浅谈高层建筑幕墙设计

1、浅谈高层建筑幕墙结构设计摘要：建筑工程事业在社会不断发展的背景下其规模与数量不断提升，并且多种建筑施工新技术也被广泛应用到高层建筑之中。幕墙作为新施工类型的一种，不仅可以起到美化建筑的作用，还能实现对高层建筑的有效保护。而幕墙设计工作作为确保建筑幕墙起到应有作用与效能的重要关键，需要通过对幕墙设计要点的严格控制，才能确保幕墙施工质量， 进而提升建筑整体建设质量。基于此，本文针对高层建筑幕墙设计控制要点进行分析研究。关键词：高层建筑；幕墙；原则；防火设计；引言随着建筑行业的迅猛发展，幕墙设计作为一种新型建筑设计类型，现阶段已被广泛应用到高层建筑施工中。幕墙设计不仅可以起到节能环保的效用，还能在极

2、大程度上提升高层建筑的美观效果。而作为建筑幕墙建设的关键基础，幕墙设计的效果直接影响到幕墙施工质量，并影响到幕墙后期的使用效果。所以，要想提升幕墙的实际使用效果，需要重视对幕墙设计要点的控制，确保幕墙设计质量符合高层建筑应用需求，进而提升幕墙应用效果。1建筑幕墙幕墙也叫悬挂墙，作为外墙的护围广泛应用于当代的建筑中，构成部分是镶嵌板材和结构框架，幕墙起到的作用主要是装饰，并不承担建筑主体的重量，对于建筑主体来说能够实 现位移和自身的形变。1.1 我国建筑幕墙发展趋势建筑幕墙的应用始于 19世纪末，当时只用于建筑的局部，且规模较小。1851年英国伦敦工业博览会建造的“水晶宫”是最早出现的初级建筑幕

3、墙；到20世纪50年代，随着建筑技术的发展，玻璃幕墙开始大规模应用于建筑外围护结构，宣告建筑幕墙时代的到来；到 20世纪80年代，随着建筑幕墙技术的发展和玻璃生产工艺、加工工艺的进步，玻璃幕墙得 到更广泛的应用。1981年，我国内地第一片玻璃幕墙出现在广交会的正立面；1984年，北京长城饭店成为第一座采用玻璃幕墙的高层建筑。30多年以来，伴随着我国国民经济的持续快速发展和城市化进程的加快，我国建筑幕墙行业实现了从无到有、从外资一统天下到国内企业主导、 从模仿引进到自主创新的跨越式发展，到21世纪初我国已经成为建筑幕墙世界第一生产大国和使用大国。1.2 建筑幕墙的形式建筑幕墙是不同于低层建筑常见

4、的混凝土墙体和砌体墙。幕墙是由支承结构体系与面板组成的、可相对于主体结构有一定位移能力、不分担主体结构所受作用的建筑外围护结构或装饰结构。幕墙相对于主体结构有一定位移能力，一般位于主体结构面的外侧（有些工程可以是主体结构在外、幕墙结构在内，如广州塔）。在地震、台风作用下，主体结构发生水平位移时，不会强迫幕墙也发生完全相同的面内水平位移，因而幕墙在强震和大风中保持完好，或者有轻微损坏。1.3 幕墙具有良好的抗震和抗风能力超高层建筑在地震和大风中会产生很大的水平位移，所以会采用幕墙来作为外围护结构。振动台实验表明：幕墙可以承受 1/100至1/50的位移量。幕墙能承受的位移值远远超 出主体结构的位

5、移限值， 这就是在地震和台风灾害中， 幕墙结构能保持完好或者损害轻微的 原因。1.4 幕墙主要类型分类幕墙种类很多，主要分为：点支承玻璃幕墙，结构由玻璃面板、点点撑装置和支承结构组成的；全玻璃幕墙，是由玻璃面板和玻璃肋组成的；框支承玻璃幕墙， 是由金属框架来支承，又分为半隐框玻璃幕墙、隐框玻璃幕墙、明框玻璃幕墙。1.4.1 玻璃幕墙玻璃幕墙主要是对玻璃这种饰面材料进行应用，在建筑物表面的幕墙上进行覆盖。将玻璃幕墙作为外墙面的建筑物，具有光亮、挺拔、明快以及良好的统一感。在制作玻璃幕墙使有较高的技术要求，且投资大、耗能大且易损坏。1.4.2 金属幕墙金属幕墙表面装饰材料是对一些轻质金属，例如：不

