(jiǎn)捷，同一結(jié)構(gòu)單元不宜混用不同結(jié)構(gòu)體系，力求平面和豎向規(guī)則?？傊仨殞?duì)建筑師設(shè)計(jì)要求、幕墻結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、材料供應(yīng)、施工條件等情況進(jìn)行綜合分析，并與設(shè)計(jì)院建筑、結(jié)構(gòu)等專業(yè)充分協(xié)商，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)選型，確定結(jié)構(gòu)方案，必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行多方案比較，擇優(yōu)選用。

2.選用恰當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖

結(jié)構(gòu)計(jì)算是在計(jì)算簡(jiǎn)圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，計(jì)算簡(jiǎn)圖選用不當(dāng)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的事故屢有發(fā)生，因此選擇恰當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。計(jì)算簡(jiǎn)圖還應(yīng)有相應(yīng)的構(gòu)造措施來(lái)保證。實(shí)際結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)不可能是純粹的剛結(jié)或鉸結(jié)點(diǎn)，但與計(jì)算簡(jiǎn)圖的誤差應(yīng)在設(shè)計(jì)允許范圍之內(nèi)。選用恰當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖，如立柱相當(dāng)于主梁，橫梁相當(dāng)于次梁，玻璃面板、石材是計(jì)算簡(jiǎn)圖的基礎(chǔ)上相當(dāng)于樓板。

3.正確分析計(jì)算結(jié)果

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中普遍采用計(jì)算機(jī)技術(shù)，但由于目前軟件種類(lèi)繁多，不同軟件往往會(huì)導(dǎo)致不同的計(jì)算結(jié)果。因此設(shè)計(jì)師應(yīng)對(duì)程序的適用范圍、技術(shù)條件等全面了解。軟件本身有缺陷均會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤的計(jì)算結(jié)果，此外要正確輸入合理的計(jì)算參數(shù)，因而要求結(jié)構(gòu)工程師在拿到電算結(jié)果時(shí)應(yīng)認(rèn)真分析，慎重校核，做出合理判斷。如：

a.溫度應(yīng)力分析，為了滿足建筑功能需要，常常將幕墻建筑的邊柱局部或整體暴露于室外。這種情況下，隨著季節(jié)和晝夜氣溫的變化，邊柱將產(chǎn)生軸向的伸長(zhǎng)與縮短。經(jīng)驗(yàn)表明，采用線彈性的方法來(lái)分析這種氣溫變化引起的結(jié)構(gòu)內(nèi)力，可以得到足夠精確的結(jié)果。

b.玻璃板材計(jì)算：目前，玻璃幕墻設(shè)計(jì)中采用的是玻璃面板和支承結(jié)構(gòu)的非耦合分析。一方面，支承結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，不考慮玻璃剛度對(duì)支承結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布的影響；另一方面，玻璃面板分析時(shí)，假定角點(diǎn)支撐處沒(méi)有位移。

4.采取相應(yīng)的構(gòu)造措施

加強(qiáng)薄弱部位設(shè)計(jì)，特別注意結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)是否設(shè)計(jì)可靠，尤其是不要遺漏鋼結(jié)構(gòu)焊縫、耳板、銷(xiāo)軸、連接板的設(shè)計(jì)計(jì)算。必要時(shí)需考慮溫度應(yīng)力的影響。除此之外，還應(yīng)注意綜合考慮多道防線設(shè)計(jì)，盡量避免薄弱點(diǎn)的出現(xiàn)，以及正常使用極限狀態(tài)的驗(yàn)算等等。

五、幕墻結(jié)構(gòu)根設(shè)計(jì)一般步驟

1.了解幕墻面板布置及其分格

幕墻面板布置及其分格一般由建筑師提出，當(dāng)建筑師沒(méi)有提出幕墻分格時(shí)，應(yīng)按上述提到的幕墻設(shè)計(jì)原則進(jìn)行幕墻分格的劃分及面板的布置，與此同時(shí)應(yīng)該全面熟悉設(shè)計(jì)院提交的各類(lèi)圖紙，如建筑圖、結(jié)構(gòu)圖、機(jī)電圖等。

2.熟悉幕墻后面主體結(jié)構(gòu)支承情況

幕墻后面的主體結(jié)構(gòu)即樓層及梁柱、屋面結(jié)構(gòu)等，一般可以在建筑結(jié)構(gòu)圖上看出來(lái)，當(dāng)有不明確時(shí)，應(yīng)及時(shí)通知建筑結(jié)構(gòu)師，讓其明確結(jié)構(gòu)方案，并出圖及書(shū)面文件說(shuō)明。

3.了解主體結(jié)構(gòu)對(duì)幕墻的邊界條件

應(yīng)了解幕墻與結(jié)構(gòu)的距離，一般在建筑方案圖上都有體現(xiàn)，如方案圖上沒(méi)有體現(xiàn)或不明確時(shí)，應(yīng)該及時(shí)與建筑師溝通，了解設(shè)計(jì)意圖。

4.明確建筑師及業(yè)主對(duì)幕墻結(jié)構(gòu)型式的要求

幕墻結(jié)構(gòu)形式多樣，主要有框架式、單元式、點(diǎn)支式、全玻式及雙層呼吸式等。

5.根據(jù)以上條件確定幕墻方案

在確定幕墻方案的過(guò)程應(yīng)多和設(shè)計(jì)院結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員溝通，征求意見(jiàn)，否則會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間進(jìn)行返工，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中應(yīng)明確幕墻是懸掛在主體建筑上的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，且幕墻結(jié)構(gòu)僅承受幕墻本身受到的荷載，不能承受主體建筑傳來(lái)的荷載，而幕墻結(jié)構(gòu)所承受的荷載必須通過(guò)連接傳給主體建筑，并且應(yīng)該適應(yīng)主體建筑的變形。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中還應(yīng)根據(jù)規(guī)范規(guī)定及各種結(jié)構(gòu)型式特點(diǎn)合理確定結(jié)構(gòu)型式，在時(shí)盡量滿足業(yè)主及建筑師的要求不要一味迎合外部需要；且結(jié)構(gòu)核對(duì)過(guò)程中可以使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行核算，但不要一昧地相信計(jì)算機(jī)。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，本文主要針對(duì)建筑幕墻結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)意義、原則、內(nèi)容及要點(diǎn)及一般步驟，結(jié)合自身的工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分析，希望可以對(duì)幕墻行業(yè)的同仁提供參考。幕墻屬于技術(shù)更新較快的行業(yè)，隨著幕墻行業(yè)設(shè)計(jì)及施工技術(shù)的不斷開(kāi)展，在幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)能體現(xiàn)技術(shù)的前進(jìn)性，不斷把新技術(shù)引進(jìn)工程中，提出新的設(shè)計(jì)理念。

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