建筑幕墙结构优化设计探讨

摘要：本文就建筑幕墙结构优化设计进行了较详细的分析与讨论

, 在满足有关的规范要求、

安全适用、技术先进的情况下

,实现经济合理目标最大化,使幕墙的生产成本尽量达到最经济

要求。

 

　　关键词：建筑幕墙；结构优化；优化设计

 

　　中图分类号：

S611 文献标识码：A 文章编号： 

　　

 

　　引言

 

　　建筑幕墙是关系到人民生命财产安全的行业，国家实行生产许可证制。对建筑幕墙的要
求是，安全可靠，实用美观和经济合理。优化设计就是解决安全与经济效益之间矛盾的最佳
选择，在确保安全可靠的前提下，获取极大的经济效益。

 

　　

1 墙的构成 目前被广泛用于建筑工程幕墙的材料主要有：玻璃、铝材、石板材。幕墙作

为建筑结构主体的围护结构，主要由三部分组成：

 (1)幕墙构件(玻璃、铝材、石板材等)；(2)

横梁；

 (3)立柱。它们三者之间的关系是：幕墙构件支承在横梁上，横梁连结在立柱上，立

柱则悬挂在主体结构上。

 

　　

2 设计荷载 荷载的选取计算是幕墙结构计算的先决条件，幕墙主要考虑以下几种荷

载作用情况：

 

　　

2.1 永久荷载 铝幕墙结构设计时适用的永久荷载主要是玻璃、面板、铝框及支撑系统的

相关自重，其比重为：玻璃

2 500 kg／rn3，铝 2 700 kg／m3，钢材 7 860 kg／m3。 

　　

2.2 风荷载 风荷载作为幕墙设计中最重要的荷载要素，因密切关系到幕墙经济性，所

以需要正确理解和使用对风荷载有很大影响的环境条件

(地面粗糙度、各种系数等)。 按照

GB 50009

—2001 建筑结构荷载规范第 7 章风荷载，JGJ102—2003 玻璃幕墙工程技术规范，

幕墙结构设计时可以用外围护结构来计算风荷载。如果是非正常形状建筑或是超高层建筑按
其周围建筑的位置与周边环境的不同，风荷载特性也随之变化，这时要通过

“风洞实验

(Wind Tunnel Test)

”确定风压作用区域，设计要按风压区域来分别进行结构研究，并考虑其

经济性。

 

　　

2.3 积雪荷载 积雪荷载是采光顶(Sky Light)位置以及幕墙发生倾斜时须和永久荷载一起

考虑的荷载，可参照

GB 50022.2011 建筑结构荷载规范第 6 章雪荷载计算选取。 

　　

2.4 地震作用 根据 GB 50411

—2011 建筑抗震设计规范计算地震作用，这里应特别注意

幕墙的水平变形。各层的框架沿水平方向相互移动，连接在框架上的幕墙也相互不同地移动
着，这时由于各层的变形差异

(层间变位)，幕墙将产生平面内变形。框架式幕墙变为梯形，

但因为玻璃不允许发生平面内变形，所以玻璃与框架之间应有适当缝隙；单元式幕墙由于
单元间横向连接插芯

(Stack JointSleeve)产生比框架式幕墙小的梯形变形。平面内方向的变形

是以支承件

(Anchor)作为支点而形成，所以使支承件受到平面内方向的水平力，此水平力

与幕墙的重量成正比。

 

　　

3 幕墙的结构设计分析 

　　

3.1 结构设计的一般原则 1）幕墙主要构件应悬挂在主体结构上，斜墙和玻璃屋顶可悬

挂或支承在主体结构上。幕墙应按围护结构设计，不承受主体结构的荷载和地震作用；

2）

幕墙及其连接应有足够的承载力、刚度和相对于主体结构的位移能力，避免在荷载、地震和
温度作用下产生破坏和过大的变形，妨碍使用；

3）非抗震设计的幕墙，在风力作用下其幕

墙不应破碎，且连接件应有足够的位移能力使幕墙不破损、不脱落；

4）抗震设计的幕墙在

常遇地震作用下幕墙不应产生破损；在设防烈度地震下经修理后幕墙仍可使用；在罕遇地
震作用下幕墙骨架不应脱落；

5）幕墙构件设计时，应考虑在重力荷载、风荷载、地震作用、