6、锈钢、铝合金等进行利用，通过加工形成的各种压型薄板。通过处理该类薄板的表面，使其作为建筑外墙的装饰面层，不仅存在美观、新颖以及良好的装饰效果，而且还会有自重轻、耐久性好以及连接牢靠的优势。1.4.3 铝塑板幕墙铝塑板幕墙是对铝板和塑料的复合板材进行利用，使其作为饰面的幕墙。该类饰面有一定的金属质感存在，表面晶莹光亮、好话、美观新颖、装置效果好、连接牢靠、施工简便、 耐久性及耐候性较好的特点，因此得到广泛地应用。1.4.4 石材幕墙石材幕墙是利用天然的或者人造的大理石与花岗岩进行外墙饰面。该类饰面具有豪华、典雅、大方的装饰效果，可点缀和美化环境。该类饰面施工简便、操作安全，连接牢固可靠， 耐久、

7、耐火性很好。1.4.5 轻质混凝土挂板幕墙轻质混凝土挂板幕墙是一种装配式轻质混凝土墙板系统。由于混凝土的可塑性较强，墙板可以制成表面有凹凸变化的形式，并喷涂各种彩色涂料。按有框架方式分为有框架幕墙和无框架全玻幕墙。2建筑幕墙设计原则2.1 安全性原则针对高层建筑幕墙的设计，需要在确保幕墙设计与高层建筑整体设计效果保持一致的基础上，还应遵循安全性的原则， 注重对幕墙设计安全性的保持。因为幕墙是高层建筑的围护结构，需要通过确保幕墙设计的安全性来确保幕墙起到应有的围护作用:1:。现阶段，针对幕墙技术的使用已经具备完善的使用规定制度。基于此，针对幕墙的设计需严格按照相关规定要求，进而确保幕墙设计符合实

8、际建设需求。2.2 造型美观原则高层建筑的幕墙在起到围护支撑作用的同时，还是高层建筑的外表，所以幕墙设计的 美观效果直接影响到高层建筑的整体美观效果。所以，针对幕墙的设计， 首先需要注重对设计理念的掌握，基于对原高层建筑设计风格的分析，遵循适应性的要求确保幕墙设计与建筑整体设计风格保持一致，进而确保幕墙具备较好的美观效果。2.3 绿色环保原则现阶段我国社会发展已经之间转变为资源节约型社会建设，节能环保也成为社会发展的核心理念。所以现代化建筑建设也需逐渐朝着绿色环保建筑的方向发展.。而幕墙作为建筑主体中的重要组成， 可以在起到支撑作用的同时，为高层建筑进行温度的隔绝，进而起到调节室内温度的作用，

9、实现高层建筑能源消耗的降低。2.4 结构轻巧而稳定的原则结构稳定不仅是结构安全的要求，也是公众对结构美观的一种认同，失稳的结构难于表现其美感，更没有安全性可言。 但过于保守的设计则又显得各装饰构件过于笨拙、粗壮，与现代的建筑风格不能完美融合。由于主体建筑立面丰富、曲折多变的特色，幕墙 .自行设计 支撑体系，支撑体系悬挂于主体结构之上，从而最大程度地消除土建误差对幕墙的影响。 2.5维修保养方便的原则由于幕墙直接裸露于外界，直接承受自然界对于建筑的作用。因此，幕墙的维修和保养就变的不可避免。所以，如何保证幕墙构件在使用过程中方便维修和保养是一个需要细心考虑的重要课题。在考虑到板块的可更换性的同时

10、，还应考虑在更换维修、保养时尽量能不影响幕墙的正常使用。3高层建筑幕墙设计的要点3.1 幕墙整体设计要点3.1.1 安全的设计在现代化建筑建设过程中，安全因素至关重要，也是幕墙设计需要充分考虑的问题。所以，在实际幕墙结构设计过程中，需结合低地震因素、 风荷载因素的充分考虑，以此为基础实现对幕墙设计的优化。 需要确保幕墙设计的安全等级符合实际建设需求。当然，在幕墙设计中，针对材料计算的强度需尽量避免接近于极限状态，需要结合实际情况留出一部分空余，进而为幕墙的安全性提供保障。3.1.2 绿色环保节能设计在现阶段高层建筑工程建设过程中， 幕墙设计的指标要求发生一定的转变， 绿色环保成 为幕墙设计中主

11、要的指标要求之一。 幕墙实际设计过程中， 需要重视对噪声污染、 能源消耗 以及温度隔绝等因素的充分考虑， 进而确保幕墙设计充分践行幕墙设计理念，为民众营造出良好居住环境。3.1.3 经济性设计在幕墙设计过程中，确保幕墙设计已经充分考虑结构尺寸要求、安全性要求以及荷载要求考虑之后，选择最佳的设计方案。需要确保设计方案对材料的使用进行充分考虑，禁止出现因设计失误而造成材料浪费的现象出现。另外，针对幕墙分格设计的开展，需要注重对幕墙原材料尺寸的分析，以此避免出现分格偏差的现象，进而在提升幕墙设计美观效果的同时，提高材料的成材率。 此外，幕墙设计中注重对铝型钢材截面的合理设计，避免材料浪费的现象出现，

12、控制好工程造价 旬。 3.2幕墙结构细节的设计要点 3.2.1幕墙构建四边弹性空间要求在幕墙实际设计过程中， 幕墙结构需要确保具备一定的吸收位移能力，进而确保幕墙结构与高层建筑保持一定的整体性。与此同时，还应注意幕墙的构件之间需要预留出一定的空间，尤其是横梁构件以及板材四边立柱构件之间，需要合理预留出应有的空间，以此确保高层建筑在发生位移变形时，可以提高幕墙的适应力。 3.2.2幕墙立柱受力形式在实际设计中，需结合对实际情况的分析， 将幕墙的立柱设计成偏心受拉构件， 或者是 轴心受拉构件。而针对幕墙构造的制作，可以结合实际情况，选择下端选择伸缩变形、上端 选择悬挂的方式，以提升幕墙的立柱受压能

13、力得到提升。1.1.3 电化学腐蚀的控制设计人员需要明确， 幕墙设计过程中，针对不同金属构件之间的连接，需要结合实际情况进行绝缘垫片的放置，以此避免出现不同金属之间发生电化学腐蚀反应，进而导致金属材料的力学性能受到影响，进而对幕墙整体结构的安全性受到影响。1.1.4 注意防噪音设计针对幕墙结构的设计，设计人员需要结合实际情况在横梁连接处进行柔性垫片的放置， 或者是在幕墙立柱之间留出一定的缝隙。这样可以避免幕墙各个构件之间因刚性连接而产生噪音。此外，针对石材幕墙、隐框幕墙等设计形式中存在的挂钩连接件位置，需要结合实际 情况放置柔性垫片，以此避免噪音的产生。3.3 幕墙防雷设计要点高层建筑在建设过

14、程中， 会结合工程建设需求安设相关的防雷设施，其主要目的就是为了避免因雷击而对高层建筑造成损坏，或者是对人们的生命安全造成影响。也正因此，进行幕墙防雷设计有着至关重要的作用。基于此，如何提升幕墙防雷系统设计效果成为设计人员的首要问题3。在实际设计过程中，首先需要明确原高层建筑所具备的防雷设备，然后依 次为基础将幕墙防雷系统与建筑防雷装置进行有效连接，进而实现对防雷网的完善。 如若高层建筑受到雷击时， 可以通过对防雷网的应用将雷电引入到地下，以此避免雷击对高层建筑产生影响。3.4 幕墙防火设计要点3.4.1 建筑幕墙的防火材料现行规范对幕墙材料的要求是除填充棒和双面胶带等少量辅材外，均应采用不燃

15、（A级）或难燃（B1）级材料。随着国家对建筑节能的重视，外墙普遍进行了保温处理，目前幕墙防火的问题主要出在保温材料上，因此公安部联合住建部，颁布了民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定公通字 200946号，对建筑幕墙的保温材料做了明确的规定。即：a）建筑高度大于等于 24m时，保温材料的燃烧性能应为 A级。b）建筑高度小于24m时，保温材料的燃烧性能应为A级或B1级。其中，当采用B1级保温材料时，每层应设置水平防火隔离带。c）保温材料应采用不燃材料作防护层，防护层应将保温材料完全覆盖，其厚度不应小于3mmd）采用金属、石材等非透明幕墙结构的建筑 ，应设置基层墙体，其耐火极限应符合现行防 火

16、规范关于外墙耐火极限的有关规定； 玻璃幕墙的窗间墙、窗槛墙、裙墙的耐火极限和防火 构造应符合现行防火规范关于建筑幕墙的有关规定。f）基层墙体内部空腔及建筑幕墙与基层墙体、窗间墙、窗槛墙及裙墙之间的空间，应在每层楼板处采用防火封堵材料封堵。3.4.2 建筑幕墙的防火构造合理的幕墙防火构造设计可有效的阻隔烟气对人体的伤害、降低火情的蔓延速度、 延长逃生的时间和提高安全的机率7。高层民用建筑设计防火规范GB50045-95（2005版）对建筑幕墙的设置提出了具体的要求即：1）窗槛墙、窗间墙的填充材料应采用不燃烧材料。当外墙采用耐火极限不低于1.00h的不燃烧体时，其墙内填充材料可采用难燃烧材料。2）

17、无窗槛墙或窗槛墙高度小于0.80m的建筑幕墙，应再每层楼板外沿设置耐火极限不低于1.00h、高度不低于0.80m的不燃烧体裙墙或防火玻璃裙墙。3）建筑幕墙与每层楼板、隔墙处的缝隙，应采用防火封堵材料封堵。3.4.3 竖向防火分区构造设计要点1） 无窗槛墙的玻璃幕墙应保证不燃体实体墙的高度不低于800mm如达不到，不足部分建议考虑上翻一个混凝土踢脚线，或在梁底加设防火岩棉带；当玻璃为大面积全玻璃或点支承幕墙时，则采用葩钾防火玻璃加高。2）层间防烟圭找I采用100mm棉，1.5mm厚镀锌钢板承托，对可能造成烟雾漫延的缝隙 处打防火密封胶。3）层间面板分格不宜跨越两个防火分区。4）有实体墙的金属与石

18、材幕墙的保温材料应采用不燃材料作防护层。防护层应将保温材料完全覆盖。防护层厚度不应小于3mnW采用玻镁防火板、水泥板、镀锌钢板或憎水型A级保温砂浆，同时应按表3.1在每层设防烟封堵。防火保护层可采用玻镁防火板、水泥板、镀锌钢板或憎水型 A级保温砂浆。3.4.4 水平防火分区构造设计要点1)在水平防火分区的实体防火墙两侧设置幕墙时，距离防火墙两侧各1m的部位不应有门窗洞口，若设置洞口，则应采用防火窗。2)当在水平防火分区设置玻璃幕墙时，玻璃幕墙应采用葩钾防火玻璃和带经防火涂料处 理的钢龙骨外包铝合金形式。3)防火分区隔断与主体结构的后连接宜采用后扩底锚栓或通过耐高温测试的化学锚栓。 主要是因为国内一些产品中化学药剂含有大量的苯乙烯，该物质遇热后不稳定。4幕墙设计注意事项相较于普通墙面设计，幕墙部件可以进行更换，相较于不可更换的普通墙面，通过对 幕墙部件的更换来提升幕墙的使用质量。基于此，在实际设计过程中，设计人员需要充分考虑到幕墙各个部件的使用年限，在通常情况下，幕墙